Untitled 108 KH&CN nước ngoài Soá 1+2 naêm 2019 Sự phát triển từ tế bào Các công nghệ nghiên cứu về cách ADN định hướng sự phát triển tế bào đơn lẻ được xây dựng dựa trên công trình từng đoạt giải Nob[.]
kh&cn nước KH&CN nước Một số thành tựu khoa học bật giới năm 2018 Hàng năm, Tạp chí Science (Hoa Kỳ) đều tổ chức bình chọn thành tựu khoa học lớn nhất, đó có thành tựu coi là đột phá năm Trong năm 2018, nghiên cứu cách ADN định hướng phát triển các tế bào đơn tạo thước phim kỳ diệu chưa từng có về việc tế bào đơn phát triển thành mô phức tạp và các quan động vật trưởng thành, bình chọn là đột phá năm Dưới đây, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam xin giới thiệu về đột phá này và số thành tựu khoa học bật khác Science bình chọn Sự phát triển từ tế bào Các công nghệ nghiên cứu cách ADN định hướng phát triển tế bào đơn lẻ xây dựng dựa cơng trình đoạt giải Nobel Y học năm 2002 nhà khoa học John Sulston (Vương quốc Anh) đồng nghiệp Khả phân lập hàng ngàn tế bào riêng lẻ giải trình tự vật liệu di truyền cung cấp cho nhà nghiên cứu tranh toàn cảnh ARN tạo tế bào thời điểm Và chuỗi ARN đặc trưng cho gen tạo chúng, nên nhà nghiên cứu thấy gen hoạt động, giúp xác định chức tế bào Kỹ thuật RNA-seq tế bào đơn phát triển vài năm qua Nhưng bước ngoặt đến vào năm 2017, nhóm nghiên cứu sử dụng RNAseq tế bào đơn để theo dõi hoạt động gen 8.000 tế bào chiết xuất thời điểm từ phơi ruồi giấm Cũng khoảng thời gian đó, nhóm khác mơ tả hoạt động 50.000 tế bào từ giai đoạn ấu trùng giun tròn (Caenorhabditis elegans) Dữ liệu protein, gọi yếu tố phiên mã, hướng dẫn tế bào phân biệt thành loại chuyên biệt Năm 2018, nhà nghiên cứu thực phân tích sâu rộng phơi động vật có xương sống Sử dụng nhiều phương pháp tính tốn phức tạp, họ liên kết số RNA-seq tế bào đơn thời điểm khác để làm rõ việc bật tắt gen xác định loại tế bào hình thành sinh vật Một nghiên cứu phát cách trứng cá ngựa thụ tinh tạo 25 loại tế bào; ếch theo dõi giai 108 Số 1+2 năm 2019 Phơi cá ngựa giai đoạn đầu phát triển đoạn đầu phát triển để hình thành quan thấy số tế bào bắt đầu chuyên biệt hóa sớm so với suy nghĩ trước Các nhà nghiên cứu khác quan tâm đến việc làm số động vật mọc lại chân toàn thể chuyển sang ứng dụng kỹ thuật RNA-seq Khi nghiên cứu mơ hình biểu gen giun dẹp thủy sinh planaria (có khả tái sinh vơ địch dù bị cắt thành mảnh), nhà khoa học phát loại tế bào tần suất xuất mảnh ghép phát triển thành cá thể Một nhóm khác truy tìm gen bật tắt lồi kỳ nhơng axolotl chân trước thấy rằng, số mô chân trưởng thành trở lại trạng thái phơi thai, sau trải qua trình tái lập để xây dựng chi Một nhóm nghiên cứu xác định mối quan hệ 100 loại tế bào não cá ngựa; đồng thời sử dụng CRISPR để đánh dấu tế bào phơi, sau phân lập giải trình tự 60.000 tế bào thời điểm khác để theo dõi gen phôi cá phát triển KH&CN nước Tập đoàn Human Cell Atlas phải năm nỗ lực để xác định loại tế bào người, làm