Trong quá trình giải trình tự, một phần bí mật của hệ gen người cũng được giải mã, nhưng về cơ bản, giải mã là một quá trình khác phức tạp hơn nhiều. Muốn vén bức màn đồ sộ này để hiểu rõ về hoạt động của các gen, cần phải “chạm” được đến cấu trúc của protein, những đại phân tử chức năng do gen mã hóa.
Bởi vậy, nghiên cứu cấu trúc protein chính là hướng mà các nhà khoa học Việt Nam đang mong muốn thúc đẩy trong thời gian tới.
GS.TS Nông Văn Hải, nguyên Viện trưởng Viện Nghiên cứu hệ gen (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam), chủ nhiệm đề tài giải trình tự hệ gen người Việt Nam đầu tiên, ví hệ gen người như một “con voi khổng lồ”, đồng thời so sánh “con voi Proteomics [hệ protein] còn khổng lồ hơn”. Hệ gen người gồm khoảng 21 nghìn gen, còn hệ protein có trên100 nghìn protein, đảm nhận các chức năng quan trọng nhất và phức tạp nhất của tế bào như xúc tác, bảo vệ hay vận chuyển…
GS Nông Văn Hải cũng nhận định, “lĩnh vực nghiên cứu cấu trúc protein thật sự cần những con người có trình độ cao,” bởi nó phức tạp hơn giải trình tự gen nhiều lần. Trong khi cấu trúc của gen chỉ có 4 thành phần nucleotide là A, G, T, C thì protein có đến 20 loại axit amin khác nhau, chưa kể những nhóm ngoại, tạo ra vô vàn cấu trúc đa dạng để có thể thực hiện đủ các loại chức năng của cơ thể sống; đã thế, các phân tử protein lại thường không bền vững, không dễ tinh sạch và kết tinh để có thể nghiên cứu cấu trúc.
GS.TS Phan Tuấn Nghĩa, nguyên Phó Hiệu trưởng Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội, Giám đốc Phòng thí nghiệm Trọng điểm công nghệ Enzym và Protein, cho biết: “Công việc nghiên cứu cấu trúc protein thách thức như vậy, nhưng đổi lại, chỉ có nghiên cứu cấu trúc mới cho phép hiểu đầy đủ về chức năng của chúng, làm cơ sở phát triển các ứng dụng như các kít phân tích, thuốc, mỹ phẩm, vaccine... hoặc xa hơn là cải tiến để các protein đáp ứng tốt hơn mong muốn của con người (tăng độ bền, tăng hoạt tính, hạn chế độc tính)…”
GS Nghĩa nhấn mạnh thêm: Nghiên cứu phát hiện ra cấu trúc một protein mới thường được đăng trên tạp chí khoa học đỉnh cao; thực tế các giải Nobel Y học và Hóa học năm 2018 hay Nobel Y học năm 2019 đều liên quan đến khám phá mới về protein, enzym (hay các protein xúc tác) và vai trò của chúng.
Ở Việt Nam, theo đánh giá của GS.TS Nông Văn Hải, nghiên cứu về protein “đang phải chấp nhận bị chững lại do thiếu cả kinh phí và con người”. Còn GS.TS Phan Tuấn Nghĩa cho biết: “thời gian qua, đầu tư của Nhà nước đã hỗ trợ được việc nghiên cứu cấu trúc protein nhưng mới hạn chế ở cấu trúc bậc 1.”
Nghiên cứu cấu trúc protein bậc 1, trong tất cả 4 bậc, cũng giống như nghiên cứu giải trình tự gen, có thể giúp dự đoán một phần nhưng chưa đủ để xác định được cấu trúc không gian chính xác của protein.
“Nhiều cán bộ của mình khi ra nước ngoài đã có cơ hội nghiên cứu sâu về cấu trúc protein. Còn hiện tại ở trong nước muốn nghiên cứu về cấu trúc protein thì phải hợp tác hay kết hợp với một phòng thí nghiệm nước ngoài, nhưng như vậy rất phụ thuộc: người ta có muốn kết hợp với mình không, bí mật của mình có giữ được không, chủ quyền của mình đối với nghiên cứu sẽ đến đâu. Ngoài ra, cả 2 bên cùng phải có trách nhiệm tìm nguồn kinh phí nghiên cứu bởi hợp tác không có nghĩa là sang phòng thí nghiệm của họ làm gì thì làm,” GS Phan Tuấn Nghĩa giải thích.
Những thiếu hụt về điều kiện nghiên cứu rõ ràng đang hạn chế các nhà khoa học đi sâu nghiên cứu những vấn đề hiện đại quan trọng về protein. Bản thân phòng thí nghiệm trọng điểm do GS Nghĩa phụ trách cũng phải kết hợp với Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) trong một số nghiên cứu về cấu trúc protein. “Nói là hợp tác nhưng mang tính nhờ vả là chính,” ông giãi bày. Bên cạnh đó, “kinh phí ít, nên chúng tôi chỉ khu trú nghiên cứu ở những vấn đề khả thi.”
Một hướng nghiên cứu xa xỉ?
