Peter Hegemann, nhà lý sinh học khuyên giới trẻ đừng cải tiến quang di truyền học nữa

Khi được hỏi các nhà nghiên cứu trẻ có thể cải tiến quang di truyền học ra sao, Peter Hegemann luôn trả lời các nhà báo một câu như nhau: đừng làm vậy. Họ nên chuyển sang nghiên cứu điều gì đó mới. Lời khuyên nghe khá lạ khi người đưa ra nó vừa được Viện Hàn lâm Nobel ghi nhận là người khởi đầu tất cả, nhưng Hegemann vốn có thói quen rời khỏi một lĩnh vực trước khi lĩnh vực ấy kịp định hình quanh mình. Tại cuộc họp báo ở Đại học Humboldt Berlin, ông kể về những ngả rẽ trong sự nghiệp: nhà hóa học, rồi nhà hóa sinh, sau đó dành một thập kỷ nghiên cứu sinh lý học thực vật, rồi đảm nhiệm các vị trí giáo sư hóa sinh và lý sinh. “Còn bây giờ tôi là nhà thần kinh học,” ông nói, “dù trong đời chưa từng làm một thí nghiệm thần kinh học nào.”

Giải thưởng, được trao chung cho Georg Nagel thuộc Đại học Würzburg và Karl Deisseroth thuộc Đại học Stanford, vinh danh những phát hiện về các kênh ion đóng mở bằng ánh sáng và quang di truyền học. Bản tường thuật của chính ủy ban giải thưởng bắt đầu từ ông. “Mọi chuyện bắt đầu từ sự tò mò của Peter Hegemann,” thông cáo báo chí viết: ông muốn biết Chlamydomonas, một loại tảo lục đơn bào, làm cách nào bơi về phía nguồn sáng. Câu trả lời là channelrhodopsin, một loại protein tiếp nhận ánh sáng rồi mở một lỗ trên màng tế bào chỉ trong một bước. Khi được đưa vào tế bào thần kinh, protein này cho phép các nhà nghiên cứu dùng ánh sáng xanh để kích hoạt tế bào. Hegemann vẫn nhớ lời nhận xét đầu tiên của tạp chí Science về phát hiện này: “Một kênh ion từ váng ao.” Ông nói thêm rằng cộng đồng nghiên cứu Chlamydomonas chẳng lấy gì làm vui.

Thời đi học, chẳng có mấy điều báo trước con đường nghiên cứu sau này của ông. Hegemann sinh tại Münster ngày 11 tháng 12 năm 1954 và lớn lên ở Aachen trong một gia đình có nhiều bác sĩ. Tại một trường trung học theo chương trình nhân văn cổ điển, ông dành nhiều năm dịch những câu chuyện mà ông nhớ là nhàm chán về các cuộc chiến tranh La Mã và Hy Lạp; chỉ có khoa học, nghệ thuật và âm nhạc là khiến ông hứng thú. Ông chơi sáo trong dàn nhạc của trường, đi xe máy và tự nhận điểm số thời phổ thông lẫn đại học của mình chỉ ở mức trung bình. Ông học hóa học tại Münster, sau đó chuyển đến Munich, nơi ông bắt đầu theo đuổi hóa sinh.

Bước ngoặt định hình sự nghiệp của ông đến tại Viện Hóa sinh Max Planck ở Martinsried, nơi ông hoàn thành luận án tiến sĩ năm 1984 trong nhóm của Dieter Oesterhelt, nghiên cứu halorhodopsin — một bơm clorua vận hành bằng ánh sáng ở vi sinh vật ưa muối. Hegemann nhớ lại Oesterhelt đã đưa ra hai lựa chọn: ở lại làm việc với ông bao lâu tùy thích, cho đến khi nghỉ hưu, hoặc tự đi con đường riêng và rời đi sau năm năm. Hegemann chọn phương án thứ hai. Một bài báo của Kenneth Foster nêu giả thuyết rằng bộ phận cảm nhận ánh sáng của loài tảo là một rhodopsin, thuộc họ phân tử cũng hoạt động trong mắt động vật. Hegemann dành một năm nghiên cứu sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Foster tại Đại học Syracuse, rồi trở lại Martinsried để đứng đầu nhóm nghiên cứu riêng.

Tại đây, vào đầu thập niên 1990, ông tìm thấy câu đố sẽ theo đuổi suốt một thập kỷ. Dùng những điện cực cực nhỏ đặt lên điểm mắt của tảo, ông ghi nhận một xung điện xuất hiện nửa mili giây sau khi ánh sáng chiếu tới — nhanh hơn hơn 20 lần so với chuỗi phản ứng hóa học biến ánh sáng thành tín hiệu trong mắt người. Hegemann kết luận rằng phải có một protein duy nhất vừa tiếp nhận ánh sáng vừa hoạt động như một kênh ion. Các đồng nghiệp hoài nghi, còn protein thì tan rã mỗi khi nhóm ông tìm cách tách chiết. Năm 1993, ông chuyển đến Đại học Regensburg làm giáo sư hóa sinh. Vào khoảng thời điểm chuyển giao thiên niên kỷ, nhóm ông phát hiện hai ứng viên trong các trình tự gene Chlamydomonas do các nhà nghiên cứu Nhật Bản công bố, rồi gửi chúng cho Nagel tại Viện Lý sinh Max Planck ở Frankfurt. Nagel biểu hiện các protein này trong trứng ếch và quan sát chúng mở ra dưới ánh sáng. Cùng với Nagel và Ernst Bamberg, Hegemann mô tả channelrhodopsin-1 trên Science năm 2002 và channelrhodopsin-2 — phiên bản được ngành thần kinh học ứng dụng — trên PNAS năm 2003.

