6 sự kiện lịch sử trọng đại của ngành hệ gen học
Giới thiệu: Hiểu về chính mình
Một bước ngoặt trọng đại trong quá trình hiểu biết về di truyền học người đó là vào tháng Chín năm 2012 các nhà khoa học đã công bố kết quả sau 5 năm nghiên cứu để mở ra bí mật về cách thức vận hành của hệ gen (genome). Dự án ENCODE (giải mã) này bắt đầu với ý tưởng về DNA của chúng ra phần lớn là “rác thừa”, các trình tự lặp không có chức năng, phát hiện mới cho thấy ít nhất 80 phần trăm hệ gen có vai trò quan trọng.
Phát hiện mới này giúp chúng ta hiểu sâu hơn về hệ gen người. Ở đây, chúng ta sẽ điểm qua một số sự kiện trọng đại mà các nhà khoa học đã trải qua trên con đường này.
1. Một hiểu biết mới về sự di truyền, 1866[sửa]
Việc nhận thấy các tính trạng và các căn bệnh cụ thể có thể truyền từ bố (mẹ) cho thế hệ con đã hình thành [ít nhất] từ thời Hy Lạp cổ đại cho đến cả trước khi có bất kỳ kiến thức gì về hệ gen. Nhà Y học người Hy Lạp Hyppocrates giả thuyết rằng “các mầm” từ các phần khác nhau của cơ thể được truyền đến phôi thai, thuyết này được gọi là thuyết mầm. Charles Darwin sau đó cũng có những quan niệm tương tự như thế.
“Các mầm” nãy đã luôn tồn tại như một sự huyền bí trong nhiều thế kỷ. Nhưng người đầu tiên đã đưa sự di truyền vào nghiên cứu là Gregor Mendel, người đã quan sát một cách hệ thống các tính trạng trội và lặn ở các cây đậu Hà Lan. Mendel viết công việc thống kê các tính trội di truyền thành một bài báo ngắn vào năm 1866.
2. Đem Nhiễm sắc thể ra ánh sáng, 1902[sửa]
Nhưng công sức nghiên cứu về sự di truyền ở cây đậu bị lãng quên trong thời gian dài. Vào năm 1869, bác sĩ người Thụy sĩ Johannes Friedrich Miescher là người đầu tiên tách chiết các nucleic acid, có thành phần DNA. Qua một vài thập kỷ, các nhà khoa học đã lần tìm sâu hơn vào tế bào và phát hiện ra quá trình nguyên phân và giảm phân, hai dạng phân chia tế bào, và nhiễm sắc thể - một sợi dài gồm DNA và protein ở trong nhân tế bào.
Năm 1903, nhà di truyền học Walter Sutton qua nghiên cứu trên nhiễm sắc thể châu chấu đã khám phá ra các sợi huyền bí này đã đi với nhau theo từng cặp và phân tách nhau trong quá trình giảm phân, cho thấy được cơ chế để bố và mẹ truyền đạt nguyên liệu di truyền của mình. “Cuối cùng tôi có thể tập trung vào tính xác suất mà sự kết hợp giữa các nhiễm sắc thể của bố và mẹ theo từng cặp và sự phân li của chúng … có thể tạo thành cơ sở sinh lý học cho định luật di truyền Mendel,” Sutton viết trong tạp chí The Biological Bulletin năm 1902. Ông cũng viết thêm một bài báo nổi tiếng nữa là “The Chromosomes in Heredity” (Sự di truyền nhiễm sắc thể) vào năm 1903. (Nhà sinh học Đức tên là Theodor Boveri cũng đưa ra kết luận tương tự về nhiễm sắc thể cùng thời gian với Sutton đưa ra khám phá của mình về nhiễm sắc thể.)
3. Những việc gen thực hiện, 1941[sửa]
Khi sự liên kết giữa nhiễm sắc thể và sự di truyền được khẳng định, các nhà di truyền học quan tâm hơn đến sự bí ẩn của hệ gen. Năm 1941, nhà di truyền học Edward Tatum và George Beadle công bố nghiên cứu về việc gen mã hóa cho protein, lần đầu tiên giải thích cách thức các gen thực hiện chuyển hóa trực tiếp trong tế bào. Tatum và Beadle chia sẻ giải Nobel Sinh lý học và Y học năm 1958 cho khám phá này khi họ nghiên cứu bằng cách gây đột biến nấm mốc bằng tia X.
