Tìm hiểu về Giải Nobel sinh lý hay y học từ 1901 đến 2007: Phần 2

Chia sẻ: Tramnam Codon | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:414

Thêm vào BST

Báo xấu

137
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nobel Sinh lý học và Y khoa được trao lần đầu tiên vào năm 1901 cho nhà y học người Đức Emil Adolf von Behring, cho những nghiên cứu của ông về chất huyết thanh, đặc biệt là phát triển một loại vắc xin để chống lại bệnh bạch hầu. Người phụ nữ đầu tiên nhận giải Nobel Sinh lý học và Y khoa, Gerty Cori, vào năm 1947,... Mời các bạn cùng tham khảo phần 2 tài liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tìm hiểu về Giải Nobel sinh lý hay y học từ 1901 đến 2007: Phần 2

Giải thưỏng Nobel về Sính lý hay Y học năm 1958 (lẩn thứ49) George Beadle, Edward Tatum (to khám phá gen điểu hòa những hiện tượng hóa học nhất định và Joshua Lederberg do khám phá liên quan đến tái tổ hợp gen và tổ chức các chất liệu gen ở vi khuẩn Giải thưởng Nobel về Sinh lý hay Y học lần thứ 49 (1958) được chia đôi một nửa cho George Beadle và Edward Tatum do khám phá ra gen tác động điều hòa những hiện tượng hóa học, còn một nửa cho Joshua Lederberg do khám phá liên quan đến tái tổ hợp gen và tổ chức các chất liệu gen ở vi khuẩn. George Wells Beadle người Mỹ, sinh ở Wahoo, Nebraska, bố là chủ trại nên định bắt ông nôi nghiệp, nhưng thầy giáo dạy lý thấy ông tư chất thông minh lại thích khoa học, nên đã khuyên nên cho đi học tiếp. Sau trung học, năm 1922, ông vào khoa Nông nghiệp Đại học Nebraska, vào dịp nghỉ hè khi mới học năm thứ hai ông đã bắt tay vào nghiên cứu về lai giống ngô. Đỗ cử nhân khoa học năm 1926 và đỗ thac sĩ ngay năm G(« 03-?989)le sau’ ông tráp tục hạ2 lên Đại học Cornell dưới sự hướng dẫn của R.A. Emerson, một chuyên gia về gen học thực vật. Năm 1931, ông đã hoàn thành luận án tiến sĩ về quá trình phân bào giảm nhiễm ở cây ngô. Được học bổng hai năm của Hội đồng nghiên cứu quốc gia, ông đến làm việc tại ban sinh học Viện kỹ thuật California (Caltech) tại Paseda dưới quyền của Thomas Hunt Morgan, nhà gen học hàng đầu lúc bấy giờ (Nobel 1933). Ông được trao cho nghiên 367
cứu hiện tượng bắt chéo86 thể nhiễm sắc trong phân bào và đã nhận thấy hiện tượng bắt chéo và tái tổ hợp các gen trong phân bào giảm nhiễm là ngẫu nhiên. Trong những năm 1933-1935, ông cùng vối nhà phôi thai học người Pháp Boris Ephrussi đang sang tham quan làm việc ở đấy, nghiên cứu về tác động của các tính trạng di truyền có biểu hiện ra ngoài (kiểu hình) lên quá trình hóa sinh xảy ra trong cơ thể sinh vật. Sau đó, Beadle lại sang Pháp tiếp tục cùng với Ephrussi trong phòng thí nghiệm Viện sinh học lý hóa Paris. Bằng cách ghép mô từ các chủng khác nhau về tính trạng di truyền kiểu hình như mầu mắt của ruồi dấm, hai ông đã chứng minh là có một chất chịu sự điều hòa của gen mã cho sắc tô', làm chuyển đổi sắc tố mầu mắt của con ruồi. Sau này, Tatum tìm ra đó là gen mã cho enzym điều hòa chuyển hóa tryptophan. Trở về Mỹ năm 1936, Beadle làm trợ lý về gen học tại Đại học Harvard và năm sau thành giáo sư sinh học ở Đại học Standford. Năm 1946, ông rời Stanford trở lại Caltech làm giáo sư sinh học thay Morgan. Năm 1953, khi ông được bầu làm chủ tịch Hiệp hội Mỹ về Tiến bộ của khoa học, ông đấu tranh cho việc giảm giữ bí mật, cho sự thông thoáng hơn trong trao đổi các tin tức về nghiên cứu. Năm 1961, ông lại rời Caltech về làm giám đốc Đại học Chicago, sau đó, ông lại trở lại Caltech làm ủy viên quản trị trường. Ngoài giải thưỏng Nobel, ông được nhiều giải thưởng khoa học có tiếng trong nước và là thành viên chính thức hoặc danh dự của nhiều tổ chức khoa học trong và ngoài nước (Anh, Đan Mạch). Ông mất năm 1989. Edward Lawrie Tatum sinh năm 1909 tại Boulder, Colerado, Mỹ, con một giáo sư dược lý Đại học Wiscousin, nên ông sớm “ Khi tế bào phân chia các thể nhiễm sắc tách rời nhau từng cái một vá có thể có hai cái nằm vắt lẻn nhau như chữ X, rồi tách ngay chỗ vắt chéo trước khi rời nhau. Như thế mỏi cái mói đưọc hình thành mang một nửa của mình và nửa mối của cái kia. Đó là hiện tưọng bắt chéo và thể nhiễm sac mối là lai. 368
