Với việc khám phá ra cơ chế can thiệp RNA (cách vô hiệu hoá hoạt động của các gien xác định), hai nhà khoa học Andrew Z. Fire (Viện Công nghệ Massachusetts, Trường Y ĐH Stanford) và Craig C. Mello (ĐH Harvard, Trường Y ĐH Massachusetts) đã giành Giải Nobel Y học 2006.
Hai nhà bác học trên đã phát hiện một cơ chế căn bản để kiểm soát chuỗi thông tin di truyền: can thiệp RNA (RNA Interference), hay cách vô hiệu hoá hoạt động của các gien xác định.
Hai nhà bác học đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Nature vào ngày 19/2/1998. Khám phá của họ đã làm sáng tỏ nhiều quan sát thí nghiệm mẫu thuẫn và khó hiểu, đồng thời tiết lộ một cơ chế tự nhiên để kiểm soát dòng thông tin di truyền. Khám phá cũng báo hiệu sự khởi đầu của một lĩnh vực nghiên cứu mới.
Với khám phá trên, giới khoa học cũng đang tìm cách ứng dụng RNA can thiệp để điều trị các bệnh nhiễm khuẩn, các bệnh do virút, bệnh tim, ung thư, rối loạn nội tiết và nhiều chứng bệnh khác.
Bộ gien của con người hoạt động bằng cách gửi các chỉ dẫn từ ADN trong nhân tế bào tới cỗ máy tổng hợp protein trong tế bào chất để sản xuất các protein. Những chỉ dẫn đó được truyền đi bởi RNA thông tin (mRNA).
Trong năm 1998, hai nhà khoa học Mỹ là Andrew Fire và Craig Mello đã công bố phát hiện của họ về một cơ chế có thể làm suy biến mRNA khỏi một gien xác định. Được gọi là can thiệp RNA, cơ chế này được kích hoạt khi các phân tử RNA xuất hiện như các cặp chuỗi đôi trong tế bào. RNA chuỗi đôi kích hoạt cỗ máy sinh hoá, làm suy biến các phân tử mRNA mang một mã di truyền giống với mã của RNA chuỗi đôi. Khi các phân tử mRNA như vậy biến mất, gien tương ứng ngừng hoạt động và chẳng có protien thuộc loại mã hoá được tạo ra.
Cơ chế can thiệp RNA xảy ra ở thực vật, động vật và con người. Cơ chế này có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc điều khiển các biểu hiện gien, tham gia bảo vệ cơ thể chống nhiễm virút và tiếp tục kiểm soát các gien thay đổi đột ngột. Can thiệp RNA đang được sử dụng rộng rãi trong khoa học cơ bản như một phương pháp nghiên cứu chức năng của các gien và cơ chế này có thể dẫn tới các liệu pháp trị bệnh mới mẻ trong tương lai.
- Dòng thông tin trong tế bào
Mã di truyền trong ADN quyết định cách các protein được xây dựng. Các chỉ dẫn trong ADN được sao chép sang RNA thông tin và cuối cùng được sử dụng để tổng hợp các protein. Nhà bác học từng giành Giải Nobel Y học Francis Crick đã gọi chuỗi thông tin di truyền này, từ ADN qua mRNA tới protein, là giáo lý trung tâm của sinh học phân tử.
Các protein liên quan tới mọi tiến trình của sự sống, chẳng hạn các enzyme tiêu hoá thức ăn của chúng ta, các thụ thể nhận tín hiệu trong não và các kháng thể bảo vệ cơ thể chống vi khuẩn.
Bộ gien người gồm khoảng 30.000 gien. Tuy nhiên, chỉ một phần nhỏ những gien này được sử dụng trong mỗi tế bào. Các gien hoạt động (chẳng hạn gien kiểm soát việc tổng hợp các protein mới) được kiểm soát bởi cỗ máy sao chép ADN sang mRNA trong một tiến trình gọi là sao chép. Các nhà bác hoạt đoạt Giải Nobel François Jacob và Jacques Monod đã nhận dạng các nguyên tắc cơ bản của quá trình điều khiển biểu hiện gien cách đây hơn 40 năm. Những nguyên tắc đó cũng hình thành nên cơ sở của công nghệ gien, trong đó một chuỗi ADN được đưa vào tế bào để tạo ra protein mới.
