Tháng 10, 2017
Thứ sáu
Thứ Ba, ngày 10/10/2017 00:05 AM (GMT+7)

Đồng hồ sinh học: Phần giá trị nhất của Nobel Y học 2017

Không hào hứng và mang tính thời sự như mong đợi, giải Nobel y học 2017 đã được trao cho ba nhà khoa học "đưa ra những nguyên tắc then chốt của đồng hồ sinh học và mở ra ngành Thời sinh học" (chronobiology).

Giải Nobel y học năm nay thiếu hào hứng và thời sự như nhiều mong đợi cho các nghiên cứu quan trọng của CTL-4, PD-1, CAR-T trong trị liệu ung thư, hoăc CRISPR đang tạo cuộc cách mạng về chỉnh sửa gen.

Giải đã được trao cho nghiên cứu "Đồng Hồ Sinh Học" (ĐHSH) liên hệ đến điều hoà sự sống trong ngày; nhìn sâu hơn, ĐHSH có liên quan đến vũ trụ và đời sống. Theo tinh thần đề cao hợp tác, giải Nobel không dành cho một cá nhân mà được chia cho nhiều người, gồm hai GS Jeffrey C. Hall và Michael Rosbash, cùng làm việc ở Ðại học Brandeis tại Massachusetts, và người thứ ba là Michael W. Young của Ðại học Rockefeller University tại New York.

Đương nhiên, ĐHSH có những giá trị lớn và chỗ đứng riêng trong khoa học thế giới. Bài viết sau đây sẽ chia sẻ với bạn đọc một số thông tin về giải thưởng này.

Đồng hồ sinh học: Phần giá trị nhất của Nobel Y học 2017 - 1

ĐHSH đã được nghiên cứu từ nhiều thế kỷ trước?

ĐHSH được hình thành do sự tiến hoá sinh vật để duy trì hoạt động và sự sống theo vận hành ngày đêm của vũ trụ. Khái niệm về tương quan sinh lý và vũ trụ đã được suy diễn từ nhiều thế kỷ, đặc biệt từ y học cổ truyền Trung Hoa.

Đồng hồ sinh học: Phần giá trị nhất của Nobel Y học 2017 - 2

ĐHSH điều hành những hoạt động sinh lý cần thiết của chúng ta như ngủ, thức, lưu thông tuần hoàn, thân nhiệt, mức độ tỉnh táo và nhận thức trong ngày.

Về chức năng, ĐHSH điều hành những hoạt động sinh lý cần thiết của chúng ta như ngủ, thức, lưu thông tuần hoàn, thân nhiệt, mức độ tỉnh táo và nhận thức trong ngày. Nghiên cứu ĐHSH rất phức tạp, bao gồm sinh lý học, di truyền, sinh học phân tử, ngoại di truyền (epigenetic) và tập tính (behaviour science).

Trung tâm hoạt động của ĐHSH nằm ở não bộ, vùng Suprachiasmatic Nucleus (SNC) có chức năng điều khiển thân nhiệt, đói, khát (hypothalamus). Đó là ĐHSH chủ (Master Clock) được kích động bởi ánh sáng truyền từ mắt khi ta thức. Tác động của ĐHSH ở vùng này sẽ giúp cơ thể điều hoà các chức năng sinh lý cơ thể.

Đồng hồ sinh học: Phần giá trị nhất của Nobel Y học 2017 - 3

Trung tâm hoạt động của ĐHSH nằm ở não bộ, vùng Suprachiasmatic Nucleus (SNC)

Một số dấu ấn sinh học của ĐHSH được biết như thân nhiệt, lượng cortisol sản xuất liên quan đến hoạt động và biến dưỡng, melatonin liên quan đến giấc ngủ. Những nghiên cứu sâu rộng cho thấy ĐHSH cũng hoạt động ở rất nhiều loại tế bào, giúp tế bào điều chỉnh hoạt động phù hợp với những chu kỳ thời gian hay thay đổi môi trường. Ví dụ, ở tế bào da, ĐHSH kích hoạt bởi ánh sáng, ở gan bởi chu kỳ ăn uống nhằm điều hoà nhiệt độ, biến dưỡng, năng lượng của cơ thể.

