Nobel Hóa học 2022 và những gương mặt đặc biệt

Ba nhà khoa học đoạt giải là Carolyn R. Bertozzi (Đại học Stanford, Mỹ), Morten Meldal (Đại học Copenhagen, Đan Mạch) và K. Barry Sharpless (Viện nghiên cứu Scripps, Mỹ). Ông Johan Aqvist, chủ tịch Ủy ban Nobel Hóa học, cho biết các công trình của họ đã "dẫn đến một cuộc cách mạng về cách các nhà hóa học nghĩ về việc liên kết các phân tử với nhau." Những tiến bộ của họ trong lĩnh vực "hóa học Click", đóng vai trò quan trọng trong việc điều trị và chẩn đoán bệnh tật. Họ đã có các công trình khai thác sức mạnh của sự tương tác phân tử và đưa ra những phương pháp nghiên cứu thế giới tự nhiên mới.

Các phân tử đang phản ứng liên tục xung quanh chúng ta, trong đồ uống, trên đầu ngón tay, trong điện thoại của chúng ta. Những phản ứng này tạo ra các phân tử mới, phá vỡ các phân tử cũ, cho phép hoán đổi năng lượng - chúng định hình động lực học biến đổi của vũ trụ. Đối với các nhà khoa học đang tìm cách hiểu những lực này, việc kết hợp các phân tử theo cách có kiểm soát có thể khó khăn, đặc biệt là trong một môi trường mỏng manh như tế bào sống, bởi vì mọi thứ đều liên kết chặt chẽ với nhau. Thường thì các phân tử xung quanh bị xáo trộn trong quá trình này, làm thay đổi chính thứ mà nhà nghiên cứu muốn nghiên cứu.

Nhà khoa học K. Barry Sharpless (Ảnh: Viện Nghiên cứu Scripps, Mỹ)

Năm 2001, Tiến sĩ Sharpless và một số đồng nghiệp của ông đã xuất bản một bài báo giới thiệu về hóa học Click, một phương pháp mới để tiếp cận có kiểm soát phân tử này khi áp dụng để tạo ra các hợp chất thuốc mới. Phương pháp này sẽ dựa trên một quy tắc mà theo như ông viết là: "Mọi sự tìm kiếm phải được giới hạn trong các phân tử dễ thực hiện." Tiến sĩ Sharpless cho biết, thay vì cố gắng tổng hợp hoặc tạo ra các phân tử bằng cách tạo ra một liên kết hữu cơ khó, thay vào đó hãy tập trung vào các liên kết hình thành nhanh và tạo ra các sản phẩm phụ ổn định. Nếu được thực hiện đúng cách, các liên kết bền chặt hơn sẽ tự động hình thành, "click" vào đúng vị trí. Hãy coi chúng "như những món quà của thiên nhiên," Tiến sĩ Sharpless viết.

Khi giành được giải thưởng Nobel Hóa học 2022, Tiến sĩ Sharpless đã trở thành người thứ 5 trong lịch sử giành được hai giải Nobel. Trước đó, ông đã nhận được giải thưởng vào năm 2001 cho công trình nghiên cứu các phản ứng oxy hóa xúc tác. Những gương mặt "2 giải Nobel" khác trong danh sách này là Marie Curie, John Bardeen, Linus Pauling và Frederick Sanger.

Nhà khoa học Carolyn R. Bertozzi (Đại học Stanford, Mỹ) (Ảnh: Reuters)

Tiến sĩ Bertozzi cũng trở thành người phụ nữ thứ 8 được trao giải thưởng Nobel Hóa học, người mới nhất sau các nhà khoa học nữ Emmanuelle Charpentier và Jennifer A. Doudna vào năm 2020.

Những gì có thể là ứng dụng quan trọng nhất của hóa học click bắt đầu hình thành trước khi thuật ngữ này xuất hiện chính thức. Vào những năm 1990, Tiến sĩ Bertozzi đang nghiên cứu về glycan, carbohydrate nằm trên bề mặt của protein và tế bào, chức năng của chúng vẫn chưa được hiểu rõ. Mặc dù người ta chú ý nhiều đến bộ gene và protein, nhưng glycan lại bị bỏ qua, một phần vì chúng thực sự khó theo dõi bên trong các cơ thể sống.

