Nobel hóa học 2018: chiến thắng dành cho các protein nhân tạo tận dụng sức mạnh tiến hóa

Theo kết quả vừa được công bố hôm 3/10 vừa qua, ủy ban Nobel;của Viện Karolinska ở Thụy Điển đã chọn trao giải Nobel hóa học năm 2018 cho ba nhà khoa học: Frances H. Arnold, George P. Smith và Sir Gregory P. Winter. 

Nobel y sinh 2018 thuộc về liệu pháp điều trị ung thư bằng cách kích hoạt hệ miễn dịch

Nobel 2018: Sau 55 năm, thế giới lại có một người phụ nữ cùng chia sẻ giải Nobel vật lý

(Ảnh: Nobel Prize Foundation)

Lấy cảm hứng từ sức mạnh tiến hóa và việc sử dụng nó-những nguyên tắc của sự chọn lọc và thay đổi di truyền, ba chủ nhân của giải Nobel hóa học năm nay đã tạo ra những loại protein mới bằng cách sao chép các tiến trình thiết kế của tự nhiên. Các loại protein này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành như nhiên liệu và dược, đem lại những tiến bộ mới trong các lĩnh vực môi trường và y khoa.

Loại protein đầu tiên do Frances H. Arnold thực hiện vào năm 1985 là phiên bản tiến hóa có định hướng đầu tiên của enzyme-các protein giúp tăng tốc các phản ứng hóa học. 

Tiến hóa có định hướng là phương pháp mô phỏng quá trình chọn lọc tự nhiên để định hướng các protein và acid nucleic theo mục đích của người dùng, một kỹ thuật trong ngành kỹ thuật hóa học.

Phương pháp này được bà tiếp tục điều chỉnh để phát triển các chất xúc tác mới thường xuyên hơn. Các enzyme của Arnold có nhiều ứng dụng như: sản xuất hóa chất, ví dụ như các loại thuốc mới thân thiện môi trường hơn, sản xuất nhiên liệu tái chế trong lĩnh vực giao thông xanh. 

Trong lịch sử giải Nobel hóa học, tiến sĩ kỹ thuật hóa học Frances H. Arnold là người phụ nữ thứ 5 vinh dự được trao giải này. Bà cũng là bóng hồng thứ hai trong những chủ nhân Nobel đã được Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển công bố, sau nữ tiến sĩ vật lý đến từ Canada, Donna Strickland.

Loại protein thứ hai là của nhóm George P. Smith và Sir Gregory P. Winter nhận nửa giải Nobel năm nay cùng với Frances Arnold. Năm 1985, George Smith đã phát triển một phương pháp đơn giản mang tên phage display, sử dụng các thực khuẩn thể (bacteriophage hay phage, các loại virus là khắc tinh của vi khuẩn gây bệnh) để tạo ra các protein mới. Còn Gregory Winter sử dụng phage display để tạo ra các kháng thể tiến hóa có định hướng trong sản xuất các loại thuốc mới.

Loại kháng thể đầu tiên dựa trên phương pháp phage display này là adalimumab được thông qua năm 2002 dùng để trị các bệnh viêm nhiễm vùng chậu, vảy nến, viêm khớp dạng thấp. Từ đó đến nay dã có thêm nhiều kháng thể khác được tạo ra bằng phage display để trung hòa độc tố, chống lại các bệnh tự miễn và chữa trị ung thư di căn (bệnh tự miễn là các bệnh do kháng thể gây hại cho các bộ phận khác như viêm khớp dạng thấp, sốt thấp khớp, rối loạn tuyến giáp...).

Kể từ những hạt giống đầu tiên của sự sống cách đây 3,7 tỉ năm, hầu như mọi sinh vật trên trái đất đều có nhiều bộ phận khác nhau. Sự sống có mặt ở mọi nơi từ suối nước nóng cho đến đại dương sâu, sa mạc khô cằn, tất cả đều dựa trên sự tiến hóa phức tạp của các chất hóa học. Các công cụ hóa học như protein đã được tối ưu hóa, thay đổi và làm mới để tạo sự đa dạng bất ngờ. Các protein nhân tạo mà các nhà khoa học tạo ra trong phòng thí nghiệm là cuộc cách mạng của sự tiến hóa có định hướng mà "chúng ta ở trong thời kỳ đầu, cuộc cách mạng đang và sẽ mang lại lợi ích lớn nhất cho nhân loại bằng nhiều cách thức khác nhau", nguyên văn thông cáo của Ủy ban Nobel.

Tiến sĩ Fances H. Arnold sinh năm 1956 tại Pittsburgh (Mỹ), tốt nghiệp đại học Princeton ngành kỹ thuật không gian và cơ khí, lấy bằng tiến sĩ kỹ thuật hóa học đại học California năm 1985. Bà hiện là giáo sư kỹ thuật hóa học, sinh học và hóa sinh Học viện công nghệ California, một trong những trường hàng đầu nước Mỹ về công nghệ.

Năm 2017, Arnold được nhận giải thưởng Thành tựu của Hiệp hội các nữ kỹ sư Mỹ. Arnold là người phụ nữ của nhiều cái đầu tiên: người phụ nữ đầu tiên được giải Công nghệ Thiên niên kỷ (Millennium Technology Prize) năm 2016 cho công trình tiên phong về tiến hóa có định hướng vừa được giải Nobel, giải Draper của Viện hàn lâm quốc gia kỹ thuật năm 2011, người phụ nữ đầu tiên được chọn vào cả ba Viện hàn lâm Quốc gia Hoa Kỳ về Kỹ thuật, Y khoa, Khoa học và Nghệ thuật.

Người phụ nữ thứ 5 trong lịch sử được trao giải Nobel hóa học, tiến sĩ Frances H. Arnold chụp cùng cựu tổng thống Obama (Ảnh: Getty images)

Mời độc giả theo dõi cuộc phỏng vấn qua điện thoại giữa tiến sĩ Frances H. Arnold và quỹ Nobel Prize Foundation ngay sau khi giải Nobel hóa học được công bố:

Tiến sĩ George P. Smith sinh năm 1941 tại Norwalk (Mỹ). Ông lấy bằng tiến sĩ về miễn dịch học và vi khuẩn học đại học Harvard năm 1970. Ông từng là giáo sư xuất sắc về Khoa học sinh học đại học Missouri, được trao giải thưởng nghiên cứu công nghệ sinh học Promega năm 2007 của Hiệp hội vi sinh học Mỹ.

Tiến sĩ George Smith (Ảnh: EPA)

Sir Gregory P. Winter sinh năm 1951 tại Leicester (Anh), là hiệu trưởng Trinity College đại học Cambridge từ năm 2012. Winter lấy bằng tiến sĩ ngành Khoa học tự nhiên tại đại học Cambridge năm 1976. Ông từng là trưởng nhóm nghiên cứu phòng thí nghiệm sinh học phân tử Hội đồng nghiên cứu y khoa đại học Cambridge. Winter cũng là thành viên, thành viên danh dự nhiều hiệp hội như: Tổ chức Sinh học phân tử châu Âu, các hội ở Anh như Hiệp hội Hoàng gia, Viện hàn lâm Khoa học y khoa cùng nhiều tổ chức chuyên nghiệp khác. Winter đã giành nhiều giải thưởng, huy chương và được Nữ hoàng Anh phong tước hiệp sĩ vì những đóng góp trong lĩnh vực sinh học phân tử vào năm 2004.

Sir Gregory P. Winter tại Trinity College (Ảnh: Aga_Machaj)

Nguyễn Linh Trần