Giải Nobel Hóa học 2006: Cơ sở phân tử của sự sao chép eukaryote

Roger D. Kornberg: sinh năm 1947, người Mỹ, giáo sư trường Y, Đại học Stanford

Một bức tranh về sự sống

Bức tranh đồ họa này được Kornberg dựng nên bằng máy tính vào năm 2001, minh họa quá trình hoạt động của RNA-polymerase (một loại enzyme xúc tác cho qua trình tổng hợp các polynucleotide theo mẫu thông tin của RNA). Ý nghĩa cách mạng của bức tranh này là ở chỗ, nó thâu tóm toàn bộ quá trình sao chép. Cái chúng ta nhìn thấy là một chuỗi RNA đang được hình thành, và sau đó là những vị trí chính xác của DNA, polymerase và RNA trong suốt quá trình này. Bằng một phương pháp tài tình, Kornberg đã làm đông cứng giữa chừng quá trình hình thành RNA khi bỏ ra ngoài một trong những viên gạch cần thiết của hỗn hợp mà ông sử dụng. Khi sự hình thành đạt đến điểm mà tại đó viên gạch bị thiếu cần phải được cho vào thì toàn bộ quá trình sẽ dừng lại. Kornberg đã tạo ra những tinh thể của các phân tử được nghiên cứu và “chụp ảnh của chúng” bằng việc sử dụng tia X. Tất nhiên đó không phải là một bức ảnh thông thường mà là hình ảnh của các phân tử dưới dạng tinh thể của chúng.
Kết tinh các phân tử sinh học để miêu tả chúng là một phương pháp được sử dụng rộng rãi hiện nay. Tuy nhiên, thông thường thì chúng ta chỉ có thể nhìn thấy những phức hợp đã hoàn chỉnh hoặc những phân tử riêng biệt. Nắm bắt được một phản ứng hoá học khi nó đang xảy ra là cực kỳ khó. Sự đặc biệt trong phương pháp của Kornberg là ông đã kết hợp tinh thể học với những kiến thức sâu sắc về hoá sinh để có thể có được một sự kiểm soát hoàn toàn đối với quá trình mà ông muốn mô tả. Ngoài bức tranh chi tiết minh họa một cách đầy đủ vai trò của RNA-polymerase, ông cũng đã có những nghiên cứu quan trọng về các tinh thể khác của RNA-polymerase, DNA, RNA và những phức hợp được gọi là những nhân tố sao chép tổng quát. Những nghiên cứu này giúp cho các nhà khoa học hiểu về những cơ chế phân tử chi phối quá trình sao chép.
 
Men bia thay cho loài có vú

Các tế bào men bia

Kornberg đã phát triển một hệ thống mới, sử dụng các tế bào men bia trong phòng thí nghiệm. Men bia thông thường là một loại eukaryote, giống như loài có vú. Từ đó người ta có thể dùng men bia như một mẫu sinh học để thay thế các tế bào của động vật có vú. Các tế bào men bia dễ thao tác hơn và dễ tạo thành một vật liệu đồng nhất hơn. Mặc dù như vậy nhưng nhóm nghiên cứu của Kornberg cũng đã phải mất mười năm để tinh chỉnh hệ thống, trước khi có thể sử dụng nó để khảo sát quá trình sao chép. Nhiều nhóm nghiên cứu khác đã bỏ cuộc vì làm việc mấy năm trời mà không được kết quả để đăng báo.  

Chất trung gian
Nhờ vào hệ thống tế bào men bia này, Kornberg đã tìm ra một phức hợp phân tử đóng vai trò quan trọng như một cái công tắc đóng mở quá trình sao chép trong các eukaryote. Chuỗi xoắn kép DNA bao gồm các phần được gọi là bộ phận gia tăng (enhancer), có vai trò liên kết những chất nhất định được tìm thấy trong các mô khác nhau. Cách thức sao chép những gien nhất định này được kích thích trong những mô nhất định. Kornberg đã phát hiện ra rằng, quy tắc này đòi hỏi sự tồn tại của một phức hợp phân tử truyền các tín hiệu và do đó đóng mở công tắc cho sự sao chép. Phức hợp đó được gọi là Chất trung gian (Mediator). Sự phát minh ra Chất trung gian là một bước tiến quan trọng trong việc tìm hiểu quá trình sao chép.

Công việc vẫn được tiếp tục
Kornberg vẫn tiếp tục những nghiên cứu, cố gắng xét đến cả những phần lớn hơn của bộ máy sao chép trong những mô tả của ông. Hiện nay ông đã chỉ ra được sự tác động lẫn nhau giữa RNA-polymerase, DNA và chuỗi RNA đang hình thành cùng với những viên gạch tạo nên nó. Bước tiếp theo là xét đến toàn bộ quá trình hoạt động của tất cả những nhân tố sao chép tổng quát và đặc biệt là Chất trung gian.
Việc xây dựng một bức tranh hoàn chỉnh về quá trình sao chép sẽ có thể góp phần giúp chúng ta hiểu được làm thế nào mà các thông tin di truyền có thể tạo ra một số lớn đến thế các thực thể sống xung quanh chúng ta. Những kiến thức này cũng có thể mang tầm quan trọng y học khi được áp dụng cho cơ thể con người.