Tác giả: TS Hồ Đắc Thái Hoàng
Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 2026 được trao chung cho Karl Deisseroth (Viện Y học Howard Hughes và Đại học Stanford, Mỹ), Peter Hegemann (Đại học Humboldt Berlin) và Georg Nagel (Đại học Würzburg, Đức) với những phát hiện về kênh ion điều khiển bằng ánh sáng và quang di truyền học (optogenetics).
Công bố của Hội đồng Nobel
Hội đồng Nobel tại Viện Karolinska (Stockholm) công bố kết quả vào ngày 5 tháng 10 năm 2026, đúng vào ngày mở màn của tuần lễ Nobel. Lý do trao giải ghi nhận hai mảng công trình nối tiếp nhau: phát hiện ra một họ kênh ion mà ánh sáng có thể đóng mở, rồi biến phát hiện ấy thành phương pháp để bật, tắt từng nhóm tế bào thần kinh trong cơ thể sống. Hai nhà khoa học Đức thuộc nhóm thứ nhất. Nhà nghiên cứu Mỹ đứng ở nhóm thứ hai.
Đây là lần đầu tiên quang di truyền học, một lĩnh vực mới tròn hai mươi năm tuổi theo cách đếm phổ biến của giới chuyên môn, bước lên bục cao nhất của y sinh học. Các tờ báo khoa học Đức như Zeit, Tagesschau hay Deutschlandfunk đều nhấn mạnh yếu tố hiếm gặp này: giải thưởng đến với một công cụ phương pháp luận, không phải với một phát hiện về bệnh học hay một loại thuốc.
Một protein từ tảo xanh
Hegemann (sinh năm 1954, 71 tuổi) và Nagel (sinh năm 1953, 73 tuổi) tìm ra protein channelrhodopsin vào đầu những năm 2000, khi cả hai làm việc tại các Viện Max Planck, một người thiên về hóa sinh, một người thiên về lý sinh. Đối tượng nghiên cứu của họ là Chlamydomonas, một loài tảo đơn bào, loại sinh vật mà hầu hết nhà thần kinh học chưa bao giờ nghĩ đến.
Lý do loài tảo này đáng chú ý nằm ở hành vi của nó. Tảo đơn bào bơi về phía ánh sáng hoặc tránh xa khi cường độ quá mạnh, nhờ một “đốm mắt” (eyespot) nhỏ trên thân tế bào. Cơ chế phân tử của phản ứng ấy từng là một câu hỏi bỏ ngỏ khá lâu. Hegemann và Nagel trả lời bằng cách cô lập protein cảm quang và chứng minh rằng, khác với phần lớn các rhodopsin vốn truyền tín hiệu qua chuỗi phản ứng nhiều bước, protein này tự nó là một kênh ion. Gặp ánh sáng xanh, kênh mở ra và cho ion đi qua màng tế bào, tạo ra xung điện.
Hai công trình đáng ghi nhớ trong chuỗi phát hiện ấy là bài của Nagel và cộng sự trên Science năm 2002 về channelrhodopsin-1, rồi bài trên Proceedings of the National Academy of Sciences năm 2003 về channelrhodopsin-2. Protein thứ hai là loại có khả năng dẫn cation, đủ làm tế bào khử cực khi chiếu ánh sáng xanh.
Điều tưởng như một chi tiết kỹ thuật lại là mấu chốt của cả lĩnh vực. Một tế bào thần kinh phát xung khi màng của nó khử cực. Nếu có cách làm màng khử cực theo ý muốn, tế bào sẽ phát xung theo ý muốn.
Từ ống nghiệm đến não sống
Phát hiện của Hegemann và Nagel dừng ở mức mô tả một protein. Bước chuyển sang công cụ thuộc về Deisseroth (sinh năm 1971). Ông cùng cộng sự đưa gene mã hóa channelrhodopsin vào tế bào thần kinh của động vật, để các nơron ấy tự sản xuất protein cảm quang trên màng. Bài báo ghi nhận thành quả này, với Edward Boyden và Feng Zhang ở vị trí đồng tác giả, xuất hiện trên Nature Neuroscience năm 2005 và thường được coi là cột mốc khai sinh phương pháp. Hai năm sau, ông đưa công tắc điều khiển bằng ánh sáng này hoạt động trong não của chuột sống.
Từ đó, quy trình dần thành chuẩn. Nhà nghiên cứu gắn gene cảm quang vào một vector, thường là virus đã bất hoạt, đồng thời chọn đoạn điều hòa sao cho gene chỉ biểu hiện ở một loại tế bào xác định. Sau đó, họ đưa sợi quang vào vùng não cần khảo sát và bật đèn. Nơron mang protein cảm quang phát xung. Nơron không mang thì đứng ngoài.
Khả năng nhắm trúng một loại tế bào, trong một vùng, ở một thời điểm, là thứ mà các kỹ thuật cũ khó đạt cùng lúc. Điện cực kích thích kích hoạt cả những tế bào lân cận không liên quan. Thuốc tác động chậm, đi khắp cơ thể và khó hồi phục trong khoảng thời gian tính bằng mili giây. Ánh sáng với kênh được thiết kế cho phép làm cả ba việc một lúc: chính xác về vị trí, chính xác về loại tế bào và chính xác về thời gian.
