Nghiên cứu vượt thời đại của hai nhà khoa học Drew Weissman và Katalin Kariko là tiền đề giúp thế giới phát triển vaccine Covid-19 trong thời gian kỷ lục.
Chiều 2/10 (theo giờ Việt Nam), Hội đồng Nobel xướng tên hai nhà khoa học Katalin Kariko và Drew Weissman cho giải Nobel Y Sinh 2023. Khám phá của họ mở đường cho sự ra đời của vaccine Pfizer và Moderna ngừa Covid-19. Tuy nhiên, con đường đến với thành công của cả hai không trải hoa hồng.
Vào những năm 1950, khái niệm về mRNA vẫn còn là một bí ẩn. Các nhà sinh học ở thế kỷ này hiểu rằng bản thiết kế DNA (gọi là ribosome) có thể tạo được protein. Nhưng họ không biết cách đưa bản thiết kế này đến với các nhà máy sản xuất tế bào của cơ thể.
Tới năm 1960, các nhà khoa học phát hiện một phân tử khó nắm bắt, tạm gọi là X, có khả năng mang bản sao của các đoạn mã DNA tới ribosome. Ở đây, nhà máy sản xuất tế bào có thể đọc và bơm ra các protein tương ứng. Họ đặt tên cho phân tử này là RNA thông tin, hay còn gọi là mRNA.
Dù vậy, phân tử này gần như không thể tách khỏi tế bào, bởi nó quá mỏng manh và dễ phân hủy. Trong những thập kỷ tiếp theo, các nhà khoa học dường như chỉ chú ý đến DNA và protein mà bỏ qua mRNA.
Tiềm năng của phân tử này có lẽ đã rơi vào quên lãng nếu không nhờ vào cuộc gặp gỡ của giáo sư Weissman và giáo sư Kariko tại Đại học Pennsylvania.
Khi ấy, giáo sư Weissman đang ngày đêm nghiên cứu về phương pháp điều chế vaccine HIV. Ông dành nhiều năm trong phòng thí nghiệm của Anthony Fauci, cựu Cố vấn Y tế trưởng của Tổng thống Mỹ để tìm kiếm phương pháp điều trị AIDS.
Trong khi đó, giáo sư Kariko có khoảng thời gian khó khăn tại Mỹ. Bà bị gạt ra ngoài lề trong các phòng nghiên cứu vì không có vị trí cố định, không có trợ cấp và ấn phẩm khoa học. Bà nỗ lực tìm kiếm chỗ đứng tại Đại học Pennsylvania, hiểu rằng bản thân chỉ có thể tiếp tục công việc nếu được một nhà khoa học khác nhận vào.
mRNA là nỗi ám ảnh của Kariko. Bất chấp quan điểm phổ thông kéo dài hàng thập kỷ rằng phân tử này vô dụng về mặt lâm sàng, bà tin rằng nó sẽ thúc đẩy nhiều tiến bộ y khoa. Về lý thuyết, các nhà khoa học có thể kích thích tế bào sản xuất bất kỳ loại protein nào, từ virus đến insulin, miễn là họ biết thông tin di truyền của nó.
"Tôi đã nói với ông ấy: 'Tôi là một nhà khoa học về RNA, có thể làm bất kỳ điều gì với RNA'. Ông ấy hỏi rằng liệu tôi có thể tạo ra vaccine HIV hay không. Tôi trả lời rằng mình làm được", bà kể lại cuộc gặp gỡ với giáo sư Weissman.
Giáo sư Katalin Kariko (trái) và giáo sư Drew Weissman (phải) tại Trường Đại học Pennsylvania. Ảnh: Pennsylvania University
Ở thời điểm đó, các loại vaccine truyền thống hoạt động theo cơ chế đưa virus hoặc một phần của virus vào cơ thể, huấn luyện hệ miễn dịch ghi nhớ và tấn công mầm bệnh xâm nhập. Vaccine mRNA như một bản hướng dẫn được mã hóa, cho phép các tế bào tự sản sinh protein virus. Giáo sư Weissman cho rằng cơ chế này mô phỏng bệnh dịch tốt hơn, tạo phản ứng miễn dịch mạnh mẽ hơn các loại vaccine truyền thống.