Về cấu trúc, các gen của ĐHSH rất giống nhau từ tảo, vi trùng, ký sinh trùng, thực vật và động vật cao đẳng. Điều này giúp cho các sinh vật cùng hoạt động tạo thành hệ sinh thái sống động diễn tiến trong chu kỳ ngày đêm trên trái đất.

Hệ gen quyết định sự sống trên Trái Đất?

Hệ gen của ĐHSH phức tạp và có đặc điểm là tự điều hoà và kiểm soát lẫn nhau. Điều này khác với các hệ gen của chức năng sinh học khác như tăng trưởng (developmental genes), hay bệnh lý (disease genes) có những khoá tắt mở thường được biết là ligand (gen kích hoạt) và receptor (gen thụ thể).

Về nghiên cứu gen ĐHSH được biết từ lâu. Các gen ĐHSH đầu tiên được phân lập từ ruồi giấm bằng phương pháp di truyền ở thập niên 1970, chứng minh rằng các gen này tổng hợp protein tích tụ trong tế bào suốt đêm và sử dụng nó trong ngày (gọi là gene chu kỳ PER - Period).

Vai trò chính của PER là kích hoạt hệ gen của ĐHSH trong đó liên hệ đến các gen như Timeless (TIM - vô hạn) có tác dụng giữ cho nhịp sinh học hoạt động bình thường; gene Doubletime (DBT) điều hoà nồng độ protein PER, giúp chạy đúng giờ trong ngày.

Đồng hồ sinh học: Phần giá trị nhất của Nobel Y học 2017 - 4

Hệ thống gen của ĐHSH tế bào động vật, theo đó các gen tác động trên nhau, qua tương tác protein, DNA, RNA, tạo thành hệ thống kín, tự động và nội tại (endogenous).

Đương nhiên còn rất nhiều gen khác có chức năng ổn định và chính xác của ĐHSH đã và đang được tìm kiếm. Trong hệ thống gen của ĐHSH tế bào động vật, các gen tác động trên nhau, qua tương tác protein, DNA, RNA, tạo thành hệ thống tự động, kín và nội tại (endogenous). Ngoài ra còn các gen như Cry, CLOCK , BMAL1, Rev-erba, Rora, Dec1-2 liên kết với PER thành mạng lưới kín.

Đồng hồ sinh học: Phần giá trị nhất của Nobel Y học 2017 - 5

Hệ thống gen của ĐHSH thực vật điều hành chức năng sinh lý của cây ban ngày và ban đêm.

Đồng hồ sinh học: Phần giá trị nhất của Nobel Y học 2017 - 6

 ĐHSH điều hoà “giấc ngủ” của cây.

Những đặc tính khác của ĐHSH là khả năng các gen có thể tái lập trình khi thay đổi thời gian, ánh sáng giúp cơ thể điều chỉnh theo vị trí và môi trường sống khác nhau; ĐHSH cũng có thể hoat động ở nhiệt độ sinh lý khác biệt, nhờ đó mà các loài máu nóng hay lạnh, vùng Nam hay Bắc cực, đều có thể tồn tại.

Ảnh hưởng quan trọng của ĐHSH đến sức khoẻ của con người

Như nói trên, ĐHSH điều chỉnh những chức năng sinh lý như tập tính, giấc ngủ, nhiệt độ cơ thể và biến dưỡng. Cho nên ĐHSH có ảnh hưởng quan trọng đến sức khoẻ của chúng ta, và có thể xảy ra qua hai cơ chế ngoại tại và nội tại.