được theo học trường thực nghiệm Đại học Chicago, trước khi chuyển về Đại học Wiscousin. Ông đỗ cử nhân hóa, một năm sau đã đỗ thạc sĩ về vi sinh. Năm 1934, ông nhận bằng tiến sĩ hóa sinh vối luận án về nhu cầu dinh dưỡng và hóa sinh ở tế bào vi khuẩn. Sau đó, ông làm trợ lý nghiên cứu hóa sinh ngay ở đó. Năm 1936, ông được học bổng sang Đại học Utrecht, Hà Lan. Trở vê' Mỹ năm 1937, ông làm trợ lý nghiên cứu về sinh học Đại học Stanford và 4 năm sau là trợ lý giảng dạy. Trong Chiến tranh thế giói lần thứ hai, Tatum đã cải tiến và triển khai phương pháp nuôi cấy đại trà nấm mốc penicillum notatum, giúp cho tăng sản xuất hàng nghìn lần penicillin khi ấy rất cần cho mặt trận. Năm 1945, ông được bổ nhiệm làm giáo sư thực vật học tại Đại học Yale và năm 1946 là giáo sư vi sinh học. Chính ông đã hưống dẫn Joshua Ledeberg trong cEdward -1 .T ._ Tatum công trình . tái tổ hơp ; hữu tính (sexual ° * ễ (1909-1975 ) recombination) o vi khuan. Năm 1948, Tatum trỏ lại Stanford làm giáo viên sinh học rồi giáo sư chủ nhiệm khoa hóa sinh năm 1956. Trên cương vị này, ông là người chủ trương mở rộng và chuyển trường Y của Stanford từ San Francisco về khu Palto Alto hiện nay. Ông đảm nhiệm nhiều chức vụ quan trọng như giáo sư của Viện Rockefeller tại New York, là sáng lập viên của tò Annual Review of Genetics và trong ban biên tập của báo Science. Ong cũng là thành viên của nhiều Hội khoa học về hóa học, về sinh học, về thực vật học... Ông là thành viên trong ban cố vấn Quỹ Quốc gia, của Hội đồng nghiên cứu về sinh trưởng Mỹ, Hội ung thư Mỹ. Khỏe mạnh, rất thích thể thao nhưng ông mất sớm (năm 1975) tại New York khi mới 65 tuổi. 369
Vào thời kỳ bấy giò môn hóa sinh - gen học mới bắt đầu hình thành. Đó là ngành khoa học tìm ra cách xác định các quá trình hóa sinh tham gia vào sự hình thành kiểu hình từ kiêu gen87 như thế nào. Từ giữa thế kỷ thứ th ế kỷ thứ XIX, Mendel đã chứng minh trên cây đậu là các tính trạng di truyền như hình thái hay sắc màu của hạt đậu là do những 11yếu tô di truyền bên trong” (nay gọi là gen) quyết định. Ông đã phân biệt ra tính “trội” và “lặn” 88. Năm 1902, Archibald Garrod phát hiện ra một số bệnh di truyền như bệnh bạch tạng, bệnh alcapton niệu89... là bẩm sinh vì bị thiếu một số enzym nên có rối loạn chuyển hóa, và ông gọi chung là những “sai lầm bẩm sinh của chuyển hóa” (inborn errors of metabolism). Khi ấy ông đã đề xuất ra ý kiến về mối liên quan giữa gen, enzym và phản ứng hóa học. Vấn đề được đặt ra là có hay không những gen đặc hiệu chỉ huy và kiểm soát sự tổng hợp các enzym. Beadle cùng Edward Tatum bắt tay vào giải quyết khi chuyển về Stanford. Năm 1937, khi Tatum về làm việc với Beadle, thì ông này đang tìm một đối tượng nghiên cứu về di truyền thuận tiện hơn là con ruồi dấm. Với kinh nghiệm của Tatum trong nuôi cấy nấm và vi khuẩn, hai ông đã chọn loại nấm mốc đỏ của bánh mì có tên khoa học là Neurospora crassa. Cũng cần nói là trong nghiên cứu về gen học thực nghiệm, tìm ra được đối tượng của nghiên cứu thích hợp là rất quan trọng. Nhìn lại lịch sử phát triển thì thấy rõ. Mendel dùng cây đậu nên phải đợi một năm mói thu hoạch được quả và hạt để phân tích. Morgan đã có kết quả nhanh hơn với con ruồi dấm 87 Kiểu hình là các đặc điểm di truyền lộ ra bén ngoài mà kiểu gen là những đặc điểm di truyền ẩn kín trong gen tức ờ chuỗi ADN của thẻ nhiễm sắc. 88 Gen trội là gen mã cho một tính trạng vẫn có biểu lộ dù nó chì đom độc có trên một chuỗi của cặp thẻ nhiễm sắc, còn gen lăn chỉ biểu lộ khi có mặt ở cả hai chuỗi của cặp. 89 Alcapton niệu có triệu chứng dễ thấy là nước tiểu đen lại khi tiếp xúc vói khí ừời do trong đó có acid homogentìsic là chất xuất hiện khi ừong cơ thể thiếu enzym homogentisicase nên không giáng hóa hết được tyrosin mà ngừng ỏ acid homogentisic nói trên. 370
vừa dễ nuôi ngay trong phòng thí nghiệm mà chỉ một tuần là được một lứaệVối nấm mốc đỏ còn thuận lợi hơn nhiều. Trong môi trường nuôi cấy tôì thiểu, Neurospora phát triển thành sợi gồm có nang, mỗi nang chứa nhiều nhân (hình 35). Nó có thể sinh sản hữu tính Phânbiọ I T y giâm pàm nhiễm I< yM „;_.A...- V \ [} u hay vô tính nên có thể tự sản sinh hay lai chọn. Một khác biệt quan trọng nữa là sợi nấm bình MS.