Quang di truyền: Công tắc ánh sáng cho 86 tỷ tế bào thần kinh
Công nghệ quang di truyền là phương pháp dùng gene nhạy sáng đưa vào tế bào thần kinh, rồi sử dụng ánh sáng với bước sóng xác định để bật hoặc tắt hoạt động điện của chúng một cách chính xác theo thời gian và không gian, giúp các nhà khoa học kiểm soát tế bào thần kinh như điều khiển công tắc trong mạng lưới não bộ khổng lồ. Phát minh này là lý do Karl Deisseroth được vinh danh ở giải Nobel Y Sinh, nhưng điều đáng nói hơn là cách nó thay đổi cách chúng ta hiểu về cảm xúc, bệnh tâm thần và chính bản chất ý thức. Thay vì chỉ quan sát não từ bên ngoài, con người lần đầu có trong tay một “bảng điều khiển” tinh vi, đủ tinh xảo để chạm tới từng mạch nhỏ trong thành phố 86 tỷ neuron của bộ não con người.
Khoảnh khắc điện thoại reo lúc 0 giờ 27 phút ngày 5/10 theo giờ California, Karl Deisseroth còn đang ngủ sau một đêm thức khuya viết bài khoa học. Ông không nghe máy, buộc Tổng thư ký Hội đồng Nobel phải gọi vòng qua vợ ông để báo tin. Câu chuyện nghe có vẻ hài hước, nhưng nó nói lên điều quan trọng: với Deisseroth, giải Nobel Y Sinh là một cột mốc, không phải đích đến. Sáng hôm đó, giữa phòng khách chất đầy sách, ông nhận hàng loạt cuộc gọi chúc mừng, rồi bình thản tuyên bố sẽ quay lại phòng thí nghiệm vì “còn nhiều điều muốn khám phá và rất nhiều người cần được giúp đỡ”. Ở ông, vinh quang khoa học không tách rời đời sống thường nhật mà hòa vào nó như một phần công việc phải làm cho xong.
Từ cậu học trò mê văn chương đến người ‘thắp đèn’ trong não
Điểm thú vị ở Karl Deisseroth là gốc rễ khoa học của ông bắt đầu từ… văn chương. Khi còn là học sinh, ông bị ám ảnh bởi câu hỏi vì sao vài dòng chữ trên trang giấy có thể khiến mình xúc động đến thế, và liệu cảm xúc có thể được nghiên cứu, giải mã hay không. Đó không phải tò mò hàn lâm; đó là nỗi bứt rứt rất đời: nếu cảm xúc chi phối cuộc sống mạnh đến vậy, chẳng lẽ khoa học lại bất lực trước chúng? Sau khi đào sâu nghiên cứu não bộ tại Harvard và Stanford, Deisseroth từng định trở thành bác sĩ phẫu thuật thần kinh. Đó là con đường “an toàn”, danh giá, nhưng lại thiếu câu trả lời cho câu hỏi thời thơ ấu: làm sao chạm tới thế giới bên trong của con người.
Bước ngoặt đến trong đợt luân chuyển sang khoa tâm thần. Tại đây, ông đối diện những bệnh nhân sống trong một thực tại khác hẳn người bình thường, trong khi y học gần như bất lực trước nỗi đau của họ. Thay vì lùi lại, Deisseroth chọn lao vào vùng tối đó: ông bỏ hẳn hướng phẫu thuật thần kinh, chuyển sang tâm thần học để tìm giải pháp. Quyết định ấy mang tính đạo đức không kém gì khoa học: ông chọn đứng về phía những người ít được lắng nghe nhất trong hệ thống y tế. Chính sự thấu cảm này sau này định hình cách ông làm nghiên cứu não bộ: không phải để khoe công nghệ, mà để soi sáng những tâm trí bị tổn thương, từ đó hiểu rõ hơn cả bộ não khỏe mạnh.
Canh bạc gene tảo và sự ra đời của công nghệ quang di truyền
Trước quang di truyền, khoa học thần kinh giống như cố sửa điện của một thành phố bằng cách tắt cả khu phố. Kích thích điện, thuốc hay phẫu thuật đều tác động trên diện rộng, làm “tắt lịm” cả cụm mô chứa hàng triệu neuron vô tội. Đầu những năm 2000, hai nhà khoa học Đức phát hiện loài tảo xanh đơn bào có protein nhạy sáng channelrhodopsin, mở kênh ion khi gặp ánh sáng xanh lam và tạo xung điện. Đó là mảnh ghép sinh học quan trọng, nhưng nếu không có Deisseroth, nó có thể chỉ dừng lại ở mức phát hiện thú vị. Ông cùng nhóm nghiên cứu đã dám chơi một canh bạc: đưa gene của tảo vào tế bào thần kinh động vật có vú – phương án rủi ro nhất nhưng hóa ra hiệu quả nhất.