Nếu chỉ nghiên cứu cấu trúc protein bậc 1 thì giống như xới ra một câu chuyện mà không đi đến cùng nhưng để nghiên cứu cấu trúc protein ở những bậc cao hơn - nhờ đó mới hiểu bản chất nhiều hoạt động chức năng của hệ gen người - lại cần những phòng thí nghiệm hiện đại, đồng bộ, trị giá nhiều triệu USD cùng những thứ đi kèm đắt tiền như các hóa chất đặc hiệu, các hệ thống mẫu chuẩn, các phòng thí nghiệm phối hợp các nghiên cứu từ in vitro đến in vivo, theo GS Nghĩa.
Như vậy liệu có xa vời hay không khi theo đuổi nghiên cứu cấu trúc protein một cách thực sự trong điều kiện của Việt Nam? GS Nghĩa cho rằng, muốn khẳng định có hay không thì phải biết chiến lược của chúng ta sẽ được hoạch định cụ thể ra sao và chiến lược đó có khả năng mang lại những giá trị gì. Ngày 21/4/2017, Thủ tướng Chính phủ ký QĐ 553/QĐ-TTg phê duyệt Kế hoạch phát triển Công nghiệp sinh học đến năm 2030, trong đó có mục tiêu tập trung đầu tư xây dựng các trung tâm công nghệ sinh học quốc gia, các phòng thí nghiệm trọng điểm tại ba miền Bắc, Trung, Nam đủ năng lực đáp ứng yêu cầu phát triển công nghiệp sinh học và kiểm định an toàn sinh học. Đó là những điều kiện thuận lợi cho phát triển các nghiên cứu hiện đại về công nghệ sinh học. Tuy nhiên, trong kế hoạch này, các nội dung nghiên cứu về protein mới nằm rải rác ở một số lĩnh vực nông nghiệp, y dược, công thương và theo hướng phát triển ứng dụng.
Sau một thời gian dài đầu tư cho một số phòng thí nghiệm trọng điểm và chương trình công nghệ sinh học, theo GS Nghĩa, giờ là lúc nên có một cuộc tổng kết đánh giá với sự tham gia của tương đối đông đảo các nhà khoa học có trình độ trong và ngoài nước để thảo luận và đề xuất những mô hình phù hợp, hiệu quả hơn.
Cá nhân GS Nghĩa cho rằng, để phát triển công nghệ sinh học hiện đại, Việt Nam nên đi theo mô hình như của một số nước tiên tiến, đầu tư trước hết cho con người và ý tưởng. “Cứ có đặt hàng và có cơ chế phù hợp, các nhà khoa học ứng viên, cả trong và ngoài nước, sẽ xuất hiện. Miễn sao xác định được chúng ta muốn phát triển những công nghệ enzym, protein hiện đại nào; khả năng đầu tư đến đâu; và bảo đảm việc tổ chức việc tuyển chọn hồ sơ gắt gao.”
Ông cũng nhấn mạnh, “phải để con người đi trước, máy móc thiết bị theo sau; không nên đầu tư máy móc thiết bị rồi mới đi tìm người, tìm ý tưởng, tìm kinh phí hoạt động, quy trình như vậy là dễ cọc cạch.”
Tại hội thảo Công bố một số kết quả nghiên cứu hệ gen người Việt Nam mới đây, các nhà khoa học nhất trí rằng, giải trình tự và giải mã hệ gen người là những lĩnh vực nghiên cứu vô cùng rộng lớn, liên quan đến sức khỏe của cả dân tộc và mỗi cá thể, bởi vậy không thể khu trú ở viện hay trường nào mà cần huy động trí tuệ của cả quốc gia. “Con voi hệ gen người rất khổng lồ, các nhà khoa học và nhóm nghiên cứu, cả của nhà nước và tư nhân, hãy cứ xem và phán,” GS Nông Văn Hải phát biểu. Việc đầu tư cho những lĩnh vực này cũng cần mang tính chiến lược, dài hạn và nhất là phải có sự song hành của cả Nhà nước và tư nhân, như cách các nước trên thế giới, dù lớn hay nhỏ, đang làm. Chỉ trông vào nguồn lực của Nhà nước thì rất hạn chế, các ý kiến tại hội thảo đều nhấn mạnh.
Được biết, trong 4 lĩnh vực công nghệ sinh học hiện nay, đầu tư của khối tư nhân còn ít và dường như đang nghiêng về công nghệ vi sinh và công nghệ tế bào - những lĩnh vực dễ phát triển các ứng dụng. Còn phát triển công nghệ gen và công nghệ protein theo hướng nghiên cứu cấu trúc, thì chỉ những tập đoàn có nguồn tài chính rất lớn, thực sự quan tâm đến R&D, quan tâm đến những vấn đề độc đáo, có khả năng phát triển ứng dụng khác biệt mới có thể đầu tư, GS Nghĩa nói.
Bỏ tiền vào những lĩnh vực nghiên cứu phức tạp và tốn kém như nghiên cứu cấu trúc protein có thể bị nhiều người coi là xa xỉ, viển vông. Nhưng những người làm nghiên cứu chuyên sâu như GS Nghĩa thì tin rằng, dù thế nào, cũng phải tiến tới sở hữu những công cụ đủ mạnh để đột phá trong nghiên cứu và xác định được chủ quyền cao trong các phát hiện mới. Một điều nữa ông trông đợi, đó là “đầu tư sẽ được dành cho những người không chỉ có khả năng đề xuất ý tưởng mà còn có đủ trình độ, thời gian và sức lực thực thi ý tưởng.”