Giải Nobel Hóa học: Hình dáng và chức năng của ri-bô-xôm ở cấp độ phân tử

Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã quyết định trao giải thưởng Nobel Hóa học 2009 cho ông Venkatraman Ramakrishnan, cán bộ phòng thí nghiệm sinh học phân tử MRC, đại học Cambridge, Anh quốc; ông Thomas A. Steitz, giảng viên đại học Yale, New Haven, bang Connecticut, Hoa Kỳ; và bà Ada E. Yonath, Viện nghiên cứu Khoa học Weizmann, Rehovot, Israel vì những thành tựu của họ “trong việc nghiên cứu cấu trúc và chức năng của ribôxôm”.

Giải Nobel Hóa học 2009 được trao cho các nghiên cứu về một trong những quá trình cơ bản của sự sống: quá trình chuyển hóa thông tin trong phân tử DNA từ ribôxôm thành sự sống thực sự. Ribôxôm là nhà máy sản xuất protein, đóng vai trò kiểm soát hóa học đối với tất cả mọi sinh vật sống. Do ribôxôm thiết yếu cho sự sống như vậy, nên chúng trở thành mục tiêu cho các loại thuốc kháng sinh mới.

Giải Nobel Hóa học năm nay được trao cho các giáo sư Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz và Ada E. Yonath vì thành tựu của họ trong việc chỉ ra hình dáng cũng như chức năng của ribôxôm ở cấp độ nguyên tử. Cả ba nhà khoa học này đã sử dụng phương pháp tinh thể học X-quang để vẽ sơ đồ vị trí của hàng trăm ngàn nguyên tử tạo nên ribôxôm.

Cấu trúc một ribôxôm của vi khuẩn chụp bằng X-quang. Các phân tử rRNA được nhuộm màu cam, các protein của bán đơn vị nhỏ (small subunit) có màu xanh da trời và protein của bán đơn vị lớn (large subunit) màu xanh lá cây. Một phân tử kháng sinh (màu đỏ) gắn vào bán đơn vị nhỏ. Các nhà khoa học nghiên cứu những cấu trúc này với mong muốn tạo ra những loại thuốc kháng sinh mới hiệu quả hơn trong tương lai. (Ảnh: © Nobel Foundation)

Bên trong mỗi tế bào của bất kỳ sinh vật sống nào đều có các phân tử DNA. Những phân tử này chứa thông tin quyết định hình dáng và đặc điểm chức năng của một người, một cơ thể thực vật hay một con vi khuẩn. Nhưng phân tử DNA hoàn toàn thụ động – nếu không có tác nhân nào khác thì bản thân DNA không thể tạo nên sự sống.

Những thông tin kể trên chỉ được chuyển thành sự sống thực sự nhờ hoạt động của các ribôxôm. Dựa trên thông tin chứa trong DNA, ribôxôm sẽ sản xuất ra các loại protein: haemoglobin vận chuyển oxy, hay kháng thể trong hệ miễn dịch, hay các hormone như insulin, collagen của da, và enzyme chuyển hóa đường thành năng lượng cho cơ thể. Có tới hàng vạn protein khác nhau trong mỗi sinh vật, chúng tồn tại dưới các dạng và thực hiện các chức năng khác nhau. Chúng hình thành và điều khiển sự sống ở cấp độ hóa học.

Hiểu rõ về hoạt động của ribôxôm ở cấp độ nhỏ nhất của cơ thể góp phần quan trọng giúp hiểu tường tận về sự sống. Những kiến thức này sẽ mang lại những lợi ích thiết thực và ngay lập tức; ngày nay rất nhiều loại kháng sinh chữa nhiều căn bệnh khác nhau bằng cách phong tỏa chức năng của các ribôxôm vi khuẩn. Khi không có ribôxôm chức năng, vi khuẩn sẽ không thể tồn tại. Đó là lí do vì sao ribôxôm lại trở thành mục tiêu quan trọng của các loại thuốc kháng sinh mới.

Ba nhà khoa học đoạt giải năm nay đều đã xây dựng thành công mô hình ba chiều cho thấy các loại kháng sinh khác nhau tác động như thế nào tới ribôxôm. Giờ đây những mô hình này sẽ được sử dụng để phát triển các loại thuốc kháng sinh, trực tiếp cứu sống hàng triệu người và làm vơi đi những đau đớn của nhân loại.