“Thư Viện Sách” DNA – Hành Trình Khám Phá Cấu Trúc Chuỗi Xoắn Kép

Đây là tự truyện của James Watson – người đồng khám phá ra cấu trúc xoắn kép của DNA

Nếu bạn tò mò về khám phá được coi là vĩ đại nhất thế kỷ 20 được phát hiện như thế nào, nếu bạn tò mò về trung tâm học thuật của thế giới những năm 1940-50, một trong những nơi giành nhiều giải Nobel Sinh Y học nhất, đây chắc chắn là cuốn sách dành cho bạn.

“Được xuất bản vào năm 2012 để đánh dấu 50 năm kể từ khi giải Nobel được trao cho Watson và Crick về công trình khám phá cấu trúc DNA, một ấn bản với chú thích và minh họa của cuốn sách kinh điển này mang đến những hiểu biết mới về mối quan hệ cá nhân giữa James Watson, Frances Crick, Maurice Wilkins, Rosalind Franklin. Những câu chuyện liên quan được người trong cuộc thuật lại đầy chi tiết, giúp khắc họa chân dung các nhà khoa học cũng như đời sống, suy tư hay cảm xúc của họ trong quá trình làm việc nghiên cứu.

Cấu trúc của DNA là một cuộc đua ngầm bắt đầu từ thời điểm Oswald Avery và cộng sự ở Đại Học Rockefeller, New York, làm thí nghiệm chứng minh DNA mang thông tin di truyền (trước đó người ta tin là protein mới là chất quyết định di truyền). Cuộc đua tìm kiếm ‘mật mã của sự sống’ còn ảnh hưởng cả đến thế giới khoa học nói chung, nhất là từ thời nhà vật lý vĩ đại người Áo Erwin Schrödinger. Có ít nhất 3 nhóm lúc đó dồn tâm sức vào cuộc đua này.

Nhóm thứ nhất ở King’s College (London) với điểm tựa chính là kỹ thuật X-ray crystallography, tuy nhiên không phải ai cũng có khả năng làm ra những bức ảnh X-ray chất lượng và ngay cả khi có những hình ảnh tuyệt đẹp (như của Rosalind Franklin và Maurice Wilkins) thì không phải ai cũng giải thích và mô hình hoá được nó.

Nhóm thứ hai là Linus Pauling ở Caltech là người đầu tiên nhận ra cấu trúc xoắn (helical) ở protein (giải Nobel hoá học năm 1958), và có lẽ ông đã phát hiện ra cấu trúc này ở DNA nếu ông không lỡ chuyến tàu qua Anh, lỡ luôn dịp chứng kiến bức ảnh X-ray của Wilkins và Franklin. Pauling công bố cấu trúc của DNA 2 tháng trước Watson và Crick, nhưng cấu trúc đó là sai (ông cho rằng nó là triple helix).

Nhóm cuối cùng và là những người chiến thắng là nhà khoa học thiên tài người Anh Francis Crick (người được coi là cha đẻ của ngành sinh học phân tử hiện đại) và một trong những người có ảnh hưởng nhưng cũng đầy mâu thuẫn, tác giả cuốn sách, nhà khoa học người Mỹ James Watson. Một trong những điểm đáng chú ý là Watson và Crick không hề có dự án về cấu trúc DNA, họ đơn giản là tò mò và quyết tâm theo đuổi nó bằng mọi giá. Erwin Chargaff là người phát hiện ra tỷ lệ của các nucleic acid trong DNA luôn cân bằng giữa Adenine và Thymine, Guanine và Cytosine. Sau khi chứng kiến seminar về phát hiện này vào năm 1952, Watson và Crick nghĩ ngay đến mô hình pairing trong cấu trúc DNA (A-T, G-C), một trong những điểm chính thúc đẩy họ xây dựng cấu trúc xoắn kép. Bức ảnh X-ray của Franklin là bức ảnh đơn giản nhưng có chất lượng nhất về cấu trúc tinh thể của DNA, nó chỉ ra rõ ràng cấu trúc xoắn (helical) ở DNA. Vì nhiều lý do mà Franklin và Wilkins đã không mô hình hóa được DNA dù họ là những người đầu tiên nhìn thấy bức ảnh X-ray này. Như vậy, Watson và Crick đã có hai bằng chứng quan trọng về cấu trúc DNA, đó là cơ chế ghép cặp (pairing) giữa A-T và C-G và cấu trúc xoắn của hai trục tinh thể. Tuy nhiên, họ chỉ hoàn chỉnh nó sau khi Jerry Donohue chỉ cho họ hydrogen chính là cầu nối A-T và C-G.

Cấu trúc xoắn kép của DNA được khám phá chính thức vào năm 1953, công trình thắng giải Nobel chín năm sau đó (1962) và ảnh hưởng của nó là vô tận. Ví dụ như nó chỉ ra cơ chế sao chép của tế bào của Watson và Crick dự đoán (và được chứng minh hoàn toàn sau đó), giải thích sự sống, tạo ra ngành sinh học phân tử và công nghệ sinh học như hiện nay.”