Tiến sĩ Bertozzi bắt đầu tìm cách gắn các phân tử huỳnh quang vào glycan để bà có thể lập bản đồ khi chúng di chuyển. Nhưng các phân tử được sử dụng để theo dõi glycans không thể can thiệp vào hoạt động còn lại của tế bào. Vì vậy, như Tiến sĩ Bertozzi đã nói, phương pháp này phải là trực giao sinh học.

Cùng thời điểm hóa học Click xuất hiện, Tiến sĩ Bertozzi đã có thể phát triển các phương pháp theo dõi trực giao sinh học và bà nhận ra rằng bà có thể áp dụng mô hình mới vào công việc của mình, gắn các alkyne huỳnh quang vào glycan để theo dõi. Phản ứng này được tạo ra sau sự đóng góp của Tiến sĩ Sharpless và Tiến sĩ Meldal, yêu cầu một chất xúc tác đồng, chất này sẽ gây độc cho các sinh vật sống. Nhưng Tiến sĩ Bertozzi đã nghĩ ra một cách khác để hai phân tử khớp vào nhau, điều chỉnh cấu trúc của alkyne để hoàn thành vai trò của chất xúc tác.

Bà Laura Kiessling, nhà hóa học tại Viện Công nghệ Massachusetts, cho biết: "Đây là khái niệm đã được biết đến. Những gì bà ấy làm là nhận ra và áp dụng khái niệm đó vào một phản ứng mà chúng ta có thể sử dụng trong các hệ thống sinh học."

Giống như nhiều nhà khoa học khác, Tiến sĩ Kiessling, một người bạn và đồng nghiệp của Tiến sĩ Bertozzi, đã sử dụng click trực giao sinh học để lập bản đồ cấu trúc bên trong của sinh vật và chuyển động của tế bào của chúng. Ví dụ, Tiến sĩ Kiessling thực hiện nghiên cứu về bệnh lao và nói rằng, với phương pháp này, bà có thể "hình dung ra các loại carbohydrate mà chúng ta không thể nhìn thấy trước đây". Các ứng dụng khác bao gồm theo dõi khối u, giải trình tự DNA và nghiên cứu virus.

Trong buổi công bố giải thưởng, Tiến sĩ Bertozzi, người tham gia từ xa, đã thừa nhận tiềm năng công việc của bà và các đồng nghiệp đoạt giải. Bà nói: "Lĩnh vực hóa học Click vẫn còn trong giai đoạn đầu của nó, và nói thêm rằng đã có "nhiều phản ứng mới được phát hiện và phát minh", cũng như những cách mới để tích hợp khoa học vào các ngành như công nghệ sinh học. Một ứng dụng như vậy là trong "phân phối thuốc", liên quan đến "các phản ứng hóa học bên trong cơ thể bệnh nhân để đảm bảo thuốc được đưa đến trúng đích."

Niềm vui của nhà khoa học Đan Mạch Morten Meldal khi biết mình là một trong ba chủ nhân của giải thưởng Nobel Hóa học 2022. (Ảnh: Reuters)

Đối với nhà hóa học Đan Mạch Morten Meldal, bản thân giành được giải Nobel đã là một điều lớn lao, nhưng khi có những người cũng rất tự hào về thành tích mà mình đạt được thì niềm hạnh phúc sẽ nhân đôi. Trong một video được chia sẻ rộng rãi trên mạng xã hội Instagram, nhà hóa học Morten Meldal đã được chào đón bằng một tràng pháo tay và sự cổ vũ của các đồng nghiệp.

3 nhà khoa học sẽ chia sẻ giải thưởng trị giá 10 triệu krona Thụy Điển, tương đương 900.000 USD.

* Mời quý độc giả theo dõi các chương trình đã phát sóng của Đài Truyền hình Việt Nam trên TV Online và VTVGo!