Ọ ồ Ọ b thường là đơn bội: cứ 8 nhân thành 8 bào tử xếp trong một J í ĩ) ^A Biotử nang theo thứ tự phân chia của nhân. Cho nên người nghiên cứu Hỉnh 35. Thứ tự sắp xếp các dễ dàng phân tích lấy từng bào bào tử trong một nang tử rồi cho nảy mầm riêng biệt. Đó là nhân đơn bội nên không có hiên tượng trội, lặn và có thể đánh giá ngay không cần dùng thống kê phân tích. Khi muốn lai, chỉ cần ghép hai nhân khác chủng với nhau (để tạo điều kiện cho sinh sản hữu tính), nếu đúng đực với cái thì mới có kết hợp và sau phân bào sẽ có di truyền các tính trạng theo quy luật Mendel. Sau đó lại nuôi cấy tách riêng thì tiếp tục có phân bào giảm nhiễm để cho loại đơn bội. Giả thuyết làm việc của Beadle và Tatum là “người ta có thể khám phá ra xem gen hoạt động như thế nào bằng cách làm cho một số bị loại” (thuyết trình nhận giải của Beadle). Dựa trên cách gây đột biến bằng tia X của Muller90, nấm mốc được nuôi cấy trong môi trường tối thiểu rồi được chiếu tia. Sau đó có thể phân biệt thành 3 nhóm: một mọc bình thường, một chết, một cần thêm hóa chất nhất định để mọc. sử dụng nhóm sau này, các ông đã xác định được từng loại cần hóa chất nào thêm vào “ Năm 1926, Hermann Muller (Nobel 1946) đã thành công trong việc gây đột biến gen ở ruồi dấm bằng chiếu tia X làm biểu lộ ra những tính trạng bất thưòng hoặc tật. 371
thì lại sinh sản bình thưòng. Phải thử đến lần thứ 299 các ông mãi tìm ra được một chủng phải cho thêm vitamin Bẹ và đen lấn thứ 1085 mối lại có được một chủng nữa can vitamin Bị. Như the có nghĩa là tia X đã hủy hay gây đột biến ở gen chỉ huy việc sinh tổng hợp vitamin B6 hay vitamin Bi ở hai chủng ấy. Để kiểm tra lại các ông đem lai chủng không sinh được vitamin với chung bình thường thì thấy tính trạng thiếu sót ấy có được di truyên theo quy luật Mendel nhưng như là một gen lặn. Để chứng minh có gen điều hòa quá trình chuyển hóa các chất qua các emzym, các ông đã phải tìm ra các chủng cần những chất đơn giản hơn làm yếu tố phát triển, ví dụ arginin. Người ta đã biết trong tổng hợp urê từ arginin có sự tham gia của 2 chất trung gian là ornithin và citrullin. Trong 7 thể đột biến khác hẳn nhau về gen học mà các ông đã thu được, thì có 1 thể đáp ứng lại chỉ với arginin, 2 thể đáp ứng lại với arginin hoặc vối citrullin và 4 với một trong ba thứ. Như thế có lý do để suy ra rằng các bưốc chuyển hóa từ chất này sang chất kia mỗi bước cần một enzym là chất xúc tác do một gen đặc hiệu mã. Nói tóm lại, Beadle và Tatum đã thành công trong việc chứng minh khái niệm một “gen - một enzym” mà Garrod đã đề ra từ đầu th ế kỷ và đã thai nghén từ hồi Beadie cộng tác với Ephrussi. Như Tatum đã tóm tắt trong thuyết trình nhận giải: “lịch sử một trường hợp nghiên cứu trong sinh học” (A Case History in Biological Research) đã phát hiện có 4 điểm cơ bản: (1) mọi quá trình hóa sinh trong mọi cơ thể đều nằm dưới sự kiểm soát của gen; (2 ) tổng thể các quá trình ấy có thể tách ra thành hàng loạt các phản ứng tuần tự từng bước; 372
(3) từng phản ứng được điều hành bởi một gen đơn, nói cách khác trong từng trường hợp có tương ứng 1:1 giữa gen và phản ứng hóa sinh xảy ra; (4) kết quả đột biến một gen chỉ là rối loạn khả năng của tê bào thực hiện một phản ứng hóa học ở bước nào đó. Ông cũng nói là những khái niệm hóa sinh - gen học đã có và chắc chắn là tiếp tục có ý nghĩa trong khuôn khổ rộng hơn của sinh học như trong vi sinh học và y học như công trình nói sau đây của Joshua Lederberg. Khám phá của 2 ông cơ bản quan trọng cho sự hiểu biết về cơ chế các quá trình của sự sống. Joshua Lederberg sinh năm 1925 tại Montclair New Jersey, trong gia đình một thầy tu Do thái mối di cư từ Palestin sang Mỹ. Sau trung học, ông vào Đại học Columbia, đỗ cử nhân khoa học xuất sắc về động vật học ở tuổi 19, rồi vào khoa y Đại học Columbia, nhưng vẫn dành một phần thời gian để làm nghiên cứu vối giáo sư Ryan ỏ khoa Động vật học. Sau được học bổng, ông chuyển sang Đại học Yale, bang Joshua Lederberg Connecticut, và quyết định ở lại đó làm tiến (1925-) sĩ dưối sự giúp đỡ của giáo sư E.L. Tatum và đỗ năm 1948. Sau đó, Lederberg trở về Đại học Wiscousin làm phó giáo sư, rồi làm giáo sư năm 1954, đứng ra tổ chức khoa Gen y học mà ông làm chủ nhiệm từ năm 1957 đến 1958. Sau khi được giải thưởng Nobel, ông được phong chức Đại giáo sư và chủ nhiệm khoa gen học mới thành lập ở Đại học Stanford. Năm 1962, ông được bổ nhiệm làm giám đốc phòng thí nghiệm mang tên tổng thống Mỹ Joseph P. Kennedy Jr. Khi Mỹ đưa tàu vũ trụ, ông được mời làm cố vấn cho chương trình Viking lên sao hỏa và làm cố vấn cho Liên hợp quốc về vũ khí sinh học. Năm 1978, ông rời Stanford để sang làm giám đốc Đại học Rockefeller. 373