Theo TS Đinh Quang Huy

Tác giả James Dewey Watson (1928)

– Là nhà sinh vật học phân tử Mỹ. Vào năm 25 tuổi, ông đã nổi tiếng với công trình khám phá ra cấu trúc DNA. Watson, Francis Crick và Maurice Wilkins đã được trao giải Nobel Sinh lý và Y khoa năm 1962 cho “sự khám phá của họ liên quan đến cấu trúc phân tử của nucleic acids và tầm quan trọng của nó cho việc trao chuyển thông tin trong vật chất sống”.

– 1956-1976: Watson trở thành thành viên giảng dạy tại các phòng thí nghiệm của Đại học Harvard.

– 1968: ông làm giám đốc phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor tại Long Island, New York và chuyển trọng tâm nghiên cứu của trung tâm này sang nghiên cứu ung thư.

– 1994: ông đã giữ chức chủ tịch của trung tâm này 10 năm và sau đó trở thành hiệu trưởng của nó cho đến năm 2007.

– 1988-2002: Watson làm việc với Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ, đóng góp cho việc xây dựng đề án liên quan đến di truyền của con người.

– Ông cũng đã viết rất nhiều sách khoa học, trong đó có The Molecular Biology of the Gene (1965),The Double Helix (1968).

ĐÁNH GIÁ/NHẬN XÉT CHUYÊN GIA

“Cuốn sách mô tả các sự kiện dẫn đến một trong những khám phá sinh học vĩ đại của thời đại chúng ta.” – Robert K. Merton

“Một thành công to lớn… một tác phẩm kinh điển.” – Peter B. Medewar

“Không ai có thể bỏ lỡ sự phấn khích trong câu chuyện về khám phá vĩ đại và đẹp đẽ này… Cuốn sách truyền tải tinh thần khoa học… ý nghĩa về tương lai, tinh thần cao, sự cạnh tranh và dự đoán đúng sai, sự bao trùm của trí tưởng tượng và thử nghiệm thực tế.” – Jacob Bronowski

“Lịch sử về một nỗ lực khoa học, một câu chuyện trinh thám thực sự khiến người đọc nghẹt thở từ đầu đến cuối.” – Andre Lwoff

“Ông đã mô tả một cách đáng ngưỡng mộ cảm giác đáng sợ và đẹp đẽ khi tiến hành một khám phá khoa học.” – Richard Feynman

TRÍCH ĐOẠN ĐỌC THỬ

Tôi chưa từng thấy Francis Crick thể hiện vẻ khiêm nhường. Có thể anh ấy điềm đạm với ai khác, nhưng tôi chẳng có lý do nào để phán xét cả. Chuyện đó không liên quan đến sự nổi tiếng của anh lúc ấy. Anh đã được nhắc đến nhiều, thường là với một sự kính trọng, rằngcó thể một ngày nào đó anh sẽ được xếp vào hàng ngũ với Rutherford hay Bohr. Nhưng sự tình vẫn chưa phải như vậy vào khoảng mùa thu năm 1951 khi tôi đến làm việc ở Phòng thí nghiệm Cavendish thuộc Đại học Cambridge, cùng một nhóm nhỏ các nhà vật lý học và hóa học nghiên cứu về cấu trúc không gian ba chiều của protein. Vào thời điểm đó, anh đã 35 tuổi vàhầu như chưa có tiếng tăm gì. Mặc dù một vài đồng nghiệp thân thiết đã nhận ra tư duy nhanh nhẹn và sắc sảo của anh nên thường tìm đến anh để hỏi ý kiến, nhưng họ lại thường không trân trọng đúng mức mà còn cho rằng anh hay nói luyên thuyên. 

Chủ nhiệm đơn vị nghiên cứu của Francis lúc ấy là ông Max Perutz, một nhà hóa học gốc Áo đã đến Anh vào năm 1936. Vào thời điểm đó ông đã thu thập nhiều dữ liệu nhiễu xạ qua tia X từ các tinh thể hemoglobin được hơn 10 năm và chỉ mới bắt đầu tìm thấy vài kết quả. Người giúp đỡ ông là Ngài Lawrence Bragg, giám đốc phòng thí nghiệm Cavendish. Suốt gần bốn mươi năm, ông Bragg, một người đoạt giải Nobel và là một trong những người đặt nền móng cho ngành tinh thể học, đã luôn dõi theo nhiễu xạ tia X như một phương pháp giúp xác định cấu trúc ngày càng phức tạp hơn của các phân tử.* Khi cấu trúc phân tử càng phức tạp được tìm ra nhờ phương pháp mới thì ông lại càng phấn khởi. Vì thế mà trong những năm ngay sau chiến tranh ông đặc biệt say mê với việc giải cấu trúc protein, vốn là loại phân tử phức tạp nhất. Bình thường, khi xong việc hành chính, ông Bragg hay ghé qua văn phòng của Perutz để thảo luận về những dữ liệu tia X vừa thu được. Sau đó ông tiếp tục tìm cách lí giải chúng sau khi về nhà.

