Giải thưởng Thành tựu đặc biệt Lasker-Koshland trong Khoa học y học (Lasker-Koshland Special Achievement Award in Medical Science) năm nay được trao cho Tiến sĩ Lucy Shapiro của Đại học Stanford, người đã dành 55 năm trong sự nghiệp để khám phá cách protein mang lại sự sống cho tế bào.

Những năm 1960, khi TS. Shapiro bắt đầu nghiên cứu, các nhà khoa học thường chỉ nghiên cứu từng phân tử protein riêng lẻ. Nhưng bà lại muốn tìm hiểu cách hàng ngàn protein hoạt động cùng nhau trong các sinh vật sống nhằm trả lời cho câu hỏi: “Làm thế nào để tạo ra một tế bào?”.

Và để hiểu được điều này, TS. Shapiro đã nghiên cứu một sinh vật đơn giản: một vi khuẩn phổ biến có tên là Caulobacter. Vi khuẩn này sinh sản bằng cách phân chia. Bản thân vi khuẩn Caulobacter có 2 đầu, 1 đầu có cuống để bám vào các bề mặt, 1 đầu có đuôi để bơi, nhưng khi phân chia, chúng tách đôi thành hai tế bào - một tế bào mang cuống và một tế bào mang đuôi, trước khi tái tạo phần còn thiếu.

Vào thời điểm đó, các nhà sinh vật học coi vi khuẩn chỉ là những túi protein rời rạc. Nhưng khả năng tạo đuôi ở một đầu tế bào hoặc cuống ở đầu kia của Caulobacter đã khiến TS. Shapiro nghi ngờ quan niệm thông thường này.

Và bà đã phát hiện ra rằng bên trong tế bào vi khuẩn giống một nhà máy được tổ chức cẩn thận hơn là một khối phân tử hỗn độn. Caulobacter di chuyển một số protein nhất định đến những vị trí cụ thể trong tế bào. Chỉ tại những vị trí đó, chúng mới có thể thực hiện chức năng của mình. Khi vi khuẩn tạo ra một bản sao DNA mới, nó cẩn thận gấp phân tử dạng sợi thành những vòng phức tạp.

Vào những năm 1990, TS. Shapiro đã phát hiện ra một vấn đề phức tạp khác bên trong vi khuẩn, lấy cảm hứng từ một bình luận của chồng bà – Tiến sĩ Harley McAdams. Là nhà vật lý học tại Đại học Stanford, TS. McAdams đã bị ấn tượng bởi cách các nhà sinh học vẽ những mũi tên để minh họa cách các protein khác nhau điều hòa lẫn nhau bên trong tế bào. Một số protein thúc đẩy tế bào tạo ra nhiều bản sao của các protein khác. Một số khác lại ngăn chặn quá trình sản xuất. Chúng khiến Tiến sĩ McAdams liên tưởng đến sơ đồ mạch điện. Ông đã thốt lên rằng, “Chúng ta phải nghĩ về điều này như một mạch điện.” Và hai người đã lập biểu đồ hệ thống dây điện cho vi khuẩn Caulobacter. Nhờ đó, họ đã lập bản đồ cho khoảng 200 protein mà Caulobacter sử dụng để phân chia tế bào. Họ đã thành công trong việc truy tìm tất cả chúng về một protein điều hòa chủ chốt duy nhất.

Nỗ lực này đã góp phần thiết lập sinh học hệ thống như một nhánh khoa học mới. Các nhà nghiên cứu khác tiếp tục tìm thấy các mạch di truyền tương tự với các công tắc chính ở các loài khác. Các quy tắc kết nối tương tự mà TS Shapiro và các đồng nghiệp của bà phát hiện ra ở vi khuẩn cũng cho phép một trứng người đã thụ tinh phân chia thành 37.000 tỷ tế bào, từ cơ đến tế bào thần kinh, trong cơ thể người.

Tiến sĩ Shapiro cho biết: “Đó là logic hóa học của sự sống”.

Giải thưởng Nghiên cứu Y học cơ bản (Albert Lasker Basic Medical Research Award) năm nay đã được trao cho Tiến sĩ Dirk Görlich và Tiến sĩ Steven McKnight vì đã phát hiện ra các đốm giống như thạch trong tế bào, vốn rất cần thiết cho sự sống còn của sinh vật.

Tiến sĩ Görlich - nhà hóa sinh tại Viện Khoa học đa ngành Max Planck ở Göttingen, Đức, cho biết: "Đây là một loại vật chất sinh học mới". Ông tình cờ phát hiện ra những đốm này khi ông nghiên cứu nhân tế bào, túi chứa DNA bên trong tế bào. Mỗi nhân tế bào đều có hàng ngàn lỗ nhỏ và các nhà khoa học vẫn đang loay hoay tìm hiểu xem cách một số protein có thể đi qua lỗ này như thế nào, trong khi những protein khác thì không.