Ông được nhiều giải thưởng khoa học có tiếng và là thành viên cua cắc Hiệp họi khoa học về gen học trong nước và ngoài nưốc (Turin, London). Khi còn ở Wiscousin, ông đã nghĩ ra phương pháp phân lập các chủng vi khuẩn đột biến sau khi chiếu tia cực tím u v hay do dùng các chất gây đột biến khác. Nhờ thế, ông đã phân lập được các chủng vi khuẩn kháng penicillin, và đã thành công trong việc làm thay đổi độc lực của vi khuẩn, mạnh thành yếu hoặc ngược lạiễ Chính đó cũng là bước đầu nghiên cứu và việc chọn đối tượng là vi khuẩn đã giúp ông tiến thêm một bưốc nữa so vối các nhà gen tiền bối ngay như so vói neurospora mà hai ông cùng được giải thưởng vói ông đã dùng. Vào lúc bấy giờ, các nhà khoa học còn cho rằng vi khuẩn sinh sản vô tính, chưa có bằng chứng nào về cách sinh sản khácế Công trình của Beadle và Tatum đã cho thấy nấm neurospora ban đầu tưởng chỉ có sinh sản vô tính sau đã chứng minh là có sinh sản hữu tính. Trên cơ sở ấy và sử dụng các phương pháp tương tự, Lederberg đã chọn trong các chủng dễ đột biến của E. coli là Hfr (High frequency of recombinaison), hai chủng mỗi thứ cần một yếu tố phát triển khác nhau nhưng lại bổ cứu cho nhau. Ví dụ như: chủng bố cần dinh dưởng A thì mới mọc nhưng chủng mẹ lại không cần A mà cần yếu tố dinh dưỡng là E mà chủng bố không cần. Nếu đem trộn lẫn 2 chủng và cấy trên môi trường tối thiểu tức là không có cả A lẫn E thì ông thấy vẫn có dù ít, một số khuẩn lạc mọc được do mang tính trạng của cả bố lẫn mẹ, nên đã bù lại khiếm khuyết hay có nghĩa là có hiện tượng tái hợp xảy ra do có trao đổi chất liệu di truyền giữa hai chủng. Ông gọi đó là sự tái tổ hợp gen hữu tính, nhưng hiện nay các nhà khoa học chỉ gọi là tái tổ hợp gen học (genetic recombinaison) vì cũng chưa xác định được là vi khuẩn có đực và cái. Hiện tượng trao đổi này có thể thấy được dưới kính hiển vi (hình 36A), hai ông đã nhận thấy sự trao đổi ADN ấy chỉ xảy 374
ra một chiều. Vi khuẩn có yếu tố F (Fertility = khả năng sinh sản) mới chuyển sang cho vi khuẩn không có yếu tô' ấy. Cũng vì vậy mà có người cho là vi khuẩn có giới “đực” (F+) và “cái” (F-), nên có lẽ đúng hơn cả là tiếp hợp vi khuẩn (bacterial conjugation)91 (hình 36B và 36C). Tê bảo F+ T í bào F- Çï - I + í ç.yi «âc VI khuẩn YSu 18 F- Ỵ \ỵ Oúa trinh bip hợp một A. Tiếp hợp vi khuẩn qua kinh hiển Tê bèo Ả Té bèo F* Hình 36. Qua tiếp hạp giữa 2 vi khuần có sự chuyển yếu tố mà một bên không có như yếu tố F. 9,Hiện tượng tái tổ hợp hữu tinh hiện nay chưa được hoàn toàn chấp nhận và cho đó là sự chuyển nạp nghĩa là trao đổi gen giữa hai chủng vi khuẩn nhất là chuyển giao các plasmid. Nhung trong Từ điển thuật ngữ y học bacterial conjugaison vẫn được dich là giao phối vi khuẩn. 375
Chính sự tái tổ hợp gen hữu tính đã mở ra phương pháp phân tích gen học ở vi khuẩn và Lederberg cùng với Norton Zinder ở Wiscousin còn khám phá ra hiện tượng chuyên nạp (transduction). Bằng cách cho tiến hành tái tổ hợp gen hữu tính như trên đã nói, ông chủ động gây ngừng quá trình tiếp hợp qua những khoảng cách thòi gian khác nhau bằng cách ly tâm mạnh canh thang nuôi cấy rồi theo dõi những tính trạng đã được chuyển sang. Ông nhận thấy các gen mang tính trạng của con bố được chuyển sang dần từng chiếc một theo một thứ tự nhất định theo thời gian không thay đổi qua các lần thí nghiệm. Đó là hiện tượng chuyển nạp gen. Hơn th ế nữa vì có nhiều chủng E. coli Hfr, ông lại nhận thấy các tính trạng của mỗi chủng được truyền sang con cái theo những thứ tự có khác nhau. Do đó, ông suy ra là các tính trạng ở mỗi chủng nằm trên thể nhiễm sắc ỏ những vị trí khác nhau cho nên tùy nơi thể nhiễm sắc bị cắt đoạn mà cái vào trước cái vào sau tùy theo chủng. Nhưng thế còn có nghĩa là thể nhiễm sắc của E. coli có hình vòng. Kết luận này sau được nhiều ngưòi xác nhận và như thế ông là người đầu tiên đưa ra ý kiến thể nhiễm sắc hình vòng của vi khuẩn. Cũng nhò những kỹ thuật đó mà ông cũng đã đưa ra đầu tiên một bản đồ gen của E. coli mà sau này đến tận 2003 Craig Venters và nhiều ngưòi khác dùng kỹ thuật xác định trình tự nucleotid của thể nhiễm sắc môi có được một cách chính xác hơn. Đó là khi có chuyển một đoạn của thể nhiễm sắc từ tế bào này sang tế bào khác. Hiện tượng đó được tìm ra trong quá trình nghiên cứu xâm nhiễm thực khuẩn thể vào bên trong con E. coli. Thực khuẩn thể sau khi nhiễm vào một chủng E. coli đã mang theo một phần chất liệu thể nhiễm sắc chủng E. coli ấy và khi gây nhiễm con của chủng khác đã chuyển phần chất liệu thể nhiễm sắc sang chủng sau này làm cho nó mang thêm tính trạng mối. Công trình này của Lederberg đã giúp thêm cho việc lập bản đồ vi sinh vì lập bản đồ phụ thuộc vào phương pháp liên quan đến chuyển nạp. Nó đã đóng góp vào những nghiên cứu và khám 376