Crick là điểm giao thoa giữa – nhà lý thuyết Bragg và – nhà thực nghiệm Perutz; anh thi thoảng cũng làm thí nghiệm nhưng thường say sưa với lý thuyết giải mã cấu trúc protein hơn. Mỗi khi tìm ra điều mới mẻ, anh thường sẽ trở nên cực kì phấn khích và lập tức kể cho bất kì ai chịu nghe về những điều này. Mộthai ngày sau đó anh thường nhận thấy lý thuyết của mình chưa ổn và thế là quay sang thí nghiệm cho đến khi chán thì phát kiến mới cho lý thuyết lại nảy sinh.

Có nhiều tình huống bi hài liên quan đến những chuyện này. Mà cũng nhờ vậy nên không khí phòng thí nghiệm, nơi mà những quy trình thường kéo dài từ vài tháng cho đến vài năm, trở nên sôi động hơn. Điều này một phần do âm lượng giọng nói của Crick: anh nói lớn và nhanh hơn bất kì ai và khi anh phá lên cười thì ai cũng biết anh đang ở đâu trongviện Cavendish. Gần như ai cũng thích thú với những khoảnh khắc rộn ràng này, đặc biệt là khi chúng tôi có thời gian chăm chú lắng nghe và ngắt lời ngay khi không còn theo kịp chuỗi suy luận của anh nữa. Nhưng có một ngoại lệ đáng nhắc tới. Những cuộc chuyện trò với Crick thường lại làm Ngài Lawrence Bragg khó chịu, và giọng nói của anh thôi cũng đủ để làm Bragg phải tìm một nơi khác, yên tĩnh hơn. Chỉ thỉnh thoảng ông mới tới uống trà ở Cavendish, vì điều đó có nghĩa là ông phải chịu đựng việc cả phòng trà như vỡ bung do giọng nói của Crick. Nhưng ngay cả khi đã làm vậy, Bragg vẫn chưa hoàn toàn được yên thân. Đã hai lần hành lang bên ngoài văn phòng của ông bị ngập khi nước túa ra từ phòng thí nghiệm mà Crick đang làm việc. Francis, vì mải say sưa với lí thuyết, đã lơ là việc siết chặt ống cao su quanh cái máy bơm hút của mình.

Vào thời điểm tôi mới đến, các lí thuyết của Francis đã vượt xa những giới hạn của lĩnh vực tinh thể học protein. Bất cứ điều gì quan trọng cũng lôi cuốn anh, và anh thường đi đến nhiều phòng khác nhau để xem những thí nghiệm mới nào vừa được thực hiện. Mặc dù thường rất nhã nhặn và ân cần đối với các đồng nghiệp khi họ không hiểu rõ ý nghĩa thật sự của những thí nghiệm mới, nhưnganh cũng không bao giờ ngần ngại nói thẳng với họ điều đó. Gần như ngay lập tức, anh sẽ đề xuất một loạt những thí nghiệm mới để chứng minh cho lập luận của mình. Ngoài ra, anh cũng không ngừng thao thao bất tuyệt với những ai chịu lắng nghe rằng các ý tưởng sáng suốt mới của mình có thể sẽ thúc đẩy khoa học phát triển như thế nào.

Từ những lí do đó, người ta thực sự sợ Crick dù không nói ra, đặc biệt là những người cùng thời với anh cũng đang tìm danh tiếng. Cái cách anh nhanh chóng nắm bắt dữ liệu và giản lược chúng thành những mô hình chặt chẽ thường làm cho họchột dạ. Họ sợ rằng, trong tương lai sớm thôi, anh ấy sẽ thành công, và sẽ chỉ ra cho cả thế giới thấy những cái đầu mờ nhạt, vốn được che dấu sau những lối hùng biện kiểu cách của Đại học Cambridge.

Mặc dù Crick được hưởng quyền có một bữa ăn mỗi tuần tại trường Caius (một trường thành viên danh giá của Đại Học Cambridge – ND), anh vẫn chưa vào biên chế của bất kì trường nào. Một phần là do chủ ý của anh. Anh rõ ràng không muốn chịu gánh nặng không đáng có từ việc giảng dạy sinh viên đại học. Phần khác cũng vì tiếng cười của Crick, không chừng nó sẽ làm mấy học giả đáng kính nổi khùng nếu phải nghe thấy quá một lần mỗi tuần. Tôi chắc rằng việc không vào biên chế đôi khi cũng làm Francis buồn phiền, dù cho bản thân anh cũng thấy rõ rằng cuộc sống của giới khoa bảng vốn bị chi phối bởi các vị trung niên quá mô phạm nhưng thực chất lại không có khả năng đem lại cho anh niềm yêu thích khoa học hay chỉ dạy cho anh bất cứ điều gì đáng giá. Duy chỉ có trường King, một ngôi trường giàu mạnh và phóng khoáng mới tiếp nhận anh mà không làm mất đi tính cách của cả đôi bên. Những ai thân thiết đều biết anh là một người bạn vui vẻ khi cùng nhau dùng bữa tối. Nhưng dù có cố gắng thế nào, họ không thể che giấu được sự thật là nếu vô tình đưa ra một bình luận sai về rượu sherry (rượu Tây Ban Nha) thì hẳn sẽ bị Francis mắng cho một trận.