Năm 2005, nhóm công bố trên một tạp chí khoa học thần kinh rằng khi chiếu ánh sáng xanh lam, các tế bào thần kinh chuột nuôi cấy mang gene tảo phát tín hiệu theo đúng mệnh lệnh. Phương pháp này được đặt tên là công nghệ quang di truyền (optogenetics). Điểm thiên tài của Deisseroth không chỉ ở ý tưởng mà ở kỹ thuật: ông tìm cách “đóng gói” gene vào virus, đưa vào đúng loại tế bào, rồi dẫn ánh sáng vào sâu trong não chuột bằng sợi quang siêu mảnh. Sau đó, nhóm tiếp tục phát triển protein phản ứng với ánh sáng vàng để ức chế tế bào, tạo nên “khu phố hai đèn giao thông” trong não: đèn xanh cho neuron hoạt động, đèn vàng cho neuron tạm dừng. Lần đầu tiên, con người có thể kiểm soát tế bào thần kinh bằng ánh sáng với độ chính xác chưa từng có.
Từ chuột thí nghiệm đến hy vọng cho bệnh Parkinson, trầm cảm, tự kỷ
Câu hỏi quan trọng nhất với bất kỳ công nghệ y sinh nào là: nó làm được gì cho người bệnh? Trong phòng thí nghiệm nhỏ với vài thành viên, nhóm của Deisseroth đã đảo ngược triệu chứng bệnh Parkinson trên chuột, gây tác động rồi làm dịu các biểu hiện giống trầm cảm, và thậm chí tìm ra mạch thần kinh điều khiển nhu cầu giao tiếp xã hội. Những kết quả này cho thấy công nghệ quang di truyền không chỉ là trò “bật tắt” neuron cho đẹp, mà là công cụ mạnh để nghiên cứu não bộ và thiết kế các chiến lược điều trị bệnh thần kinh. Theo một giải thưởng tiền Nobel mà Deisseroth từng nhận, 51 trong số 108 người được vinh danh sau đó đã đoạt Nobel, cho thấy cộng đồng khoa học sớm nhận ra tầm vóc của công trình này.
Tuy vậy, Deisseroth không tô hồng thành quả. Ông thừa nhận: công tắc ánh sáng vận hành chính xác trên chuột, nhưng để giải quyết nỗi đau của bệnh nhân tâm thần thì còn khoảng cách rất dài. Điểm trung thực này đáng giá hơn mọi lời hứa hẹn. Quang di truyền giúp xác định những tế bào gây ra triệu chứng, từ đó mở đường cho các liệu pháp nhắm trúng đích, nhưng nó không phải cây đũa thần. Thông qua việc thấu cảm và nghiên cứu những tâm trí bị tổn thương, các nhà khoa học có thể soi sáng cấu trúc của bộ não khỏe mạnh, dùng chính những biểu hiện bệnh lý như tấm gương phản chiếu bản chất sâu thẳm của tư duy và cảm xúc. Đó là cách Deisseroth đặt phát minh của mình: một điểm khởi đầu trung thực, không phải lời hứa chữa lành mọi thứ.
Giải Nobel Y Sinh và một đời sống ‘bình thường’ đáng nể
Nghịch lý đẹp nhất trong câu chuyện Karl Deisseroth là: càng tiến gần đỉnh cao khoa học, ông càng sống giống một bác sĩ bình thường. Dù sở hữu nhiều giải thưởng danh giá và nay là giải Nobel Y Sinh, ông vẫn tiếp tục làm bác sĩ tâm thần, điều trị bệnh nhân trầm cảm kháng trị và rối loạn phổ tự kỷ tại Stanford. Hơn hai thập kỷ, ông vẫn miệt mài trực cấp cứu tâm thần, rồi từ những đêm trực đó viết nên cuốn sách “Projections”, đan xen chuyện bệnh nhân đã hư cấu hóa với khoa học thần kinh và trải nghiệm cá nhân. Thay vì rời phòng khám để toàn thời gian làm “ngôi sao” khoa học, ông chọn đứng giữa hai thế giới: phòng thí nghiệm và phòng bệnh, nơi mỗi ca trực nhắc ông lý do mình bắt đầu.
Điều khiến giới khoa học nể phục không kém phát minh là cách Deisseroth chia sẻ nó. Ông không giữ công nghệ quang di truyền như tài sản riêng, mà gửi gene đã biến đổi tới các phòng thí nghiệm khắp thế giới và lập chương trình đào tạo hàng nghìn nhà khoa học. Sáng 5/10, khi được hỏi sẽ ăn mừng giải Nobel thế nào, ông chỉ nói sẽ quay lại nghiên cứu vì còn nhiều người cần được giúp đỡ. Trong thời đại mà danh tiếng dễ khiến người ta xa rời đời thường, việc một nhà khoa học có thể vừa “thắp đèn trong não” vừa chuẩn bị bữa ăn cho con rồi đi làm là lời nhắc quan trọng: khoa học vĩ đại nhất vẫn phải gắn với cuộc sống rất đời của con người.