Trong một nghiên cứu năm 2001 với Katharina Ribbeck - hiện đang giảng dạy tại Viện Công nghệ Massachusetts, Tiến sĩ Görlich đã nghiên cứu lưu lượng qua các lỗ nhỏ này và chỉ ra rằng cứ mỗi giây có một nghìn protein chảy qua mỗi lỗ vào nhân tế bào. Tiến sĩ Görlich cho biết: “Chúng tôi đã rất ngạc nhiên về tốc độ của nó”.

Và các thí nghiệm tiếp theo đã tiết lộ bí mật: mỗi lỗ chứa một nút gelatin. Hầu hết hết các protein không thể xuyên qua nút galetin này trừ một bộ protein vận chuyển có chứa một nguyên tử đặc biệt. Những protein vận chuyển này mang theo các protein cần thiết cho nhân tế bào và nhanh chóng vận chuyển chúng qua lớp thạch.

Vài năm sau, TS. Steven McKnight thuộc Trung tâm Y tế Tây Nam của Đại học Texas ở Dallas đã tình cờ phát hiện ra những khối gelatin tương tự. Ông đã nghiên cứu một loại protein có tên là FUS. Khi ông và các đồng nghiệp tinh chế protein này, nó có độ đặc như thạch.

Protein điển hình có cấu trúc cứng và cố định. Nhưng FUS lại có các phân đoạn linh hoạt khiến protein mềm mại và có thể kết dính với nhau, tạo thành một lưới gelatin.

Hóa ra các protein lỗ nhân mà Tiến sĩ Görlich nghiên cứu cũng biến đổi thành dạng thạch có độ kết dính linh hoạt. Và các nhà nghiên cứu đã tìm thấy nhiều khối tương tự được tạo ra bởi các protein khác trong khắp tế bào. Những khối này rất quan trọng cho các nhiệm vụ như vận chuyển phân tử và xây dựng protein từ gene. Vì các kết nối mà chúng hình thành rất yếu, chúng có thể nhanh chóng bị phá hủy khi không còn cần thiết nữa.

Tiến sĩ McKnight và các đồng nghiệp đã phát hiện ra rằng đột biến ở những protein này có thể khiến chúng kết dính quá chặt với nhau, tạo thành những khối cứng và bền. Những khối đột biến này có thể đóng vai trò trong bệnh Alzheimer và các bệnh khác.

Đối với Tiến sĩ McKnight, những căn bệnh đó là bằng chứng cho thấy tầm quan trọng của việc các tế bào có thể tạo ra những khối tế bào mỏng manh kỳ lạ này. "Sự yếu đuối cũng có giá trị của nó", ông nói.

Lasker-DeBakey 2025 vinh danh Tiến sĩ Michael Welsh - thuộc Đại học Iowa, cùng Tiến sĩ Jesús González và Tiến sĩ Paul Negulescu - cả hai đều từng làm việc tại Vertex Pharmaceuticals. Nghiên cứu của họ đóng vai trò quan trọng trong việc khám phá ra các loại thuốc giúp thay đổi cuộc sống của những người mắc bệnh xơ nang – một căn bệnh di truyền này làm tắc nghẽn phổi bằng chất nhầy, ngăn chặn sự giải phóng enzyme từ tuyến tụy và có thể gây tắc nghẽn ống mật của gan. Những người mắc bệnh này thường tử vong khi còn rất trẻ.

Năm 1989, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy CFTR - một gene khi bị đột biến sẽ gây ra bệnh. Tuy nhiên, vẫn chưa rõ cách điều trị. Và 3 nhà khoa học đã tìm ra cách.

Tiến sĩ González giải thích rằng vấn đề với đột biến phổ biến nhất trong gene xơ nang là protein mà gene này chỉ đạo tế bào tạo ra bị đứt ra và mất hình dạng, bị mắc kẹt bên trong tế bào.

Phát hiện đầu tiên của Tiến sĩ Welsh là khi các tế bào mang đột biến xơ nang phổ biến nhất được làm lạnh, protein do gene đột biến chỉ huy sẽ ổn định hơn và nhiều protein hơn sẽ tiếp cận được màng bao bọc tế bào. Điều này đã gợi ý cho các nhà nghiên cứu một ý tưởng: họ có thể tìm ra một loại thuốc có thể bám vào phân tử đột biến và ổn định nó bằng cách mô phỏng tác động của nhiệt độ thấp.

Tiến sĩ González đã tìm ra cách để tìm kiếm. Ông đã phát minh ra một loại thuốc nhuộm có thể làm sáng tế bào nếu một phân tử là ứng cử viên ổn định protein xơ nang. Thuốc nhuộm cho phép Tiến sĩ Negulescu và nhóm của mình tìm kiếm hơn 10.000 hợp chất mỗi ngày. Cuối cùng, Vertex đã sàng lọc hơn một triệu hợp chất và tìm ra những loại thuốc có hiệu quả.

Kết quả là loại thuốc này đã được chấp thuận vào năm 2019. Và theo trích dẫn của Lasker Foundation, loại thuốc này đã "biến xơ nang (CF) từ bản án tử hình thành tình trạng có thể kiểm soát được đối với hơn 90% số người mắc bệnh". Còn Tiến sĩ Sorscher thì cho rằng, "Kỳ diệu là mô tả tốt nhất của kết quả này.”