Công cụ này nhanh chóng lan rộng. Năm 2005, phòng thí nghiệm của Deisseroth dùng channelrhodopsin-2 để khiến các tế bào thần kinh chuột nuôi cấy phát xung theo lệnh; cũng trong năm đó, Hegemann đồng tác giả một nghiên cứu dùng protein này kích hoạt hoạt động thần kinh ở phôi gà. Tại Đại học Humboldt, nơi ông trở thành giáo sư lý sinh thực nghiệm, phòng thí nghiệm của ông dần trở thành xưởng nghiên cứu các biến thể mới. Năm 2014, nhóm ông biến channelrhodopsin thành một kênh clorua đóng mở bằng ánh sáng, có tác dụng làm im hoạt động của tế bào thần kinh thay vì kích hoạt chúng. Khoản tài trợ của Hội đồng Nghiên cứu châu Âu cấp năm 2016 hỗ trợ một cuộc tìm kiếm các enzyme nhạy sáng, qua đó phát hiện rhodopsin dị nhị phân đầu tiên từng được biết đến. Từ năm 2015, ông giữ chức giáo sư cao cấp Hertie về thần kinh học tại Berlin.

Giới hạn ba người nhận một giải Nobel khiến câu chuyện đông nhân vật này trở nên đơn giản hơn, và chính sự nghiệp của Hegemann cho thấy những gì bị bỏ lại. Dieter Oesterhelt, người hướng dẫn có công trình về rhodopsin ở vi sinh vật đặt nền tảng cho toàn bộ thành tựu này, từng cùng Hegemann và Deisseroth nhận Giải thưởng Albert Lasker về Nghiên cứu Y học Cơ bản năm 2021. Tuy nhiên, ông qua đời vào tháng 11 năm 2022, mà Nobel không được trao sau khi người nhận đã qua đời. Bamberg, đồng tác giả của cả hai bài báo về channelrhodopsin, cùng ba chủ nhân giải Nobel năm nay nhận Giải thưởng The Brain Prize năm 2013 nhưng lại không có tên trong danh sách được vinh danh. Ngay cả địa điểm của những phát hiện cũng còn gây tranh cãi. Ủy ban Nobel xác định các công trình đoạt giải được thực hiện tại viện nghiên cứu ở Martinsried, trong khi Đại học Regensburg khẳng định nghiên cứu tiến hành trong các phòng thí nghiệm của trường đã đặt nền móng cho thành tựu này. Triển vọng y học của công trình cũng khá giới hạn: kết quả lâm sàng rõ ràng nhất là một người đàn ông mắc bệnh thoái hóa sắc tố võng mạc đã lấy lại được một phần thị lực. Hegemann cũng công khai chỉ trích cách giới nghiên cứu đánh giá và tưởng thưởng các nhà khoa học. Trong một video năm 2023, ông kêu gọi đồng nghiệp đánh giá các nhà nghiên cứu trẻ dựa trên tính độc đáo trong công trình của họ, thay vì đếm số bài báo họ công bố sau ba hoặc bốn năm — điều mà theo ông, đáng tiếc là giới nghiên cứu vẫn không làm. Ông cũng nói với đài truyền hình rbb rằng mình từng nhiều lần phân vân về việc tiếp tục theo đuổi nghiên cứu cơ bản tại Humboldt, bởi sự hỗ trợ dành cho lĩnh vực này còn thiếu hụt.

Tin tức suýt nữa đã trôi qua mà ông không hay biết. Ông kể trên trang web Giải Nobel rằng ngày 5 tháng 10, ông phớt lờ email từ một người lạ nhờ gọi lại, cho đến khi nhận ra mã điện thoại của Thụy Điển — mã ông từng gặp trong những chuyến đi thuyền buồm. Tại cuộc họp báo ở Humboldt, ông nói không thể làm nghiên cứu chỉ để giành giải thưởng, đồng thời ca ngợi nhóm nghiên cứu có ít nhất mười quốc tịch khác nhau. Ban lãnh đạo trường đã hỗ trợ ngành sinh học quang học bằng một tòa nhà mới, dự kiến hoàn thành vào tháng 5 năm 2029. Ông vẫn cố vấn cho Trung tâm Kính hiển vi nano siêu nhanh Regensburg và tham gia một dự án Synergy của Hội đồng Nghiên cứu châu Âu, khởi động từ năm 2022, nhằm đưa quang di truyền học ứng dụng vào nhiều hệ sống hơn.

Lễ trao huy chương tại Stockholm diễn ra ngày 10 tháng 12, một ngày trước sinh nhật lần thứ 72 của ông; Hegemann dự định đưa gia đình và các cộng sự chủ chốt đi cùng. Trong cuộc phỏng vấn với Nobel, ông lưu ý rằng nghiên cứu đầu tiên về phản ứng của Chlamydomonas trước ánh sáng được công bố năm 1866 bởi một nhà khoa học Nga. Người này thu thập tảo ở sông Neva, tại St Petersburg, và làm việc khi chưa có điện. Lời khuyên Hegemann dành cho thế hệ tiếp nối cũng giống như điều ông nói về quang di truyền học: có rất nhiều sinh vật thú vị để nghiên cứu.

Thẻ: Georg Nagel, Karl Deisseroth, Nobel Prize, Peter Hegemann, channelrhodopsin, nhà lý sinh học, quang di truyền học

Người liên quan

Georg Nagel

Karl Deisseroth

Konstantin Batygin

Claude Monet

Antoine Schmitt

Stefano Mancuso