Đây là ý tưởng "ngoài lề" mà ít nhà khoa học nghĩ sẽ hiệu quả. Phân tử mỏng manh như mRNA thường không phải lựa chọn sáng giá cho vaccine. Dù vậy, giáo sư Weissman và Kariko vẫn quyết định tiêm phân tử mRNA vào các tế bào người được nuôi cấy trên đĩa thí nghiệm. Đúng như dự đoán, mRNA hướng dẫn được tế bào tạo protein cụ thể. Tuy nhiên, khi họ tiêm cho chuột, chúng bị bệnh.
"Lông của chúng xù lên, chúng khom lưng, ngừng ăn và không chạy nhảy nữa. Chúng tôi không biết tại sao", giáo sư Weissman kể lại.
Trong 7 năm, họ kiên trì nghiên cứu hoạt động của mRNA nhằm khắc phục điều này. Vô số thí nghiệm thất bại. Cả hai đi từ ngõ cụt này đến ngõ cụt khác. Vấn đề nghiêm trọng nhất là hệ miễn dịch coi mRNA là một mầm bệnh xâm nhập và bắt đầu tấn công. Động vật bị bệnh, những phân tử mỏng manh quý giá cũng bị phá hủy.
Sau thời gian dài thử nghiệm, họ giải quyết được bài toán khó. Cả hai phát hiện tế bào bảo vệ mRNA trong cơ thể có một biến đổi về mặt hóa học. Vì vậy, họ thực hiện những thay đổi tương tự đối với mRNA được tạo ra tại phòng thí nghiệm trước khi tiêm cho tế bào. Dưới sự mong đợi của Weissman và Kariko, mRNA được tế bào hấp thụ mà không gây ra phản ứng miễn dịch.
Tuy nhiên, giới khoa học vẫn giữ cái nhìn bàng quan của họ đối với mRNA. Giáo sư Weissman cho biết bài báo đầu tiên của họ năm 2005 bị tạp chí Nature and Science từ chối. Cuối cùng, nghiên cứu được đăng tải trên ấn phẩm chuyên biệt có tên Immunity.
Bất chấp những người phản đối, giáo sư Kariko và Weissman tin rằng khám phá của họ có thể thay đổi thế giới. "Điện thoại của chúng tôi chẳng bao giờ đổ chuông. Không ai quan tâm hết. Nhưng chúng tôi biết tiềm năng của nghiên cứu và không ngừng nỗ lực", giáo sư Weissman nói.
Nhiều năm liền, Kariko và Weissman cố gắng làm mọi cách để đẩy mạnh ý tưởng. Họ tìm kiếm nhà tài trợ, thành lập công ty để biến công nghệ này thành biện pháp cứu sinh.
Khi virus Zika bùng phát năm 2015-2016, Weissman bắt đầu nghiên cứu vaccine. Sản phẩm thành công trên khỉ, nhưng được gác lại dịch bệnh đã hạ nhiệt.
Covid-19 ập đến, vợ ông là Mary Ellen Weissman và con gái ông, Allison Weissman, tình nguyện thử nghiệm vaccine.
Vào cuối 2020, vaccine Pfizer và Moderna sử dụng mRNA để đào tạo hệ miễn dịch cách nhận biết và ngăn chặn nCoV ra đời, tạo nên bước đột phá y học trên toàn cầu. Công nghệ của Weissman và Kariko nhanh chóng trở thành xu hướng khoa học chủ đạo.
Đại dịch chỉ là sự khởi đầu, không phải kết thúc của câu chuyện khoa học.
Weissman muốn sử dụng vaccine mRNA thông tin để ngăn ngừa bệnh cúm, mụn rộp, HIV hoặc đại dịch từ virus corona tiếp theo. Ông nhìn thấy tiềm năng thậm chí còn lớn hơn trong tương lai: một phương pháp chữa thiếu máu hồng cầu hình liềm có thể cung cấp cho châu Phi, khác hoàn toàn với những loại thuốc và liệu pháp hiện tại.
Còn giáo sư Kariko coi những năm tháng không tiền tài, danh vọng, những lần đem thí nghiệm thất bại về nhà hoặc cất giữ vật dụng khoa học trong lọ dưa muối là trải nghiệm cần thiết. Kariko không làm việc cho sự thành công của bất cứ ai, bà làm việc cho lý tưởng của riêng mình.
