Ông Pääbo đã giải trình tự DNA của người Neanderthal - một nhánh người cổ xưa sinh sống tại đại lục Á - Âu cho tới khoảng 40.000 năm trước. Để giúp bạn đọc hiểu hơn về giá trị của những công trình được vinh danh năm nay trong lĩnh vực Y sinh học, BBT website khoa Sinh học trân trọng giới thiệu bài viết của GS.TS. Trần Văn Tuấn đăng trên báo điện tử Người Lao động. Giáo sư Tuấn gọi Giải thưởng Nobel Y sinh học năm nay là “ôn cố tri tân”.

GIẢI MÃ QUÁ TRÌNH TIẾN HÓA CỦA NHÂN LOẠI

"Ôn cố tri tân" là ôn lại chuyện ngày xưa để hiểu rõ chuyện ngày nay. Chuyện ngày nay là đại dịch COVID-19.

Có khi nào các bạn thắc mắc tại sao có những người bị nhiễm SARS-CoV-2 nặng hơn người khác, thậm chí tử vong. Dĩ nhiên là có nhiều yếu tố có thể giải thích cho "hiện tượng" này, nhưng hóa ra gene là một trong những yếu tố đó. Và, người phát hiện ra gene có liên quan đến bệnh trạng COVID-19 chẳng ai khác hơn là khôi nguyên Giải Nobel Y sinh học năm nay: Giáo sư Svante Pääbo.

Trong một bài báo ngắn công bố trên Tạp chí Nature vào năm 2020, giáo sư Hugo Zeberg và giáo sư Pääbo, qua phân tích DNA, phát hiện rằng một gene ở nhiễm sắc thể số 3 có liên quan đến nhiễm SARS-CoV-2 nặng. "Nặng" ở đây là bị nhập viện, thở máy hay tử vong. Một biến thể của gene này được tìm thấy ở 63% người Bangladesh và những người mang biến thể gene này có nguy cơ tử vong cao gấp 2 lần người dân trong cộng đồng.

Điều thú vị là gene này có nguồn gốc từ hệ gene của tông người Neandertals hơn 30.000 năm trước. Một số (khoảng 3%-6%) chúng ta (tức người Đông Nam Á) cũng mang biến thể gene này.

Để hiểu hơn câu chuyện "ôn cố tri tân" của giáo sư Svante Pääbo, chúng ta cần phải điểm qua các tông người. Tất cả chúng ta, bất cứ dân tộc nào trên thế giới, đều có tổ tiên xuất phát từ châu Phi. Người tinh khôn (Homo sapiens) có mặt ở châu Phi vào khoảng 300.000 năm trước. Người Neandertals cũng xuất phát từ châu Phi và sống ở châu Âu và Tây Á vào khoảng 400.000 năm trước.

Mô hình di dân cổ đại giải thích rằng khoảng 70.000 năm trước, có nhiều nhóm người tinh khôn rời châu Phi và tản mát đi khắp nơi trên thế giới, kể cả Đông Nam Á. Những nhóm nguời này tồn tại song song với người Neandertals hơn 10.000 năm, nhưng ít ai biết mối liên hệ giữa 2 nhóm tông người này. Tuy nhiên, khoa học biết rằng tông người Neandertals đã bị tuyệt chủng vào khoảng 30.000 năm trước.

Vì họ đã tuyệt chủng nên rất khó tìm về nguồn cội. Chỉ có một cách là phân tích DNA từ xương của họ. Nhưng chiết xuất DNA từ những tông người này rất khó vì nó đã bị tan hủy và có thể bị nhiễm bởi DNA từ các nguồn khác. Công trình nghiên cứu dẫn đến giải Nobel cho giáo sư Pääbo chính là cách chiết xuất DNA cổ đại từ những tông người như Neandertals. Giáo sư Pääbo tập trung vào phân tích mitochondrial DNA (một chất liệu di truyền sản xuất năng lượng trong tế bào), và ông đã giải trình tự mitochondrial DNA từ một xương có tuổi 40.000 năm và chỉ ra rằng nó khác với mitochondrial DNA của con người hiện đại và loài tinh tinh.

Bước kế tiếp, ông và đồng nghiệp ứng dụng công nghệ hiện đại để giải trình tự DNA của hệ gene người Neandertals và công trình này đã được công bố vào năm 2010. Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng tổ tiên của người tinh khôn và Neandertals tồn tại khoảng 800.000 năm trước. Khoảng 15%-4% hệ gien của người châu Âu và châu Á ngày nay có nguồn gốc từ gene của người Neandertals.

                                                                                                                          (nguồn: nobelprize.com)

Qua giải trình tự gene, giáo sư Svante Pääbo và đồng nghiệp khám phá một tông người có tên là Denisovan. Họ giải trình tự hệ gene từ xương ngón tay 40.000 năm tuổi từ Siberia và chỉ ra rằng hệ gene này rất khác với người tinh khôn và Neandertals. Có thể 6% DNA của chúng ta (người Đông Nam Á) là xuất phát từ tông người Denisovan.