rõ cách tế bào phối hợp với để tạo thành mô quan Sự hợp tác 53 tổ chức 60 công ty khắp châu Âu đề xuất khai thác RNA-seq tế bào đơn để tìm hiểu điều xảy với tế bào tiến triển thành tế bào ung thư, tiểu đường bệnh khác Như vậy, cách mạng tế bào bắt đầu Sứ giả từ thiên hà xa xôi Vật lý thiên văn bắt đầu với hạt tốc độ cao tia vũ trụ sóng hấp dẫn - gợn sóng li ti khơng gian, bình chọn đột phá khoa học năm 2016 Nhưng neutrino, sứ giả khác từ vũ trụ, hạt nhỏ, gần khơng có khối lượng nên khó phát Để “bẫy” hạt neutrino, nhà khoa học sử dụng km3 băng Nam Cực gắn máy dò ánh sáng để ghi lại ánh sáng mờ nhạt kích hoạt neutrino Được biết đến với tên IceCube, máy dò hạt khổng lồ ghi lại nhiều neutrino trước đó, khơng xác định cụ thể nguồn phát Ngày 22/9/2017, neutrino va chạm với hạt nhân băng cảm biến ánh sáng xác định xác hướng Các máy dị chơn băng Nam Cực ghi lại tia sáng hoi kích hoạt neutrino Như nhà nghiên cứu báo cáo vào tháng 7/2018, kính viễn vọng khơng gian tia Gamma Fermi NASA tìm thấy nguồn sáng cực mạnh đặt tên Blazar nơi neutrino xuất Blazar trái tim thiên hà tập trung quanh hố đen siêu lớn, đốt nóng khí xốy quanh nó, phát ánh sáng rực rỡ bắn hạt Các nhà nghiên cứu chắn nguồn neutrino, đánh dấu lần kính viễn vọng xác định nguồn phát neutrino thiên hà Xác định cấu trúc phân tử thật đơn giản Hai nhóm nghiên cứu (một nhóm Hoa Kỳ, nhóm Đức Thụy Sỹ) đồng thời công bố báo vào tháng 10/2018 tiết lộ cách để xác định cấu trúc phân tử hợp chất hữu nhỏ vài phút, thay vài ngày, tuần, chí tháng phương pháp truyền thống Cấu trúc tinh thể có kích thước micromet (màu đen) thể kính hiển vi điện tử Trong nhiều thập kỷ, tiêu chuẩn vàng cho ánh xạ phân tử kỹ thuật tinh thể học tia X - phương pháp bắn chùm tia X vào tinh thể chứa hàng triệu phân tử xếp theo hướng chung Sau đó, nhà nghiên cứu theo dõi cách tia X bật khỏi tinh thể để xác định nguyên tử riêng lẻ xác định vị trí chúng phân tử Kỹ thuật vô giá để hiểu cách phân tử sinh học hoạt động cách loại thuốc tương tác với chúng, lại đòi hỏi tinh thể có kích thước hạt cát, nên khó thực số chất Trong năm gần đây, nhà nghiên cứu sửa đổi kỹ thuật nhiễu xạ cách thay tia X chùm tia điện tử Chùm electron nhắm vào tinh thể 2D giống phân tử sinh học đích, thường protein Nhưng số trường hợp, xếp chồng lên nhau, tạo tinh thể 3D nên nhiễu xạ electron thông thường khơng hoạt động, q nhỏ để sử dụng nhiễu xạ tia X Số 1+2 năm 2019 109 KH&CN nước Để khắc phục nhược điểm này, hai nhóm nghiên cứu nêu bắn chùm electron vào tinh thể 3D nhỏ quay theo dõi cách thức nhiễu xạ thay đổi theo vòng quay nhẹ Kỹ thuật tạo cấu trúc phân tử vài phút, dù tinh thể siêu nhỏ phần tỷ kích thước cần thiết cho nghiên cứu X-quang Nó đặc biệt phù hợp để lập đồ phân tử nhỏ hc mơn thuốc tiềm năng, có tác động sâu sắc đến nhiều lĩnh vực từ tổng hợp, khám phá dược phẩm đến thiết kế đầu dò phân tử để nghiên cứu theo dõi bệnh Va chạm từ kỷ băng hà Các nhà khoa học phát miệng hố va chạm lớn bên sông băng Hiawatha tây bắc Greenland, tiểu hành tinh đâm vào Vết sẹo mà để lại miệng núi lửa rộng 31 km có tên Hiawatha dài hàng nghìn năm kỷ băng hà cuối Nó minh oan cho người ủng hộ thuyết tác động Younger Dryas gây tranh cãi Một thập kỷ trước, họ đề xuất tác động từ ngồi Trái đất ngun nhân tình trạng lộn xộn hồ sơ khảo cổ địa chất, họ chưa thể khẳng định xác từ miệng núi lửa Người lai thời tiền sử Mảnh xương người phụ nữ sống cách 50.000 năm tiết lộ mối liên hệ đáng kinh ngạc hai nhóm người cổ xưa Phân tích ADN từ mảnh xương (được tìm thấy hang động Siberia vào năm 2012) cho thấy, người phụ nữ có mẹ người Neanderthal cha người Denisovan, nhóm người cổ đại bí ẩn tìm thấy hang động vào năm 2011 Mảnh xương tìm thấy hang động thung lũng Denisova Mơ hình hóa mảnh thiên thạch rơi xuống Greenland Hiawatha 25 miệng núi lửa lớn Trái đất Mặc dù không thảm khốc tác động tạo hố Chicxulub rộng 200 km Mexico giết khủng long vào 66 triệu năm trước, tác động tạo Hiawatha có tác động mạnh mẽ đến khí hậu tồn cầu, lượng nước giải phóng từ vụ va chạm đổ phía bắc Đại Tây Dương khiến nhiệt độ giảm mạnh Phân tích hình ảnh từ radar cho thấy, Hiawatha có khoảng 100.000 năm trở lại Các nhà khoa học dự đoán rằng, có tiểu hành tinh cơng Trái đất vào khoảng 13.000 năm trước Điều giải thích tác động Younger Dryas, kiện làm mát tồn cầu kéo 110 Số 1+2 năm 2019 Trước đây, nhà nghiên cứu biết người Denisovan, người Neanderthal người đại Các hóa thạch khác tìm thấy hang động Siberia cho thấy thành viên ba nhóm sống vào thời điểm khác Nhưng phát nêu chứng rõ ràng mối quan hệ người Denisovan người Neanderthal Từ kết giải trình tự ADN mẫu xương, nhà nghiên cứu Viện Nhân chủng học tiến hóa Max Planck (Đức) phát gen người phụ nữ nêu phù hợp với người Denisovan người Neanderthal, với số lượng nhiễm sắc thể gần nhau; ADN ty thể cô thừa hưởng gần hoàn toàn từ người mẹ (người Neanderthal) Vì nhà nghiên cứu kết luận rằng, cô lai hệ người đàn ơng Denisovan phụ nữ Neanderthal Nhìn kỹ vào gen cho thấy, cha cô có số tổ tiên người Neanderthal Trong phát khác, người phụ nữ có gen Neanderthal gần với gen người Neanderthal KH&CN nước ngồi tìm thấy Croatia so với người Neanderthal sống hang động Denisova (Nga) Điều cho thấy, nhóm người Neanderthal khác di cư qua lại Tây Âu Siberia nhiều lần Trên đường đi, họ tự truyền gen cho người ngồi Nhưng người Denisovan người Neanderthal khác biệt mặt di truyền? Rào cản địa lý đóng vai trị, nhà nghiên cứu cần mẫu ADN cổ xưa từ địa điểm khác để hiểu ảnh hưởng thực mối liên hệ từ thời tiền sử Phả hệ pháp y Tháng 4/2018, cảnh sát Hoa Kỳ tuyên bố bắt giữ nghi phạm vụ án Golden State Killer, gây nên loạt vụ hãm hiếp giết người vào năm 1970-1980 California Cơ quan điều tra xác định người thân nghi phạm nhờ so sánh hồ sơ ADN phục hồi từ trường vụ án với sở liệu ADN phả hệ công khai Sau đó, phương