4. Cấu trúc DNA được giải mã, 1953[sửa]
Khi các nhà khoa học biết rằng DNA là phân tử mang thông tin di truyền thì câu hỏi tiếp theo được hình thành: “ Nhưng bằng cách nào? Và phân tử này trông ra sao?”
Những mảnh ghép bắt đầu được tập hợp từ những năm 1940. Vào năm 1950, nhà hóa sinh học Erwin Chargaff phát hiện ra các nucleotide hay các đơn vị cấu trúc của DNA biểu hiện theo mẫu hình cụ thể. Các nucleotide này được biểu diễn bằng bốn chữ cái (A, T, G và C); và Chargaff là người đầu tiên khám phá ra ở bất kỳ loài nào, A và T luôn luôn xuất hiện ở số lượng bằng nhau, cũng tương tự giữa G và C.
Khám phá này khá quan trọng đối với James Watson và Francis Crick, hai nhà khoa học đã mô tả cấu trúc DNA lần đầu tiên vào năm 1953. Kết hợp các nghiên cứu của Chargaff với nghiên cứu của Maurice Wilkins và Rosalind Frankkin và các nhà khoa học khác, bộ đôi khoa học này đã phát hiện ra dạng xoắn kép của DNA, một khám phá mà Crick nói trên báo chí là “bí mật của cuộc sống.”
5. Bộ gen người được giải trình tự, 2001[sửa]
Khi DNA trở thành một một quyển sách ngày càng mở rộng, các nhà khoa học bắt đầu quan tâm đến genomics (ngành hệ gen học), nghiên cứu về ngân hàng gen đầy đủ của sinh vật. Năm 1977, lần đầu tiên các nhà nghiên cứu đã giải trình tự hoàn toàn một hệ gen, bắt đầu với Phi X 174 –một bacteriophage nhỏ. Đến năm 1990, khoa học đã sẵn sàng cho một công việc lớn hơn, giải trình tự hoàn toàn hệ gen người.
Kết quả là, Dự án Hệ gen Người (Human Genome Project), một nỗ lực quốc tế 13 năm đã cho ra trình tự đầy đủ của hệ gen người vào năm 2001. Dự án cho biết ở người có khoảng 23.000 gen mã hóa protein, chiếm khoảng 1,5 phần trăm hệ gen. Phần còn lại được tạo bởi những thứ người ta gọi là “DNA rác”, bao gồm các đoạn DNA không mã hóa protein và những đoạn DNA tham gia điều hòa các phần khác của hệ gen.
6. DNA rác được “giải rác” (không phải rác), 2012[sửa]
Ngày nay, dự án ENCODE đã cho thấy kỹ hơn về “DNA rác”. Và sự ‘rác’ này không còn nữa: theo hơn 30 bài báo khoa học đã được xuất bản trên một số tạp chí gồm có Science và Nature, ít nhất 80 phần trăm hệ gen là có hoạt tính sinh học, với nhiều DNA-không-mã hóa-protein đã tham gia điều hòa các gen gần đó trong một phức hợp có ảnh hưởng đến nhau.
Các phát hiện này cho thấy rằng cơ sở di truyền của nhiều căn bệnh có thể không hoàn toàn nằm ở các gen mã hóa protein, mà ở các “nhà hàng xóm điều hòa” (regularoty neighbor). Ví dụ, những thay đổi di truyền liên quan đến các bệnh về chuyển hóa xuất hiện ở những vùng bị hoạt hóa ở tế bào gan. Tương tự, các vùng hoạt hóa tế bào miễn dịch nắm giữ những thay đổi liên quan đến sự rối loạn tự miễn ví dụ bệnh luput.
“Các nghiên cứu đột phá này đã cung cấp phần mở rộng cho bản đồ DNA có vai trò kiểm soát các gen người,” nhà nghiên cứu John Stamatoyannopoulos, phó giáo sư nghiên cứu hệ gen và y học ở Đại học Washington phát biểu. “Thông tin này thật quan trọng để hiểu về cách cơ thể tạo ra những khác biệt ở các loại tế bào, và cách sự hoạt động gen bình thường bị thay đổi ở các tế bào bệnh. Ngày nay chúng ta có thể đọc được hệ gen người ở một mức độ chi tiết chưa từng có, và bắt đầu nắm bắt được các mô hình phức hợp ảnh hưởng đồng thời lên rất nhiều khía cạnh của sinh học người.”
(Theo Livescience)
Nguồn: Human-genome-milestones