phá về gen học vi sinh sau này và con mở đường cho sự phát triển của gen học hiện đại (Xem Nobel 2007). Nói tóm lại, ba ông bằng cách tìm ra đối tượng nghiên cứu thích hợp đã phát hiện ra sự sinh sản hữu tính ở vi sinh vật và nhò đó mà Beadle và Tatum đã chứng minh mối liên quan giữa gen thông qua enzym mà tác động lên chuyển hóa chất, còn Lederberg đã kham phá ra sự chuyển nạp gen. Như kết luận của Beadle trong bài thuyết trình “gen học đã xác định vị trí của mình trong sinh học hiện đại. Các nhà hóa sinh công nhận vật liệu gen học như một phần của tổng thể các hệ thống mà họ khảo sát... lần đầu tiên trong lịch sử khoa học, các nhà gen học, hóa sinh và sinh lý học đã có thể bàn bạc về những vấn đề cơ bản của sinh học với cùng một ngôn ngữ của cấu trúc phân tử ’. Khám phá của 3 ông không những có giá trị vê' mặt phương pháp (tìm ra đối tượng thích hợp vối những điều kiện tương ứng) mà như giáo sư Caspesson đã nói trong diễn văn giới thiệu “không phải chỉ giao phối giới tính mới lá quá trình độc nhất dẫn đến tái tổ hợp các tính trạng của vi khuẩn... đây là lần đầu tiên đã có thể chuyển nạp những gen mới vào trong một sinh vật sống khác đ ể cho nó những tính trạng mới... Quá trình chuyển nạp cũng như các hiện tượng khác có liên quan đã làm tăng trưởng mạnh khả năng của chúng ta đi sâu vào những quá trình cơ bản của chức năng tế bào và sự phát triển của nó về thực nghiệm... Chắc chắn là nghiên cứu về ung thư sẽ chịu một ảnh hưởng lớn...". 377
Giải thưởng Nobel về Sinh lý hay Y học năm 1959 (lẩn thứ 50) S evero O choa và A rth ur K om be rg do khám phá quan trọng về cấu trúc của acid nhân Giải thưởng Nobel về Sinh lý hay Y học lần thứ 50 (1959) được trao cho hai nhà bác học, một người Tây Ban Nha Severo Ochoa và một người Mỹ Arthur Kornberg do họ đã “khám phá ra những cơ chế sinh tổng hợp acid, ribonucleic và dexoyribomucleic”92. Severo Ochoa sinh ra ở Luarca, Tây Ban Nha, con một luật sư và kinh doanh. Ông học ở Luarca, rồi vào đại học Malaga, đỗ cử nhân năm 1921, vào trường Y tại Đại học Madrid, đỗ xuất sắc năm 1929. Trong suốt hai năm sau với sự giúp đõ của Hội đồng nghiên cứu khoa học Tây Ban Nha, ông được theo học hóa sinh và sinh lý mô cơ tại Viện Kaiser Wilheim ở Heidelberg, Berlin như trợ lý Severo Ochoa nghiên cứu của Otto Meyerhoff (Nobel 1922). (1905-1993) Năm 1931, ông trở lại Đại học Madrid làm giảng viên về sinh lý và hóa sinh học. Năm sau, ông lại sang London tập trung nghiên cứu enzym học tại Viện Quốc gia nghiên cứu y học. Trỏ về Madrid năm 1935, ông được cử làm trưởng ban sinh lý học Viện nghiên cứu y học. Không may đúng năm 1936, xảy ra biến động chính trị (tướng phát xít Franco chiếm đoạt quyền gây ra nội chiến) ông và vợ phải di cư sang Đức làm việc tại Viện Kaiser Wilheim, rồi sang Anh lần lượt làm tại phòng thí nghiệm Sinh học biển ở Plymouth, rồi tại trường Y, Đại học Oxford. Trong thòi gian này, ông nghiên cứu về chức năng của vitamin Bl và về chuyển hóa trung gian tức những phản ứng hóa sinh mà đường, mỡ sản sinh ra năng lượng cần cho các quá trình hoạt động bên trong tế bào. 92 Hai acid này gọi chung là acid nhân là cơ sở vật chất của di truyén. 378
Như Krebs (Nobel 1953) đã chứng minh là glucid, acid béo và một số acid amin khi giáng hóa, đi vào chu trình acid citric và sản sinh ra đến 36 phân tử ATP có năng lượng cao và qua đó ông đã phân lập được các enzym như citrat synthetase, isocitric dehyrogenase và malat synthetase. Chính Ochoa đã tìm ra các enzym này khi nghiên cứu về sự quang hợp của chất diệp lục tô' cl cây cỏ, có khả năng tổng hợp đường từ C02và H20. Khi Chiến tranh thế giói lần thứ hai bùng nổ, ông cùng vợ chuyển sang Mỹ năm 1941, làm việc đến tận năm 1956, ông mối nhập quốc tịch Mỹ. Ồng làm hưóng dẫn và trợ lý nghiên cứu tại khoa Dược lý Đại học Washington ở Saint Louis dưới quyền của hai vợ chồng Cori (Nobel 1947) là những người thầy vê' chuyển hóa trung gian. Năm 1942, ông nhận làm trợ lý nghiên cứu Trường Y, Đại học New York. Năm 1945, ông làm trợ lý hóa sinh và năm 1946 là giáo sư phụ trách khoa Dược lý học, cuối cùng là giáo sư hóa sinh năm 1954. Ngay từ năm 1949, ông đã là giáo sư tham vấn hóa sinh cho Đại học Caliornia ở Berkeley. Thòi kỳ bấy giò hóa sinh đã đóng góp rất nhiều thành tựu trong việc tìm hiểu cấu trúc và chức năng của các chất sinh học. Riêng đối với cấu trúc của protein, người ta đã thấy chúng khác hẳn với glucid hoặc acid béo. Nếu hai chất sau này chỉ là sự trùng hợp của cùng một đơn vị cơ bản hình thành thì protein có đến 20 đơn vị cơ bản là acid amin liên kết, sắp xếp thep thứ tự khác nhau, nên đã cho nhưng protein muôn hình muôn vẻ. Đặc biệt các enzym là chất xúc tác cho các phản ứng hóa sinh khác nhau trong tế bào bản chất đều là protein. Vậy vấn đề đầu tiên iược đặt ra là protein sinh tổng hợp như thế nào? Từ năm 1941, Caspersson đã nhận ra mối liên quan giữa tổng hợp protein vói acid ribonucleic. Khi cơ quan nào sản xuất nhiều protein thì :ũng thấy xuất hiện nhiều ARN (ví dụ tuyến sinh tơ ở con tằm). Năm 1955 cùng với Grunberg - Manago, Ochoa đã phân lập được từ vi khuẩn Azobacter vinelandii một enzym có thể xúc tác tổng hợp polyribonucleotid từ các nucleotid diphosphat. Đó là một phản ứng ;huận nghịch nghĩa là khi giáng hóa polyribonucleotid cũng bằng 379