pháp sử dụng để làm rõ khoảng 20 vụ án bị đóng băng khác, mở lĩnh vực mới: phả hệ pháp y Các trang web ADN Ancestry 23andMe chứa hàng triệu hồ sơ sử dụng để tìm người thân từ mẫu ADN chia sẻ, cảnh sát cần có cho phép tịa án tiếp cận chúng Trong vụ án Golden State Killer, nhà chức trách chuyển sang sở liệu trực tuyến công khai, không rườm rà có tên GEDMatch, điều hành hai nhà phả hệ nghiệp dư Texas Florida (Hoa Kỳ), nơi người gửi kết xét nghiệm ADN Các nhà điều tra tải lên hồ sơ ADN nghi phạm thu từ dụng cụ hiếp dâm vào sở liệu tìm thấy số người thân xa thủ Sau họ sử dụng hồ sơ công khai để xây dựng gia phả lớn, đồng thời đưa ông Joseph James DeAngelo 73 tuổi vào diện nghi vấn người có tuổi địa điểm phù hợp với số tội ác Golden State Killer Nhờ kết kiểm tra, đối chiếu ADN (ADN trường vụ án trùng khớp với ADN DeAngelo), cảnh sát xác định bắt giữ sát thủ Golden State, Joseph James DeAngelo Mùa thu năm 2018, nhà di truyền học báo cáo 60% người Hoa Kỳ gốc châu Âu (chiếm hầu hết người dùng trang web tổ tiên) có anh em đời thứ ba gần sở liệu với triệu mẫu GEDMatch Tuy nhiên, với nhà đạo đức học tìm kiếm gia đình xâm phạm quyền riêng tư người, đồng thời có khả xác định nhầm nghi phạm Thuốc làm “im lặng” gen lựa chọn Một loại thuốc dựa chế làm “im lặng” gen gọi can thiệp ARN (ARNi) chấp thuận lưu hành theo quy định năm 2018 Đây tín hiệu tốt cho nhóm thuốc nhắm vào số gen để chống lại bệnh di truyền nghiêm trọng 20 năm trước, nhà di truyền học Hoa Kỳ phát phân tử ARN ngắn phá vỡ dịch mã gen cách gắn vào ARN thông tin mang thông điệp gen đến phận tạo protein tế bào Kết mang lại cho họ Giải thưởng Nobel, nỗ lực để biến thành thuốc gặp nhiều trở ngại Đến năm 2008, nhà nghiên cứu Công ty Dược phẩm Alnylam (Cambridge, Hoa Kỳ) đưa giải pháp tạo hạt nano lipid bảo vệ ARN làm im lặng gen đưa đến gan, hy vọng ngăn bệnh amyloidosis (bệnh thối hóa tinh bột) di truyền Nhưng hạt nano khơng giải phóng đủ ARN vào tế bào gan để đánh bại gen cho bệnh nhân khác Sau đó, cơng thức mạnh thử nghiệm người, thuốc tiêm tĩnh mạch Onpattro Nó thơng qua nhà quản lý Hoa Kỳ EU năm 2018 tung thị trường với giá niêm yết 450.000 USD/năm Alnylam phát triển cách tiếp cận tương tự với mơ mục tiêu ngồi gan, chẳng hạn mắt hệ thần kinh trung ương Làm cho ARN tích lũy số mơ định (bao gồm tim) thách thức, thành công nêu Alnylam mở tiềm to lớn Mở cửa sổ phân tử vào giới nguyên thủy Năm 2018, nhà khoa học phát dấu vết phân tử từ sinh vật sống cách nửa tỷ năm, làm sắc nét tranh giới bí ẩn sinh số động vật trái đất, đưa lĩnh vực cổ sinh vật học phân tử tiến thêm hàng trăm Số 1+2 năm 2019 111 KH&CN nước triệu năm Họ phát dấu vết phân tử chất béo số hóa thạch kỳ lạ biết đến, dạng sống bí ẩn gọi Ediacarans chứng phân tử bọt biển xuất từ lâu trước chúng có hồ sơ hóa thạch tạo bọt biển lớp đá có từ 660-635 triệu năm tuổi Phát cho thấy bọt biển, dạng khác đời sống động vật, tiến hóa sớm 100 