Tương lai y khoa, sinh học

Tương lai y khoa, sinh học:

Tiến bộ gì thêm, sau Hệ Gen Người: các Hệ phiên mã, protein, chuyễn hóa, nối kết ?

                            

                                G S Tôn Thất Trình

Flow State Researchers use diffusion-spectrum MRI to generate images of the brain's complex system of neural axons. The device does not capture the fleshy material itself but rather the water within it. The bundles show how subdivisions of the brain connect. 

            Đầu thập niên, thế giới ngạc nhiên khi thấy Hoa  Kỳ và một số quốc gia đóng 2 tỉ ( ? ) đô la Mỹ để làm Hệ Gen Người - Human Genome. Nhưng đó chỉ là mới khởi sự mà thôi . Nay các nhà khoa học  đang tái xây dựng thêm 4 hệ thống sinh học  -  biosystems từ bên ngoài vào trong nội tạng. Đó là hệ phiên mã - transcriptome, hệ  protein- proteome , hệ  chuyễn hóa - metabolome và hệ nối kết -connectome.

           Năm 2003, các nhà khoa học  của Dự án Hệ Gen Người tuyên bố hoàn tất  cố gắng 13 năm của họ,  để xác định ba tỉ  cặp base ( baz )- base pairs, làm ra các thanh ngang hóa học  bắc qua thang  chữ ký DNA  hình dáng vòng xoắn.   Cố tâm đầu tiên hầu tạo ra một bản đồ toàn thể hệ thống sinh học con người  không chỉ là một chọc thủng - đột khởi, đánh dấu cho những nhà di truyền học, mà còn là một tung lên một thời đại  mới cho khảo cứu căn cứ trên hệ - omics, trong đó các nhà sinh học  cố tâm chuyễn  đổi, từ  các thành phần cá nhân  bên trong hệ thống, qua nghiên cứu chính ngay hệ thống.

          Dự án Hệ Gen Người  đã cống hiến chúng ta  một thay đổi nền móng phương cách chúng ta suy nghĩ về sinh học con người, theo lời của  Michael Huerta , giám đốc Dự án Hệ Nối Kết Con Nguời - Human  Connectome Project , một cố gắng làm đồ bản mạng lưới dây thần kinh trong nảo bộ , óc nảo chúng ta .  “ Nếu chúng ta có được loại dữ liệu cơ bản này, một bộ  dữ liệu thu thập có qui cũ,  toàn diện,  chúng có thể  làm thành một  cương lĩnh trí thức cho tất cả  mọi loại của những hướng khảo cứu mới.”

          Ngày nay , các nhà khảo cứu ở một loạt lãnh vực đang cố gắng   tạo dựng những “ hệ - omes cho chính họ. Vài loại omes, tỉ như loại “  hệ không biết - unknome” , một thu thập  tất cả gen ( es )  của chức năng không biết , đã mau lẹ lui về bóng tối . Nhưng nay lĩnh vực đã có  một tập san tên gọi là  OMICS: Tập san  Sinh học Hợp nhất - A Journal of IOntegrativde Biology ; có ít nhất là  4 hệ thống chánh   gia nhập hàng ngũ  hệ gen vì các đề tài thích hợp,  đúng y những dự án khảo cứu chánh của họ .

1-      Hệ Phiên Mã

Hệ Phiên Mã - Transcriptome có mục đích là làm bảng liệt kê mọi phiên mã RNA của thân thể.  Biết trình tự DNA  trong hệ gen  chỉ là bước đầu tiên  hiểu biết  cách nào các tế bào hoạt động. DNA cung cấp những chỉ thị ( gen ) chế tạo protêin  là đa số hoạt động   của thân thể.  Nhưng một tế bào nào đó  phải sao chép những chỉ thị này, trước khi  thân thể có thể sử dụng  chúng .