Vào khoảng năm 1990, các nhà sinh học phân tử gặp khó khăn trong việc giải thích một số kết quả nghiên cứu thu được. Kết quả gây ấn tượng nhất xảy ra khi các nhà sinh học thực vật tìm cách làm màu của cánh hoa dã yên thảo đậm hơn. Họ làm điều đó bằng cách đưa vào cây hoa này một gien khiến sắc tố đỏ hình thành trong hoa. Thế nhưng, thay vì làm cánh hoa sẫm hơn, phương pháp này khiến cánh hoa biến thành màu trắng. Cơ chế gây ra hiện tượng này vẫn là một bí ẩn cho tới khi TS Fire và Mello khám phá ra cơ chế can thiệp RNA - nghiên cứu giúp họ giành Giải Nobel Y học năm nay.
- Phát hiện cơ chế can thiệp RNA
Andrew Fire và Craig Mello đã điều tra cơ chế điều khiển biểu hiện gien ở giun tròn Caenorhabditis elegans. Họ phát hiện việc tiêm các phân tử mRNA mã hoá một protein cơ bắp không làm thay đổi hành vi của giun tròn. Mã di truyền trong mRNA được gọi là chuỗi ''giác quan''. Tiêm RNA ''phản giác quan'' cũng không việc gì. Tuy nhiên, khi Fire và Mello tiêm cả RNA ''giác quan'' và ''phản giác quan'' vào cơ thể giun tròn, họ quan sát thấy giun có những chuyển động lạ, cụ thể là co giật. Các chuyển động tương tự cũng xảy ra ở những con giun hoàn toàn thiếu một gien chịu trách nhiêm tạo protein cơ bắp này. Vậy điều gì đã xảy ra?
Khi RNA ''giác quan'' và ''phản giác quan'' gặp nhau, chúng kết hợp với nhau và hình thành RNA chuỗi đôi. Liệu một phân tử RNA chuỗi đổi như thế có thể làm câm lặng gien mang cũng mật mã với phân tử RNA này? Fire và Mello đã kiểm tra giả thuyết đó bằng cách tiêm các phân tử RNA chuỗi đôi chứa các mật mã di truyền sản xuất nhiều protein khác của giun tròn. Ở mỗi thí nghiệm, việc tiêm RNA chuỗi kép mang một mật mã di truyền xác định khiến gien chứa mật mã này ngừng hoạt động. Protein được mã hoá bởi gien đó cũng không còn được tạo ra.
Sau một loạt các thí nghiệm đơn giản xong vô cùng tuyệt vời này, Fire và Mello suy luận RNA chuỗi đôi có thể làm các gien ngừng hoạt động. Cơ chế can thiệp RNA này hữu hiệu đối với gien mà mật mã của nó khớp với mật mã của phân tử RNA được tiêm. Ngoài ra, cơ chế can thiệp RNA có thể lan giữa các tế bào và thậm chí được di truyền sang đời sau. Chỉ cần tiêm một lượng nhỏ phân tử RNA chuỗi đôi là có thể đạt được một kết quả nào đó. Do vậy, Fire và Mello cho rằng cơ chế can thiệp RNA là một tiến trình xúc tác.
Hai nhà bác học đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Nature vào ngày 19/2/1998. Khám phá của họ đã làm sáng tỏ nhiều quan sát thí nghiệm mẫu thuẫn và khó hiểu, đồng thời tiết lộ một cơ chế tự nhiên để kiểm soát dòng thông tin di truyền. Khám phá cũng báo hiệu sự khởi đầu của một lĩnh vực nghiên cứu mới.
