Từ một quả trứng thụ tinh nhỏ bé, con người hay vạn vật đều trải qua hành trình phát triển kỳ diệu để hình thành nên hàng nghìn loại tế bào phức tạp. Toàn bộ quá trình ấy bấy lâu nay vẫn diễn ra trong một màn sương bí ẩn, khi giới khoa học chỉ có thể quan sát được những khoảnh khắc rời rạc thay vì một bức tranh toàn cảnh.
Tuy nhiên, bước ngoặt mới đã xuất hiện khi 2 nhóm nghiên cứu hàng đầu tại Mỹ vừa công bố các công trình đột phá, ghi lại lịch sử sống động của hàng triệu tế bào phôi chuột ngay trong chuỗi DNA của chúng.
Công trình tiên phong, do giáo sư Jay Shendure từ Đại học Washington (Mỹ) dẫn đầu, được công bố trên tạp chí Science. Trong khi đó, nghiên cứu song hành thuộc về giáo sư Jonathan Weissman tại Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) (Mỹ), phối hợp cùng các viện nghiên cứu uy tín khác như Đại học Yale (Mỹ) cùng Viện Max Planck, được đăng trên tạp chí Cell.
2 nhóm nghiên cứu từ Mỹ vừa mở ra hướng đi đột phá trong phòng chống ung thư qua việc giải mã hàng triệu tế bào phôi chuột. Ảnh minh họa: iStock
Dù đi theo những con đường độc lập, cả hai nhóm chuyên gia đều gặp nhau ở một ý tưởng táo bạo là biến mỗi tế bào thành một "cuốn nhật ký" tự ghi lại lịch sử phân chia của chính mình. Chỉ cần đọc lại cuốn nhật ký trên bằng cách giải trình tự DNA, các nhà nghiên cứu có thể tái dựng trọn vẹn tiến trình phát sinh giữa các thế hệ tế bào.
“Nó gần giống như khảo cổ học vậy. Chúng tôi thấy những dấu vết còn lại khi thu thập ở cuối thí nghiệm, nhưng từ những điểm chung đó, chúng tôi nhận được rất nhiều tín hiệu về những gì đã xảy ra trong cái gọi là quá khứ”, Giáo sư Shendure ví von.
Trong khi đó, hệ thống mang tên PEtracer của nhóm giáo sư Weissman lại hoạt động tương tự chiếc hộp đen trên máy bay, trong đó ghi lại toàn bộ hành trình chuyển hóa.
Sự khác biệt thú vị giữa 2 công trình nằm ở phạm vi tiếp cận. Nhóm của Giáo sư Shendure đã theo dõi sát sao 1 phôi chuột từ khoảnh khắc phân chia đầu tiên kéo dài suốt 2/3 thai kỳ, qua đó truy ngược thành công hơn 1 triệu tế bào về với tổ tiên chung ban đầu.
Trong khi đó, nhóm của Giáo sư Weissman lại chọn cách thu hẹp khoảng thời gian quan sát nhưng tăng cường độ sâu khi phân tích từ nhiều phôi khác nhau ở các mốc sát nhau, kết hợp cùng thông tin về hoạt động gen và vị trí không gian để tái hiện một "bức tranh 3 chiều" đầy chân thực.
Giáo sư Jonathan Weissman. Ảnh: Whitehead Institute.
Những phát hiện từ bản đồ gia phả tế bào này mang lại ý nghĩa sâu sắc đối với y học hiện đại. Các nhà nghiên cứu tin rằng, nhiều dị tật bẩm sinh hay sự hình thành của khối u ác tính đều bắt nguồn từ những thời điểm tế bào đi chệch hướng trong quá trình kiến tạo cơ thể.
Có trong tay tấm bản đồ chi tiết về sự phát triển bình thường, y học sẽ có thêm cơ sở để giải mã căn nguyên của các bệnh lý phức tạp như ung thư hay Alzheimer. Thay vì chỉ đối phó khi bệnh đã bùng phát, các bác sĩ và nhà nghiên cứu trong tương lai có thể tìm về tận gốc rễ để chặn đứng sai lệch từ trứng nước.
“Sự phát triển phôi và ung thư đều phụ thuộc vào những quyết định của tế bào về việc chúng sẽ trở thành gì. Bằng cách lần theo quá trình phát triển ở phôi chuột, chúng tôi hy vọng hiểu rõ hơn cách tế bào ung thư thay đổi để di căn hoặc kháng thuốc”, Tiến sĩ Luke Koblan, đồng tác giả nghiên cứu của MIT, cho biết.
Dù mở ra những chân trời mới đầy triển vọng, các tác giả vẫn giữ sự thận trọng cần thiết trước chặng đường dài phía trước. Dữ liệu hiện tại chủ yếu được khai thác từ một số lượng mẫu hạn chế, đồng thời công nghệ ghi nhận vẫn cần thêm thời gian để hoàn thiện cho đến khi phôi trưởng thành hoàn toàn.
Tuy nhiên, việc cả hai nhóm nghiên cứu đều cởi mở trong việc chia sẻ dữ liệu cho cộng đồng quốc tế thông qua các công cụ trực tuyến là minh chứng cho nỗ lực chung của toàn ngành. “Con người đã nghiên cứu cách phôi phát triển hàng trăm năm nay. Những bài báo này đưa chúng ta đến thời điểm sẵn sàng tìm hiểu về các nguyên lý chung của sự phát triển ở động vật”, James Gagnon, Giáo sư ngành Sinh học phát triển từ Đại học Utah (Mỹ), đánh giá.
Giống như Dự án Hệ gen người thuở ban đầu, bước tiến này đang đặt những viên gạch nền móng đầu tiên cho một kỷ nguyên mới, nơi y học có thể đọc hiểu và can thiệp vào bản hòa âm của sự sống ngay từ tầng sâu nhất.