Năm 2003, những viện  Y tế Quốc Gia ( Hoa Kỳ )  tung ra   Dự Án  Phiên Mã  Con Người - Human  Transcriptome  Project để làm bảng liệt kê  các phiên mã - transcripts . Nhưng đây có một then chốt :  tùy theo cách tế bào phiên mã  được  tế bào chế biến,  20 000 gen chúng ta biết được,  có thể  tạo ra   hàng trăm ngàn phiên mã có thể làm được. Cuối cùng sự việc xảy ra  là chỉ vài  phiên mã này  làm mã số - code  cho protêin. Những phiên mã khác không liên quan đến  tổng hợp  protein. Thật ra   chúng ảnh hưởng đến sự biểu hiện - expression gen . Như vậy,  chúng cũng không có chức năng biết được.

Thoamas R. Gingeras , một nhà sinh học phân tử  ở La bô -  Laboratory Cold  Spring Harbor  và là nhà khảo sát chánh  cho Dự Án, nói rằng điểm kết thúc không chắc chắn gì cả.  Thế nhưng họ đã bắt đầu  làm ra những khám phá  ích lợi . Chẳng hạn , công trình của họ đã dẫn tới  việc xác định một  hạng mới của phiên mã RNA , tên gọi là lincRNA, thiết yếu  cho chức năng tế bào , có thể sử dụng chống ung thư .

2-      Hệ Protêin      

   

Mụch đích của Hệ Protêin- Proteome là mô tả  tính cách mọi protêin các tế bào  người làm ra.  Protêin là trâu bò  của mọi tế bào thân thể.  Chúng làm mọi chuyện , từ chuyễn vận oxygen  qua dòng máu đến  điều hòa tiêu hóa. Chúng  hình thành cơ cấu tế bào  duy nhất cho mỗi bộ phận hay mỗi loại mô - tissue. Chưa ai biết rỏ là cả thảy có bao nhiêu  dạng protêin  khác biệt nhau và chúng làm những gì.  Như đã nói trên 20 000  gen biết được  sản xuất  ra những phiên mã  phức tạp , và các phiên mã này cũng  tạo ra những protêin phức tạp.  Hơn nữa, protein luôn luôn thay đổi hình dạng và hóa học chúng cũng có thể bị những protêin khác thay đổi để thực hiện  những nhiệm vụ đặc thù  bên trong tế bào.  Thành quả là  hệ gen có thể  sản xuất ra  đến 1 triệu protêin kỳ cục .   Dự án Hệ Protêin Người , một cộng tác quốc tế  thành lập tháng 9 năm 2010 cũng chưa gần kề xác định đa số chúng . Đến năm 2015, Dự án nhắm  ít nhất là xác định  một protêin  cho  mỗi một  20 000  gen làm mã số protêin .

Khác hẳn  hệ gen tương đối không thay đổi , hệ protêin  là một mạng lưới  năng động .  Theo Gilbert S. Omenn ,  giám đốc Trung tâm  Điện toán Y khoa  và  Tin học sinh học  - Center  for Computational  Medicine  and Bioinformatics  ở Viện Đại học Michigan  và cũng lảnh đạo Dự án , hiểu biết rỏ Hệ  Protêin là một hoạt động mãi mãi,  không bao giờ chấm dứt” .

 

3-      Hệ  Chuyễn hóa    

          