Những nghiên cứu của giáo sư Svante Pääbo và đồng nghiệp cùng sự tiến bộ của công nghệ giải trình tự gien đã cho ra đời một lĩnh vực khoa học mới có tên là paleogienomics. Khoa học paleogienomics phân tích và tái thiết lập hệ gene của các loài vật đã tuyệt chủng.

Ứng dụng khoa học paleogienomics giúp cho chúng ta hiểu hơn về quá trình tiến hóa của nhân loại. Chẳng hạn như một biến thể của gene EPAS1 (tìm thấy ở người Denisovan) giúp cho người ta sống sót ở những vùng cao. Do đó, ngày nay biến thể EPAS1 thường hay thấy ở người Tây Tạng.

NHỜ ĐÓ, CHÚNG TA BIẾT MÌNH LÀ AI…

Đại dịch COVID-19 đã tạo điều kiện cho một khám phá thú vị và giải thích tại sao một số bệnh nhân bị nhiễm SARS-CoV-2 nặng hơn người khác. Hóa ra, những người này (bị nhiễm nặng) mang trong người một mảng DNA trong nhiễm sắc thể số 3 từ người Neandertals. Khoảng 50% người Nam Á (như Bangladesh và Ấn Độ) và 16% người châu Âu có biến thể gene này trong hệ DNA.

Giải Nobel Y sinh học thường được trao cho những công trình mang tính phương pháp (ví dụ như MRI, CT, PCR, Knock-out model…) chứ ít khi nào cho những công trình mang tính mô tả. Tuy nhiên, công trình giải mã hệ gene của người Neandertals cũng có thể xem là một phương pháp, bởi vì họ phải sử dụng công nghệ giải trình tự gene và sáng chế ra phương pháp "bioinformatic" mới. Thật ra, giải Nobel năm nay cũng có thể xem là một sự ghi nhận đầu tiên về đóng góp rất quan trọng của phương pháp bioinformatic (tin sinh học). Bioinformatic thực chất là sự "giao thoa" giữa thống kê học và khoa học máy tính giúp chúng ta khai thác và hiểu các dữ liệu sinh học.

Phương pháp giải trình tự gene và bioinformatic đã giúp giải trình tự gene của các tông người cổ đại và giúp chúng ta biết mình là ai, xuất phát từ đâu, và tại sao chúng ta tồn tại và đau khổ như ngày hôm nay. Đó là một dạng "ôn cố tri tân" vậy.

THÀNH TÍCH KHOA HỌC ĐÁNG NỂ

Svante Pääbo sinh ra tại Stockholm vào ngày 20/4/1955 trong một gia đình trung lưu. Thân phụ ông là Sune Bergström (một nhà khoa học chuyên về Hóa sinh) từng được trao Giải Nobel Y sinh học năm 1982 vì có công khám phá prostaglandins, một hormone trong hệ nội tiết. Thân mẫu ông là Karin Pääbo, cũng là một nhà Hóa sinh học.

Ông tốt nghiệp tiến sĩ từ Đại học Uppsala vào năm 1986. Trong thời gian 1986-1987, ông làm nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Sinh học Phân tử II thuộc Đại học Zürich (Thụy Sĩ). Từ năm 1987-1990, ông tiếp tục làm nghiên cứu sau tiến sĩ về lĩnh vực hóa sinh tại Đại học California, Berkeley (Mỹ). Năm 1990, ông được Đại học Uppsala trao bằng Tiến sĩ khoa học (Docent). Năm 1997, ông được bổ nhiệm làm Giám đốc Viện Di truyền tiến hóa Max-Planck (Đức) và giáo sư danh dự của Đại học Leipzig.

Sự nghiệp khoa học của ông chỉ "khởi sắc" trong những năm đầu thế kỉ XXI, tức sau 15 năm bảo vệ luận án tiến sĩ. Năm 2002, ông phát hiện một gene (có tên là FOXP2) có liên quan đến khả năng sử dụng ngôn ngữ. Năm 2006 là năm quan trọng khi nhóm nghiên cứu do ông lãnh đạo công bố hệ gene của tông người Neanderthals và sau đó được Tạp chí Time vinh danh là 1 trong 100 người có ảnh hưởng lớn nhất trong năm. Những năm sau đó, ông tập trung vào lĩnh vực nghiên cứu hệ gene của các tông người cổ đại và khám phá ra tông người được định danh là Denisovan vào năm 2010 (Denisova là tên của một hang động ở Siberia).