enzym ấy, thì cho ribonucleotid diphosphat và phosphat. Do nó tương tự như phản ứng tổng hợp và giáng hóa polysaccharid bởi phosphorylase nên ông đặt tên là ribonucleotid phosphoryỉase. Nêu dùng enzym ribonuclease từ tuyến tụy mà phá polyribonucleotid thì sẽ thu được các đơn vị nucleosid cấu thành và rõ ràng các nucleotid ấy đã được liên kết qua cầu nôi 3’, 5’-phosphat nghĩa là có một cấu trúc y hệt như ARN tự nhiên. Đến đây đặc biệt là công của Ochoa, ông đã tổng hợp ra một ARN gồm toàn nucleotid có uracil gọi là poly-U. Trong một hỗn hợp có rìbonucleotid phosphoryỉase vối chỉ một loại nucleotid như uracil (UDP - uridin diphosphat) cùng các yếu tố cần thiết khác cho quá trình liên kết nucleotid như phosphat thì sau ủ, ông đươc một polynucleotid gồm toàn uracil mà ông gọi là poly-Ư. Nếu ribonucleotid mồi gồm toàn adenin thì được poly-A93, nếu là guanin, được poly-G... còn nếu trộn nhiều thứ khác nhau như ADP, GDP, CDP và UDP thì sẽ được poly-AGUC nghĩa là một polyribonucleotid tổng hợp. Trong thí nghiệm này, quá trình sinh tổng hợp cần phải có một đoạn mồi nghĩa là một đoạn ARN mẫu cho quá trình sinh tổng hợp. Ớ đây là đoạn polyribonucleotid poly u mà Ochoa đã tự tổng hợp ra ban đầu. Nói một cách khác tổng hợp ARN phải theo một trình tự của ARN mẫu, để các ribonucleotid riêng rẽ có thể gắn lại với nhau. Đoạn mồi này chỉ cần có mấy base là đủ. Chính khám phá này sẽ giúp cho việc làm sáng tỏ sinh tổng hợp ADN sau này. Hơn thế nữa, những nghiên cứu tính chất lý - hóa, nhất là bằng khúc xạ tia X, cho thấy ARN tổng hợp được, cũng có cấu trúc vòng xoắn kép như giả huyết Watson và Crick đã đề ra với ADN. Ông đã cho rằng: “có nhiểu chỉ dẫn là thông tin gen học lưu trữ trong ADN đầu tiên sẽ được truyền sang A RN và có thể nghĩ rằng ADN đóng vai trò mẫu cho ARNphiên m ă\ Khám phán này mở đầu cho việc nghiên cứu mã hóa các acid amin trong ARN vận chuyển và mở rộng ra cho việc mã hóa của ARN cũng như ADN mà công trình cảa Komberg sau sẽ bổ sung. 93 PolyA tức chuỗi polyribonucleotid gồm các base hoàn toàn là adenin, polyG là chuỗi toàn là guanin. 380
Arthur Kornberg sinh tại Brooklyn New York, là học sinh xuất sắc nên được học bổng vào đại học. Ong đỗ cử nhân cũng xuất sắc, nhưng do Chiến tranh th ế giói lần thứ hai lại thêm sức khỏe không đạt, nên ông được vào làm việc tại Viện Y tế quốc gia (NIH = National Institut of Health). Khi hết chiến tranh, ông được nhận vào làm việc ỏ phòng thí nghiệm của giáo sư Severo Ochoa tại Trường Y, Đại học New Arthur Kornberg Y o rk - N ă m 1947’ ông được cử tham q u a n (1918-) phòng thí nghiệm của vợ chồng Cori tại Đại học Washington ở Saint Louis, Missouri, rồi ông được bổ nghiệm làm quản lý tổ enzym và chuyển hóa tại NIH. Ba năm sau, ông làm nghiên cứu tham vấn của Đại học California tại Berkeley. Trong những năm này, ông đã nổi tiếng do những công trình vê' hóa sinh enzym. Ông nghiên cứu sự sản xuất coenzym94 trong tế bào và đã khám phá ra điphosphopyridin nucleotid (DNP) và flavin-adenin dinucleotid (FAD). Năm 1953, Kornberg được bổ nhiệm làm giáo sư chủ nhiệm khoa Vi sinh học tại Đại học Washington ở Saint Louis. Vấn đề sinh tổng hợp ADN là một trong những hướng nghiên :ứu chính lúc bấy giờ. Ngay từ những năm 1940, người ta đã biết nhân tế bào chủ yếu gồm acid deoxyribonucleic (ADN) và 'hức năng là chỉ huy các quá trình hóa sinh bên trong tế bào. Ngay từ năm 1953 Watson và Cricks (Nobel 1962) dựa trên các ỉặc tính hóa lý, cỡ khổ của các thành phần cấu thành ADN, đã ìề nghị một mô hình cấu trúc vòng xoắn kép của ADN và qua ỉó phần nào đã thấy khả năng phiên mã từ ADN sang ARN. Nhưng các nhà bác học còn nhận thấy ADN không chỉ chỉ huy * Coenzym là đồng yếu tố của enzym mà Warburg đó tìm ra đầu tiên (giải thường 'Jobei 1931) là phần tan trong nước và chịu nhiệt thường có Vitamin như một cấu hành. Coenzym tham gia ừong phản ứng để chuyển những nhóm hóa học nhỏ từ phân ử này sang phân tử khác (xem Szcent Gyorgi giải thường Nobel 1937). 381