triệu năm so với hóa thạch lâu đời chúng Các tế bào xếp nội dung chúng Làm để nhiều tác nhân tế bào kết hợp với thực chức quan trọng? Câu trả lời giọt chất lỏng xuất khắp nơi tế bào Hóa thạch Dickinsonia chứa dấu vết phân tử giống cholesterol, dấu hiệu đời sống động vật Các nhà nghiên cứu Đại học Quốc gia Úc tự hỏi liệu họ trích xuất manh mối hóa học từ số hóa thạch đặc biệt, 550 triệu năm tuổi, giữ số phận trông giống vật liệu hữu Những hóa thạch đến từ vách đá bờ biển Trắng tây bắc nước Nga Các nhà nghiên cứu lần thử nghiệm ý tưởng sưu tập hóa thạch Ediacaran nhỏ, trịn gọi Beltanelliformis Họ loại bỏ màng khỏi đá, hịa tan sử dụng sắc ký khí ghép khối phổ để tìm kiếm phân tử hữu bên Họ tìm thấy mức độ cao loại hopanes phân tử xác định khuẩn lạc vi khuẩn lam, kết công bố vào tháng 1/2018 Từ thành cơng đó, họ tiếp tục thử kỹ thuật hóa thạch sinh vật Dickinsonia có hình bầu dục dài khoảng 0,5 m, lồi Ediacaran tiếng Vào tháng 9/2018, nhóm nghiên cứu báo cáo hóa thạch Dickinsonia chứa dấu vết phân tử giống cholesterol, dấu hiệu đời sống động vật Điều phù hợp với chứng khác chứng minh Ediacaran động vật xuất Trái đất Vào tháng 10/2018, nhóm nghiên cứu khác tìm thấy dấu vết phân tử mà ngày 112 Số 1+2 năm 2019 Năm 2017, báo Tạp chí Nature cho thấy giọt protein lỏng nhân tế bào giúp thu gọn vùng gen, làm im lặng gen bên Năm 2018, báo Tạp chí Science vai trị chí cịn quan trọng việc protein tách pha lỏng - lỏng Nó khơng thúc đẩy phản ứng sinh hóa quan trọng, mà cịn đẩy nhanh q trình chuyển mã di truyền từ ADN sang ARN, bước việc tạo protein ngưng tụ thành giọt gắn vào ADN Các vấn đề chi tiết cần làm rõ, nghiên cứu cho thấy vai trò việc tách pha, giúp giải mã bí ẩn nguyên tắc tổ chức tế bào để kiểm soát biểu gen Các nhà sinh học tìm hiểu cách hình thành giọt protein lỏng Một số loại protein kèm theo dải spaghettilike tương tác để kích hoạt ngưng tụ Nhưng trình diễn ra, chất lỏng trở thành gel đơng cứng lại, hình thành loại cốt liệu nhìn thấy bệnh thối hóa thần kinh xơ cứng cột bên teo Một báo Tạp chí Science vào tháng 3/2018 cho thấy, điều xảy protein loại trừ không cách Vào tháng 4/2018, báo Tạp chí Cell lộ biện pháp khả thi để hòa tan tập hợp độc hại cố gắng tạo loại thuốc điều trị bệnh thối hóa thần kinh ? Nguyễn Mạnh Quân (lược dịch theo www.sciencemag.org) ... thức, thành công nêu Alnylam mở tiềm to lớn Mở cửa sổ phân tử vào giới nguyên thủy Năm 2018, nhà khoa học phát dấu vết phân tử từ sinh vật sống cách nửa tỷ năm, làm sắc nét tranh giới bí ẩn sinh số. .. 100.000 năm trở lại Các nhà khoa học dự đoán rằng, có tiểu hành tinh cơng Trái đất vào khoảng 13.000 năm trước Điều giải thích tác động Younger Dryas, kiện làm mát tồn cầu kéo 110 Số 1+2 năm 2019... đưa lĩnh vực cổ sinh vật học phân tử tiến thêm hàng trăm Số 1+2 năm 2019 111 KH&CN nước triệu năm Họ phát dấu vết phân tử chất béo số hóa thạch kỳ lạ biết đến, dạng sống bí ẩn gọi Ediacarans