             Hệ Chuyễn hóa - Metabolome  có mục đích là theo dấu mọi hóa chất  chuyễn hóa - metabolism  tạo nên . Phó sản các tế bào chúng ta tạo ra là thành quả  hoạt động chức năng mỗi ngày  của chúng, gọi là chất chuyễn hóa- metabolites . Dự án Hệ Chuyễn hóa Người là một cố tâm toàn diện đầu tiên  biểu thị đặc điểm  mọi chất chuyễn hóa .  Dự án , hoàn tất năm 2008 ,  nối kết 3 000 chất chuyễn hóa  đến khoảng 100 lãnh vực dữ liệu  , gồm các nồng lượng mô , những bệnh hoạn liên đới , gen và protein liên can .  Nhưng David Wishart , giám đốc dự án ,  giáo sư sinh học và khoa học computer , viện đại học Alberta  va các đồng nghiệp   vẫn tiếp tục  “ lắp đầy lỗ hủng” . Ngày nay , họ đà xác định 8500  chất chuyễn hóa  tìm thấy  trên gần hết mọi người, cũng như 10 000 loại có thể  ngoại lai , tỉ như độc tố - toxins.  Vì các chất chuyễn hóa  được tạo nên liên tục,  chúng là những hướng dẫn   tuyệt vời cho sức khỏe.  Các nhà hóa học  lâm sàng  dã dùng chúng  hơn một thế kỷ nay, để   chẩn đoán máu và nước tiểu.   Những khám phá  của Dự án chuyễn hóa  hiện đã  cung cấp  các dấu chẫn sinh học- biomarkers cho những bệnh khó chẩn đoán  tỉ như  viêm thấp khớp - rheumatoid arthritis.

            Một đột biến duy nhất trên một enzyme  có thể sửa đổi  hiệu quả enzyme , đưa tới  10 000 lần thay đổi  tỉ xuất nó  sản xuất chất chuyễn hóa.  Loại thay đổi  có thể dò tìm ra dễ dàng hơn nhiều ở một thử nghiệm la bô, hơn là ở một gen đột biến .  Wishart nói: “ các chất chuyễn hóa là những chim hòang yến ỏ hệ gen” .

4-      Hệ Nối Kết  

Hệ Nối Kết - Connectome  có mục đích xây dựng một bản đồ  mạch vòng dây thần kinh - neural circuitry  ỏ bộ nảo con người.  Nảo bộ người  gồm chừng  100 tỉ dây thần kinh - neuron nối kết nhau  để qui định mọi suy nghĩ và chuyễn động chúng ta .  Các chuyên viên  nảo bộ  đã thu thập từ lâu  thông tin  về các neuron cá nhân , nhưng chưa có bản đồ đường đi duy nhất cho toàn thể hệ thống.  Dự án Hệ Nối Kết  Con Người-  Human  Connectome Project  là một cố gắng chánh đầu tiên  sửa chửa điều này. Từ năm  2009,  các nhà khảo cứu đã thu thập các dữ liệu cơ cấu và chức năng  hệ nối kết,  từ  1200 người trưởng thành.  Một khi hoàn tất, bộ dữ liệu dự án sẽ cung cấp   một đường căn bản cho những nghiên cứu thêm  về bộ nảo người  thuộc các nhóm khác tuổi nhau  và với bệnh hay rối loạn tỉ như điên rồ -  schizophrenia hay nghiện rượu .

Hầu  tạo dựng  bản đồ toàn diện của bộ nảo , những nhà khoa học của dự án   nhìn vào 2 loại thông tin: cơ cấu nảo và hoạt động nảo .  David Van Essen, viên đại học  Washington  và  Kamil Ugurbil  viện đại học Minnesota, sử dụng MRI chức năng  để qui định hoạt động nảo  khi nghỉ ngơi và  lúc làm nhiệm vụ . Và để  tiết lộ cơ cấu nảo , các nhà khoa học  sử dụng  MRI khuếch tán quang phổ  - diffusion spectrum  MRI  do nhà khoa học dây thần kinh Van Wedeen ,  Bệnh viện  Massachusetts  General Hospital đồng thời cũng  hoạt động cho dự án hệ nối kết , sáng chế .  Michael Huerta của  Viện y tế Quốc gia Hoa Kỳ bệnh Tinh thần, giám đốc Dự án nói :  Dự án  sẽ giúp lảnh vực “ hỏi có phương pháp  câu :  cách nào bộ nảo nối tốt dây  và nối sai dây  ở những bệnh rối loạn này, cũng như xuyên qua suốt  cả cuộc đời .     

         

( chiếu theo  Tập san Popular Science số tháng 3 năm 2011 )