việc sinh tổng hợp protein và sự phát triển của tê bào như Ochoa đã cho thấy ở trên, mà còn phải được sao chép đe lại cho thế hệ sau. Mục tiêu chính Kornberg đặt ra là hai chức năng sinh tổng hợp protein và sao chép bộ mã (di truyền) là riêng biệt hay có thể tích hợp làm một. Biện pháp ông đề ra để giải quyết vấn đề là làm sao phải chiết xuất được những cơ cấu của bộ máy tổng hợp ấy, vứt bỏ những phần không cần rồi lắp giáp lại cái máy tổng hợp này trong một hệ thống phi tế bào in vitro như Ochoa đã làm đối vối ARN. Sau khi nhận chức ỏ khoa Vi sinh năm 1953, ông bắt tay vào nghiên cứu từ những giả định sau: (1) phải có enzym kiểu như nucleotid phosphorylase cho ARN, (2) phải cung cấp cho hệ thống enzym các nguyên liệu cần thiết là các nucleotid và năng lượng cần thiết, (3) phải có mồi là một ít AD N nào đó làm mồi. Đầu tiên năm 1957, ông phân lập được từ E. coli, một enzym chịu trách nhiệm tổng hợp ADN mà ông gọi là ADN polymerase và trong hỗn hợp có đủ 6 thành viên là enzym, 4 nucleotid dưới dạng triphosphat (NTP=nucleotid triphosphat) có đáng dấu bằng c 14 và một đoạn ADN lấy từ sinh vật bất kỳ, ông đã thu được một chuỗi ADN mới y hệt ADN của sinh vật dùng làm mồi. Một hiện tượng khá lý thú nữa là ông đã phát hiện là trong quá trình sinh tổng hợp, nếu ADN mồi được xử lý trước bằng nhiệt thì hiệu suất tăng hơn nhiều. Ông đã chứng minh khi tăng nhiệt cho ADN mồi, cầu nối H sẽ ròi và chỉ còn ADN ấy dưới hình thức đơn sợi và chính nhò đó mà các nucleotid riêng ròi trong hỗn dịch thí nghiệm, mới được lắp ráp vào với nhau theo trình tự của đơn sợi ADN mồi ấy. Hiện tượng này không những đã thêm một chứng minh hùng hồn cho sự đúng đắn của mô hình ADN do Watson và Crick đề ra mà còn cho thấy Kornberg đã chứng minh được cả hai mục tiêu đặt ra là sinh tổng hợp protein và sao chép trong di truyền. 382
Ngoài công việc nghiên cứu, Kornberg rất chú trọng đến giảng dạy và viết sách mà chủ yếu là về những công trình nghiên cứu của ông như: DNA Synthesis (1974), DNA Replication (1980), The Golden Helix: nine Biotech Ventures (1995). Ông tham gia nhiều tổ chức khoa học trong nưóc và thế giới như chủ tịch Hội Mỹ về Hóa học và Sinh học, Viện Hàn lâm khoa học quốc gia, là sáng lập viên Viện nghiên cứu về sinh học phân tử và tế bào ADN. Ông có 3 ngưòi vợ, hai người vợ trưốc đều chết sớm. Năm 1998, ông cưới ngưòi vợ thứ ba. Ba người con trai đều thành đạt, hai là giáo sư và một là kiến trúc sư chuyên đồ họa phòng thí nghiệm. Nói tóm lại, công trình của Ochhoa và Kornberg đã giải quyết một phần vấn đề đã được Ochoa nêu ra là “mặc dù đã có những tiến bộ rõ rệt trong hiểu biết của chúng ta về cách mà các nucleotid được tổng hợp như thế nào, nhưng cho đến gần đây củng còn biết rất ít về cơ chế tổng hợp những phân tử khổng lồ của ngay chính bản thân các acid nucleic ấy”. Hơn thế nữa các ông đã chứng minh là: - ADN: đã được sao chép như thế nào khi có phân bào để truyền các gen mã các tính trạng của sinh vật cho th ế hệ sau. - ARN: đã được phiên mã từ ADN để sinh tổng hợp ra các protein cần thiết cho sự sống của tế bào. Giáo sư H. TheoreU (Nobel 1955), thành viên của Hội đồng giáo sư Viện Karolinska đã kết luận trong bài diễn văn giới thiệu như sau: “chúng ta chắc chắn được chứng kiến trong một tương lai gần nhiều khám phá quan trọng về hóa sinh, về nghiên cứu virus, về nghiên cứu gen học và ung thư như là hệ quả công trình của Ochoa và Komberg. Họ đã giúp chúng ta tiến lên một quãng đường dài trên con đường hiểu biết cơ chế của sự sống’. 383
Giải thưởng Nobel về Sinh lý hay Y học năm 1960 (lần thứ 51) Frank M acfarlane Burnet, P eter M edaw ar về khám phá ra sự tự nhận biết và dung thứ®5 trong đáp ứng m iễn dịch Giải thưởng Nobel lần thứ 51 được trao cho hai nhà bác học một người Úc là Frank Macfarlane Bumet về khám phá ra sự tự nhận biết miễn dịch của mình (Immunoligical recognition of self) và Peter Brian Medawar, người Brazil quốc tịch Anh vể dung thứ miễn dịch. Đáp ứng miễn dịch là một phương thức đề kháng của cơ thể sống, chống lại sự xâm nhập của những yếu tố ngoại lai làm tổn hại đến tính toàn vẹn của nó. Nó đã được biết từ cổ xưa nhưng chỉ mối có cơ sở khoa học từ thế kỷ thứ x v in vói vaccin chống đậu mùa của Jenner, nhất là từ thời Pasteur cuối thế kỷ thứ XIX, với khám phá ra các vi sinh gây bệnh. Những công trình tiếp theo đã chứng minh là trong đáp ứng miễn dịch, cơ thể sản xuất ra những kháng thể đặc hiệu chống lại các vi sinh nào tấn công và kháng