Giải Nobel Y học 2017: Cơ chế vận hành đồng hồ sinh học của cơ thể

Giải Nobel Y học năm nay đã về tay 3 nhà khoa học Hoa Kỳ – những người đã khám phá ra cách cơ thể chúng ta nhận ra thời gian và điều tiết nhịp sinh học.

Nhịp sinh học, hay còn gọi là đồng hồ sinh học của cơ thể, là lý do chúng ta, cây cối và các loài động vật… muốn đi ngủ vào ban đêm và tạo ra nhiều thay đổi lớn ở hành vi và chức năng cơ thể trong chu kỳ 24h.

Cơ chế sinh học đằng sau “chiếc đồng hồ” này có liên quan tới rất nhiều protein tương tác với nhau một cách phức tạp, và 3 nhà khoa học Jeffrey Hall, Michael Rosbash và Michael Young đã được vinh danh giải Nobel nhờ dùng các công cụ gen để vén màn sự phức tạp này.

3 nhân vật thắng giải Nobel Y học năm nay (ảnh: Ủy ban Nobel)

Cơ chế của đồng hồ sinh học – một câu hỏi lâu đời

Mô tả đầu tiên về đồng hồ nội tại của sinh vật xuất hiện từ năm 1729, người ta đã biết được rằng thực vật đóng và mở lá không chỉ ngoài trời và cả khi ở trong phòng tối thời gian dài.

Mãi tới thập niên 1960 người ta thí nghiệm trên ruồi giấm và phát hiện được gen gây ra ảnh hưởng lên đồng hồ sinh học. Và phải thêm 20 năm nữa để chúng ta phát triển được công nghệ cho phép nhân bản gen đó – có biệt danh “period” (chu kỳ).

3 nhà khoa học nói trên đã nhân bản thành công gen “chu kỳ”, và sự tương tác của nó với một gen khác có biệt danh “timeless” (“vô tận” – tạm dịch) để trở nên ổn định và vận hành tốt hơn. Vào ban ngày, protein của “chu kỳ” nằm trong tế bào chất, nhưng đến đêm thì di chuyển vào nhân, tham gia vào quá trình nhân đôi của tế bào.

1 hình ảnh trong bài thuyết trình về “đồng hồ sinh học”, giải Nobel Y học 2017 (ảnh: AFP/Getty Images)

Từ đây, nhiều phòng thí nghiệm sinh học khác đã tham gia “tìm mảnh ghép” và xác định nên cơ chế nhịp sinh học phức tạp đến khó tin.

Một gen với biệt danh Clock (đồng hồ) đã được tìm thấy ở chuột. Protein của nó có khả năng ảnh hưởng tới DNA và điều tiết sự vận hành của các gen, bao gồm cả gen “vô tận” và “chu kỳ” ở chuột, kích hoạt các gen này vào ban ngày, làm chúng tăng số lượng vào buổi chiều tối. Tuy nhiên, một khi protein của “vô tận” và “chu kỳ” lọt vào nhân tế bào, chúng lại tương tác với protein của “đồng hồ” và đảo ngược, kìm hãm các gen.

Hệ thống này cũng điều hành nhiều loại gen khác, làm cho các tế bào trong cơ thể vận hành đồng bộ với nhau.

Quá trình này – từ kích hoạt gen cho tới kìm hãm, và lặp lại – là cực kỳ chuẩn xác.

Một số gen khác còn đóng vai trò “phanh” kìm hãm, làm cho số lượng protein “chu kỳ” giảm mạnh vào ban ngày và giảm tốc độ tích lũy vào ban đêm, từ đó, cơ thể biểu hiện ra những trạng thái khác biệt rõ nét.

Cả hệ thống với những tương tác này cần phải phức tạp như vậy để đảm bảo tính đều đặn trong khi vẫn cho phép các điều chỉnh nhỏ có thể xảy ra, ví dụ như khi chúng ta bay tới múi giờ khác.

Công trình nghiên cứu cũng cho thấy rõ, đa số tất cả động vật đều có hệ thống tương tự để kiểm soát đồng hồ sinh học. Nhưng đối với động vật bậc cao, còn có một loại đồng hồ điều phối tổng quát (trong não) ảnh hưởng tới toàn bộ các đồng hồ tế bào.

>> Nhà sinh học tế bào: Ý nghĩ của bạn kiểm soát DNA

Cây cối cũng có hệ thống đồng hồ sinh học này, chỉ là với các protein khác biệt. Vi khuẩn quang hợp cũng có hệ thống của riêng chúng.

Lời cảnh báo cho những ai đang phá vỡ sự điều độ của đồng hồ sinh học

Ủy ban Nobel cho biết khám phá này có “ý nghĩa to lớn tới sức khỏe và hạnh phúc của chúng ta.”

“Nếu chúng ta làm hỏng hệ thống này, nó sẽ gây ảnh hưởng lớn tới quá trình trao đổi chất,” GS. Russell Foster của ĐH Oxford cho biết.

Khi nhịp sinh học trong cuộc sống không còn hài hòa, cơ thể sẽ sinh ra nhiều loại bệnh liên quan tới chuyển hóa và trao đổi chất, hormone, trí nhớ kém… Các vấn đề với giấc ngủ là biểu hiện thường thấy của chứng trầm cảm và rối loạn lưỡng cực.

Do đó, tuy 3 nhà khoa học được trao giải Nobel không nghĩ tới việc chữa bệnh khi họ bắt đầu làm các thí nghiệm trên ruồi giấm vài thập niên trước, công trình của họ rốt cuộc vẫn sẽ có tác động tới sức khỏe của con người.

Theo ArsTechnica, BBC,
Sơn Vũ tổng hợp

Xem thêm: