Trong lịch sử loài người, đã có nhiều sáng chế giúp cải thiện cuộc sống, tăng năng suất lao động. Rất nhiều sáng chế có ảnh hưởng lớn đến lịch sử phát triển của loài người như phương pháp tạo ra lửa, động cơ hơi nước và máy tính điện tử... Tuy nhiên, những câu chuyện sâu thẳm có cả máu và nước mắt đằng sau mỗi phát minh vĩ đại đó không phải ai cũng nắm rõ.
Nhà khoa học Kary Banks Mullis đã phát minh ra phương pháp xét nghiệm PCR (Polemerase Chain Reaction) đang được sử dụng rộng rãi trong việc phát hiện ra virus SARS-CoV-2, giúp cả thế giới chống lại đại dịch Covid-19. Phát minh này đã giúp một nhà khoa học được coi là lập dị như Kary Banks Mullis có được giải Nobel danh giá, đồng thời tạo ra một thế giới mới về khả năng chẩn đoán bệnh tật, khai quật quá khứ và hỗ trợ trong các vụ án hình sự...
Phát minh ra PCR khi đang lái xe
Khi nói về câu chuyện liên quan đến giải thưởng Nobel của mình, Tiến sĩ Mullis đã tiết lộ, bản thân ông đã tìm thấy nguồn cảm hứng phát minh ra phương pháp xét nghiệm PCR trong một đêm năm 1983. Khi đó, ông đang lái xe đến cabin của mình ở Mendocino, bang California. Ông đã nghĩ ra một cách để xác định chính xác một đoạn DNA cụ thể và tổng hợp một lượng khổng lồ các bản sao của đoạn DNA đó.
“Kỹ thuật đơn giản sẽ tạo ra bao nhiêu bản sao tôi muốn đối với bất kỳ chuỗi DNA nào tôi chọn và mọi người trên Trái đất quan tâm đến DNA sẽ muốn sử dụng nó,” Mullis kể lại trong cuốn hồi ký năm 1998 có tựa đề đầy màu sắc là “Dancing Naked in the Mind Field” (tạm dịch: Khiêu vũ khỏa thân trong lĩnh vực tâm trí): “Nó sẽ lan rộng vào mọi phòng thí nghiệm sinh học trên thế giới. Tôi sẽ nổi tiếng. Tôi sẽ nhận được giải Nobel”, đó là những điều Mullis đã nói với chính bản thân mình khi ý tưởng về PCR xuất hiện trong tâm trí ông.
| |
Khi đó, Mullis đang làm việc trong phòng thí nghiệm tổng hợp DNA của Công ty sinh học Cetus. Một trong những dự án chính tại Cetus là nhiệm vụ tạo ra một xét nghiệm DNA chẩn đoán chung cho bệnh tật. Các nhà khoa học Cetus đã phát triển một phương pháp để cô lập các đoạn DNA nhỏ và kiểm tra chúng để tìm các đột biến có liên quan. Vấn đề là các đoạn DNA cần thiết có số lượng rất nhỏ, và các mẫu lại lộn xộn với các đoạn DNA khác, dẫn đến kết quả xét nghiệm yếu và không rõ ràng.
Mullis không thuộc nhóm chẩn đoán DNA, tuy nhiên, thách thức đó của các đồng nghiệp cũng thôi thúc sự tò mò của ông. Tiến sĩ Mullis biết rằng các oligonucleotide (là các phân tử DNA hoặc RNA ngắn, oligome, có nhiều ứng dụng trong xét nghiệm di truyền, nghiên cứu và pháp y) liên kết dễ dàng với DNA. Vấn đề là làm thế nào để phân lập DNA mà các nhà khoa học có thể muốn phân tích. Tiến sĩ Mullis, đang cân nhắc cách kiểm soát các oligonucleotide, đột nhiên nhận ra rằng chúng hoàn toàn không cần phải kiểm soát. Sự liên kết sẽ có một tác dụng phụ hữu ích: Nó sẽ tăng gấp đôi số lượng DNA mà các nhà khoa học quan tâm. Quá trình này sau đó có thể được lặp đi lặp lại nhiều lần, mở rộng mẫu DNA theo cấp số nhân.
Tuy nhiên, từ ý tưởng đến hiện thực là cả một thách thức. Ông đặt tên cho phương pháp của mình là phản ứng chuỗi polymerase và háo hức trình bày nó với các nhà khoa học khác tại Cetus. Ngược lại với mong muốn của Mullis, những người đồng nghiệp của ông không lấy gì làm ấn tượng. Tom White nói về phản ứng của các đồng nghiệp khi biết đến ý tưởng về PCR của ông: “Anh ấy thực sự không biết gì nhiều về sinh học phân tử. Vì vậy khi anh ấy cố gắng nói với tất cả các nhà sinh học phân tử rằng đây là một ý kiến hay, hầu hết họ đều rất nghi ngờ. Các nhà khoa học luôn hoài nghi”.