thể tồn tại rất lâu. Đó cũng là cơ sỏ tác dụng của các vaccin. Nhưng cơ chế sinh tổng hợp kháng thể như thế nào thì vẫn còn là giả thuyết và còn nhiều bàn cãi. Đầu tiên, Paul Erlich (Nobel 1908) đưa ra giả thuyết chọn lọc. Ông cho rằng trong tế bào có nhiệm vụ đáp ứng miễn dịch đã có sẵn những phân tử kháng thể dưới nhiều hình thể khác nhau, và khi một kháng nguyên mối vào, kháng thể nào thích hợp nhất sẽ được chọn để kết hợp với kháng nguyên ấy, kết hợp này khởi phát tê bào ấy chỉ sản xuất mạnh loại kháng thể tương ứng ấy thôi. Nhưng lý thuyết này đã bị bác bỏ bởi công trình của Karl Landsteiner (Nobel 1930) cho thấy là cơ thể có thể sản sinh ra 95 Tolerance= dung thứ là tình trạng tiếp nhận một tế bào không phải của mình mà không toại bỏ. Cho nên dịch là dung thứ thì đúng hơn là dung nạp bới vì trong dung nạp có the xẩy ra sau chuyển nạp (transduction) một gen lạ vào ADN của vat chủ ửiì cung không có hiện tượng thải nhưng do có gen mới. 384
kháng thể cả vối những kháng nguyên mối tổng hợp được trong phòng thí nghiệm mà không có sẵn trong tự nhiên. Rồi Pauling (Nobel Hóa 1954) lại đề ra giả thuyết thông tin, cho rằng kháng nguyên sau xâm nhập vào cơ thể, được đưa vào bên trong tế bào. ở đó đã có sẵn các phân tử kháng thể dưới hình thức một protein dài. Protein này sẽ được cuộn lại cho khốp vối hình thể 3 chiều của kháng nguyên (như thế mối tạo ra tính đặc hiệu cao). Ban đầu Burnet, một nhà miễn dịch học nổi tiếng, cũng ủng hộ vào giả thuyết này và tìm cách chứng minh Ĩ1 Ó. Frank Macfarlane Burnet, sinh năm 1899 ở Traralgon, bang Victoria, úc, con một giám đốc chi nhánh ngân hàng. Ông học ở trường của bang rồi vào Đại học Geelong, qua Đại học Melbourne, ông đỗ cử nhân khoa học, cử nhân y học năm 1922 và bác sĩ y năm 1923. Ông được bổ nhiệm ngay làm thường trú về bệnh lý học ở bệnh viện Melbourne. 0 đấy cho đến khi về hưu, ông vừa làm nghiên cứu tại Viện Nghiên Frank Bumet (1899-1985) cứu y Walter and Eliza Hall của Đại học Melbourne. Được học bổng Beit, ông sang Anh làm việc ỏ Viện Lister tại London và đỗ bằng tiến sĩ năm 1927 của Đại học London. Trở vê' nưốc, ông quyết tâm đi sâu vào miễn dịch học, sau khi thấy một tai nạn do tiêm chủng mà bị bội nhiễm. Được một học bổng năm 1932, ông lại sang Anh làm việc ở Viện quốc gia nghiên cứu y học ở Hampstead về vữus. Ông được nhiều tổ chức khoa học trong nưóc và quốc tế tặng bằng danh dự và huy chương như Hội Hoàng gia London, tiến sĩ danh dự Đại học Cambridge. Ông được phong tưóc năm 1951. Ông mất năm 1985. 385
Những đóng góp của ông cho miễn dịch học rấ t nhiêu song có thể chia thành lĩnh vực thực tiễn và Hnh vực lý thuyêt. Về thực tiễn năm 1935, ông phân lập được chủng virus cúm A ở Úc rồi các biến thể huyết thanh của chủng này. Những báo cáo rất có giá trị là về biến đổi độc lực của virus cũng như đã tính được tần suất của sự đột biến. Năm 1946, ông cùng W.I.B. Beveridge đã hoàn thành kỹ thuật mối về nuôi cấy virus trên màng phôi gà và phương pháp xác định đậm độ tương đối của liều lượng virus cần tiêm cũng như cách đếm số tổn thương do virus gây ra trên màng. Năm 1947, ông cùng Stone phát hiện ra ở phẩy trùng tả có một receptor tiêu enzym. Enzym này của phẩy trùng lại có thể ngăn nhiễm cúm ở một chừng mực nhất định. Trong lĩnh vực vữus học, ông còn nhiều đóng góp như đặt cơ sở cho việc nghiên cứu miễn dịch trong nhiễm siêu vi sinh này. Về mặt lý luận trong miễn dịch học, ông là người đầu tiên đề xuất ra lý thuyết tự nhận biết và dung thứ miễn dịch. Ông nhận thấy có thể nuôi được virus trong phôi gà vì phôi chưa có khả năng sản sinh ra kháng thể như ở gà đã trưởng thành. Khi ấy về sản xuất kháng thể có hai lý thuyết: chọn lọc hay thông tin. Như trên đã nói ý thứ nhất đã bị công trình của Karl Landsteiner bác bỏ. Còn lại lý thuyết thứ hai thì bản thân ông đánh giá là chưa đầy đủ vì nó không giải đáp được cái ông cho là “vấn đề cơ bản của miễn dịch học”. Đó là tại sao một động vật được mẫn cảm, lại nhận biết sự khác biệt giữa chất được tiêm là của mình, khác với chất ở ngoài lấy từ loài khácệ Trong bài thuyết trình nhận giải: “sự nhận biết miễn dịch của tự thăn” (Immunological recognition of self), ông lấy ví dụ insulin là chất mà Best và Banting (Nobel 1923) đã tìm ra và được dùng để điều trị bệnh tiểu đường. Cấu trúc hóa học đã được Frederick Sanger (Nobel Hóa học 1958) xác định là giữa các loài, phân tử insulin chỉ khác nhau không nhiều ở vài nhóm acid amin ở chuỗi A hay B. Vậy mà khi dùng insulin khác loài tiêm cho 386