Ông là tác giả và đồng tác giả của hơn 400 bài báo khoa học. Một số (20) bài báo quan trọng được công bố trên Nature, Science, Cell và PNAS, và được trích dẫn hơn 1.000 lần, có bài được trích dẫn hơn 4.000 lần. Theo dữ liệu của Scopus, chỉ số H của ông là 133. Ông được trao nhiều giải thưởng danh giá. Những giải thưởng quan trọng phải kể đến là Giải Gottfried Wilhelm Leibniz Prize (1992), một giải thưởng cao quý của Đức, vì những công trình liên quan đến chiết xuất DNA cổ đại. Năm 2000, ông được bầu làm viện sĩ Viện Hàn lâm khoa học Thụy Điển. Năm 2008, ông được trao Huân chương "Pour le Mérite for Sciences and Arts" (Đức) vì những đóng góp quan trọng cho di truyền học. Năm 2016, ông trở thành Viện sĩ Học viện Hoàng gia của Anh. Ngoài ra, ông còn được trao nhiều giải thưởng khác từ Mỹ, Anh, Thụy Điển và Đức.

Trong một cuốn sách xuất bản vào năm 2014, Svante Pääbo cho biết ông là người "bisexual" (có nghĩa là vừa là đồng tính luyến ái nhưng có gia đình). Ông thành hôn với Linda Vigilant, một nhà di truyền học, và có 2 con. Hai vợ chồng là đồng tác giả của nhiều bài báo đã được công bố trên những Tạp chí quốc tế có uy tín.

GS NGUYỄN VĂN TUẤN (nguồn: nld.com.vn)

Một số công trình nổi bật của Svante Pääbo

Krings M, Stone A, Schmitz RW, Krainitzki H, Stoneking M, Pääbo S. Neandertal DNA sequences and the origin of modern humans. Cell. 1997:90:19-30.

Green RE, Krause J, Briggs AW, Maricic T, Stenzel U, Kircher M, Patterson N, Li H, Zhai W, Fritz MH, Hansen NF, Durand EY, Malaspinas AS, Jensen JD, Marques-Bonet T, Alkan C, Prüfer K, Meyer M, Burbano HA, Good JM, Schultz R, Aximu-Petri A, Butthof A, Höber B, Höffner B, Siegemund M, Weihmann A, Nusbaum C, Lander ES, Russ C, Novod N, Affourtit J, Egholm M, Verna C, Rudan P, Brajkovic D, Kucan Ž, Gušic I, Doronichev VB, Golovanova LV, Lalueza-Fox C, de la Rasilla M, Fortea J, Rosas A, Schmitz RW, Johnson PLF, Eichler EE, Falush D, Birney E, Mullikin JC, Slatkin M, Nielsen R, Kelso J, Lachmann M, Reich D, Pääbo S. A draft sequence of the Neandertal genome. Science. 2010:328:710-722.

Krause J, Fu Q, Good JM, Viola B, Shunkov MV, Derevianko AP, Pääbo S. The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia. Nature. 2010:464:894-897.

Reich D, Green RE, Kircher M, Krause J, Patterson N, Durand EY, Viola B, Briggs AW, Stenzel U, Johnson PL, Maricic T, Good JM, Marques-Bonet T, Alkan C, Fu Q, Mallick S, Li H, Meyer M, Eichler EE, Stoneking M, Richards M, Talamo S, Shunkov MV, Derevianko AP, Hublin JJ, Kelso J, Slatkin M, Pääbo S. Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature. 2010:468:1053-1060.

Meyer M, Kircher M, Gansauge MT, Li H, Racimo F, Mallick S, Schraiber JG, Jay F, Prüfer K, de Filippo C, Sudmant PH, Alkan C, Fu Q, Do R, Rohland N, Tandon A, Siebauer M, Green RE, Bryc K, Briggs AW, Stenzel U, Dabney J, Shendure J, Kitzman J, Hammer MF, Shunkov MV, Derevianko AP, Patterson N, Andrés AM, Eichler EE, Slatkin M, Reich D, Kelso J, Pääbo S. A high-coverage genome sequence from an archaic Denisovan individual. Science. 2012:338:222-226.

Prüfer K, Racimo F, Patterson N, Jay F, Sankararaman S, Sawyer S, Heinze A, Renaud G, Sudmant PH, de Filippo C, Li H, Mallick S, Dannemann M, Fu Q, Kircher M, Kuhlwilm M, Lachmann M, Meyer M, Ongyerth M, Siebauer M, Theunert C, Tandon A, Moorjani P, Pickrell J, Mullikin JC, Vohr SH, Green RE, Hellmann I, Johnson PL, Blanche H, Cann H, Kitzman JO, Shendure J, Eichler EE, Lein ES, Bakken TE, Golovanova LV, Doronichev VB, Shunkov MV, Derevianko AP, Viola B, Slatkin M, Reich D, Kelso J, Pääbo S. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature. 2014:505: 43-49.