Quãng thời gian sau đó, Mullis xảy ra nhiều xung đột với các đồng nghiệp tại công ty. Không một ai đứng về phía Mullis trừ Tom White, nhiều người thậm chí còn gây áp lực để Tom White sa thải Mullis. Tuy nhiên, thay vì làm điều đó, Tom White đã đưa Mullis ra khỏi vị trí trưởng phòng thí nghiệm tổng hợp DNA và yêu cầu anh ta làm việc toàn thời gian để chứng minh ý tưởng của mình. Cùng với đó, Tom White cũng chỉ định một nhóm riêng biệt gồm các nhà thực nghiệm hàng đầu nghiên cứu phương pháp của Mullis.
Trong vài tháng tiếp theo, trong khi Mullis tiếp tục đưa ra kết quả không rõ ràng, nhóm thứ hai do Henry Erlich và Norman Arnheim dẫn đầu đã trúng số độc đắc. Điều đó đã chứng minh Mullis đã đúng từ trước đến nay. PCR đã hoạt động.
Kỹ thuật này là một bước ngoặt khoa học. Chỉ trong vòng vài năm, việc sử dụng PCR đã bùng nổ, thúc đẩy sự mở rộng của ngành công nghệ sinh học. Giáo sư sinh học phân tử và tế bào của Berkeley, David Bilder, nói, “PCR đã cách mạng hóa mọi thứ. Nó thực sự có sức mạnh siêu việt về sinh học phân tử - sau đó đã biến đổi các lĩnh vực khác, thậm chí cả những lĩnh vực xa xôi như sinh thái và tiến hóa... Không thể phóng đại tác động của PCR. Khả năng tạo ra nhiều DNA của một trình tự cụ thể như bạn muốn, bắt đầu từ một vài chất hóa học đơn giản và một số thay đổi nhiệt độ - điều đó thật kỳ diệu”.
Năm 1986, Mullis nghỉ việc tại Cetus. Trước khi rời đi, ban quản lý đã thưởng cho anh 10.000 USD cho ý tưởng của anh, nhưng quyền đối với PCR thuộc về công ty sinh học Cetus. Nhiều năm sau, Cetus bán những quyền PCR với giá 300 triệu USD. Điều này đã khiến Mullis mang trong mình một mối hận thù vĩnh viễn. Anh cảm thấy mình đã bị lừa dối, ông cho rằng White, Erlich, Randall Saiki, và những người khác đã được hưởng thụ thành quả từ những gì đáng lẽ chỉ thuộc về ông.
Những ý tưởng gây tranh cãi
Kary Banks Mullis sinh ngày 28/12/1944 tại Lenoir (Bắc Carolina, Hoa Kỳ). Ông là con trai thứ hai trong gia đình. Cha ông là một nhân viên bán đồ nội thất. Gia đình chuyển đến đặc khu Columbia (Mỹ) khi Mullis lên 5 tuổi. Ông bắt đầu tham gia khoa học ở đó vào một mùa hè khi 13 tuổi, anh thiết kế và chế tạo tên lửa của riêng mình, lấy cảm hứng từ việc phóng vệ tinh Sputnik của Liên Xô.
Tiến sĩ Mullis theo học trường Trung học Dreher ở Columbia và Học viện Công nghệ Georgia ở Atlanta, tốt nghiệp năm 1966 với bằng hóa học. Sau đó, ông đến bang California và học đại học tại đây. Những năm tháng là sinh viên đại học, Mullis khét tiếng ở thành phố Berkeley vì cách tiếp cận khoa học bất cần và kỹ năng tổng hợp ma túy gây ảo giác của mình. Ở tuổi 22, ông đã gửi một bài báo cho tạp chí danh tiếng Nature.
“Tôi đã đọc rất nhiều về vật lý thiên văn và đã uống một số loại thuốc thần kinh, giúp nâng cao hiểu biết của tôi về vũ trụ,” Mullis nhớ lại trong cuốn hồi ký của mình. Bài báo có tựa đề “Ý nghĩa vũ trụ của việc đảo ngược thời gian”. Thật đáng kinh ngạc, Nature đã xuất bản nó. Điều này là không tồi đối với một sinh viên tốt nghiệp ngành sinh học. Vượt qua mọi tranh cãi, ông vẫn lấy bằng Tiến sĩ về Hóa sinh của Đại học California năm 1972.
Tiến sĩ Mullis có nhiều suy nghĩ, quan điểm trái ngược với phần đông các nhà khoa học và cả con người ở thời điểm hiện tại. Ông nghi ngờ khoa học về khí hậu và bày tỏ nghi ngờ rằng HIV không gây ra bệnh AIDS. Mặc dù vợ của ông đã nói rằng ông đã bị hiểu nhầm: “Anh ấy nghĩ rằng còn quá sớm để quy trách nhiệm cho một loại virus nhỏ bé”.
Kary Banks Mullis đã qua đời ngày 7/8/2019 vì bệnh viêm phổi ở tuổi 74. Ông ra đi trước khi đại dịch Covid-19 bùng phát. Ông đã không có cơ hội chứng kiến được những đóng góp to lớn từ phát minh của mình đối với nhân loại ở thời điểm hiện tại.