Khuôn khổ này còn phát triển theo chiều ngược lại. Các nhóm nghiên cứu đã tìm hoặc tạo ra những protein hoạt động theo chiều ức chế, làm nơron im lặng khi gặp ánh sáng, và những biến thể nhạy với ánh sáng đỏ, thâm nhập mô sâu hơn ánh sáng xanh. Bộ công cụ nhờ vậy mở rộng từ “bật” sang “tắt” và từ vùng nông sang vùng sâu.
Bản đồ não và ba câu hỏi lớn
Theo mô tả trong thông cáo của Hội đồng Nobel, quang di truyền học cho phép nghiên cứu từng nơron riêng lẻ trong não đang hoạt động. Ba nhà khoa học đã tạo ra một công cụ để khảo sát cách các tế bào thần kinh giao tiếp với nhau. Công cụ này mở đường cho việc lập bản đồ mạch thần kinh và tìm hiểu cách những mạch ấy định hình ký ức, cảm xúc và hành vi.
Cách tiếp cận ấy khác về chất so với quan sát thụ động. Trước đây, các nhà thần kinh học chủ yếu ghi lại hoạt động điện và đối chiếu nó với hành vi, rồi suy ra tương quan. Với quang di truyền học, họ can thiệp vào đúng nhóm tế bào đáng ngờ và xem hành vi có thay đổi hay không. Từ tương quan chuyển sang quan hệ nhân quả: đó là bước tiến về phương pháp luận mà nhiều bình luận viên trong giới thần kinh học đánh giá cao nhất.
Hàng nghìn nghiên cứu trên chuột và các loài mô hình khác đã dùng cách này để lần theo mạch của ký ức, giấc ngủ, nỗi sợ, cơn nghiện hay hành vi xã hội. Những kết quả ấy chủ yếu còn nằm ở tầng cơ chế. Con đường từ mạch thần kinh của chuột đến liệu pháp điều trị cho người dài và không thẳng, một điểm mà báo chí hay lướt qua.
Người mù nhìn thấy đường viền
Mảng ứng dụng lâm sàng hiện đã có dấu mốc cụ thể. Tạp chí Apotheken Umschau của Đức nêu việc khám phá về tảo xanh đơn bào đã giúp một người mù phân biệt lại được các đường viền. Thử nghiệm được nhắc tới nhiều nhất trong giới chuyên môn là công trình của Sahel và cộng sự trên Nature Medicine năm 2021: bệnh nhân bị thoái hóa võng mạc nặng nhận gene protein cảm quang vào tế bào hạch võng mạc, đeo kính đặc biệt chuyển hình ảnh thành xung ánh sáng và phục hồi một phần khả năng nhận biết vật thể.
Kết quả ấy mang tính khai phá, song còn rất xa mức đưa thị giác trở về bình thường. Người bệnh chỉ thấy những vật tương phản mạnh, trong điều kiện được kiểm soát, sau một thời gian tập luyện. Thử nghiệm cũng mới trên số ít bệnh nhân. Vì vậy, nói quang di truyền học đã chữa mù là chưa đúng. Nói rằng nó mở ra một hướng điều trị mới, và hướng ấy đang được thử nghiệm, thì sát thực tế hơn.
Ba nhà khoa học, ba cơ sở
Hegemann hiện giảng dạy tại Đại học Humboldt Berlin. Nagel là giáo sư tại Đại học Würzburg. Deisseroth nghiên cứu tại Đại học Stanford, bang California, đồng thời là nhà nghiên cứu của Viện Y học Howard Hughes.
Hai nhóm Đức có nền tảng khác nhau (một thiên về hóa sinh, một thiên về lý sinh) nhưng hội tụ trên cùng một protein. Nhóm Mỹ đi từ phía tâm thần học và thần kinh học lâm sàng, mang một câu hỏi về bệnh học đến với phát hiện của hai đồng nghiệp Đức. Bài học về hợp tác liên ngành rút ra từ đây khá rõ, dù không ai có thể nói trước mối giao thoa nào sẽ sinh hoa kết trái.
Thông tin về giải thưởng
Mỗi giải Nobel năm nay trị giá 12 triệu kronor Thụy Điển (khoảng 1,06 triệu euro), được chia đều cho những người cùng nhận. Các công bố tiếp theo trong sáu hạng mục kéo dài đến ngày 12 tháng 10. Lễ trao giải diễn ra ngày 10/12: giải Hòa bình trao tại Oslo, các giải còn lại trao tại Stockholm.
Theo quy định, một giải Nobel không chia cho quá ba người. Mỗi lần công bố, quy định ấy đều kéo theo tranh luận về những tên tuổi không có mặt, và quang di truyền học không phải ngoại lệ. Giới chuyên môn từng nhắc đến Edward Boyden và Gero Miesenböck, những người cũng đóng góp quan trọng vào việc đưa điều khiển bằng ánh sáng vào sinh học tế bào. Hội đồng Nobel không bình luận về những ý kiến ấy, và lịch sử của giải cho thấy các tranh luận thuộc loại này hiếm khi đi đến kết luận.