Cơ chế ngoại tại khi di chuyển múi giờ, vị trí. Ví dụ điển hình là du lịch máy bay bị trái giờ ngày đêm gây hiệu ứng “jet lag” gồm mất ngủ, mệt mỏi. Cơ chế nội tại do đột biến gen của ĐHSH và được biết liên hệ đến chức năng sinh lý cơ bản như mất ngủ, thiếu tập trung, hay ảnh hưởng đến cảm xúc, trí nhớ.

Sai lệch hoạt động của ĐHSH dẫn đến sai lệch về biến dưỡng gây ra bệnh lý như huyết áp, béo phì, thần kinh. Đặc biệt gen PER được biết có liên hệ đến diễn tiến của ung thư; khi PER bị bất hoạt, tầng số tế bào ung thư cao và ngược lại. Tuy nhiên, diễn tiến ung thư không liên quan đến ĐHSH vì khi các gen khác của ĐHSH bất hoạt không gây ung thư.

Tóm lại, hư hỏng ĐHSH gây tổn thương có tính chất cục bộ, mất thăng bằng và từ đó dẫn đến những bệnh lý nghiêm trọng cho các cơ quan.

Cơ hội giải mã những bí ẩn lớn lao về tương quan giữa sự sống và vũ trụ?

ĐHSH là hệ gen quyết định sự sống trên Trái Đất, do quá trình tiến hóa của sinh vật trải qua hàng triệu năm theo chu kỳ quay vòng của mặt Trời và các hành tinh. Thật là điều thú vị khi chúng ta liên tưởng đến “số tử vi” và thiên văn học, theo đó mệnh của con người có liên hệ với (hay được quyết định bởi?) các vì sao trong vũ trụ mênh mông này.

Như chúng ta biết, sự sống được tồn tại do sự thăng bằng mọi vật trong vũ trụ. Do bản chất, vạn vật luôn thay đổi tiến hoá gọi là Entropy, và một hệ thống chỉ có thể tồn tại khi thay đổi này dẫn đến năng lượng ổn định (Energy). Theo đó, ĐHSH đã được tạo ra từ hai lực Entropy và Energy.

Câu hỏi được đặt ra là cơ chế tác động Entropy và Energy trên ĐHSH là gì?

Đây chính là một bí ẩn lớn lao về tương quan giữa sự sống và vũ trụ. Cho tới nay các hoạt động sinh học được giải thích qua cơ chế đường truyền tế bào (cell signaling) do tương tác của ligand và receptor.

Có nhiều hệ thống hoạt động gen như các kích thích tố tăng trưởng và thụ thể (EGF,FGF, INF với các Receptor tương ứng); phức tạp hơn là các mùi vị do hoá chất tác dụng trên thụ thể có khả năng dẫn truyền thần kinh như ordorant receptor. Khó và phức tạp hơn là tác động của “ligand vô hình” như áp xuất huyết, gây hiệu ứng căng (shear stress response), kích hoạt gen nitric oxide synthase, atrial naturetic factor (ANF) giúp làm giản mạch.

Như vậy, ĐHSH đang cho thế giới khoa học một chủ đề rất cơ bản, đầy thử thách và cũng rất lý thú để lý giải về tiến hoá của sự sống và vũ trụ. Đánh động được ý thức đó có lẽ là phần giá trị nhất của giải Nobel y học năm nay. 

TS Nguyễn Thái Đức

Tin đọc nhiều

Phá vỡ mọi kỷ lục, động cơ đẩy mới của NASA mở ra cơ hội chinh phục Sao Hỏa Động cơ đẩy X3 mới của NASA dùng cho các thế hệ tên lửa tiếp...
Cách mạng Công nghiệp 4.0: Cần hiểu đúng để áp dụng hiệu quả Các chương trình đào tạo cần phải thay đổi về phương thức,...
Cách khôi phục lại các ứng dụng đã xóa trên Android Chỉ với vài thao tác đơn giản, bạn hoàn toàn có thể phục hồi...
Khắc phục lỗi không thể download các tập tin trên mạng Nếu bạn gặp hiện tượng khi nhấn vào liên kết để tải về một...