Hành trình giải mã bí ẩn não bộ từ loài tảo ưa sáng đoạt Nobel

Việc tìm hiểu cách não bộ hình thành ký ức, cảm xúc và điều khiển hành vi từ lâu là một trong những câu hỏi lớn của khoa học. Giải Nobel Y học năm 2026 đã được trao cho ba nhà nghiên cứu Karl Deisseroth, Peter Hegemann và Georg Nagel vì những khám phá đặt nền móng cho phương pháp quang di truyền học (optogenetics), mở ra cách tiếp cận mới trong nghiên cứu hoạt động của các tế bào thần kinh.

Ngày 5/10, Hội đồng Nobel tại Viện Karolinska đã trao chung giải thưởng cho ba nhà khoa học "vì những khám phá liên quan đến các kênh ion được điều khiển bằng ánh sáng và phương pháp quang di truyền học". Điều đáng chú ý là hành trình này bắt đầu từ một loài tảo đơn bào.

Từ loài tảo tìm ánh sáng

Câu chuyện bắt đầu từ sự tò mò của nhà khoa học Peter Hegemann về cách loài tảo đơn bào Chlamydomonas có thể bơi về phía nguồn sáng.

Trong quá trình nghiên cứu, Hegemann cùng Georg Nagel phát hiện một loại protein đặc biệt có tên channelrhodopsin. Protein này nằm trên bề mặt tế bào và có khả năng phản ứng với ánh sáng. Khi được chiếu ánh sáng xanh, một kênh trên protein mở ra, cho phép các ion mang điện tích đi vào tế bào, tạo ra xung điện.

Đặc tính này khiến channelrhodopsin trở thành một công cụ đầy tiềm năng. Các nhà khoa học nhận thấy nếu đưa gene mã hóa protein này vào một loại tế bào khác, tế bào đó cũng có thể trở nên nhạy cảm với ánh sáng.

Phát hiện tưởng như bắt nguồn từ việc tìm hiểu khả năng định hướng ánh sáng của một loài tảo sau đó đã trở thành nền tảng cho một phương pháp nghiên cứu não bộ.

Biến ánh sáng thành "công tắc" của tế bào thần kinh

Karl Deisseroth đã tiếp tục phát triển phát hiện trên theo hướng ứng dụng vào hệ thần kinh. Ông đưa gene mã hóa channelrhodopsin vào các tế bào thần kinh của chuột.

Khi chiếu ánh sáng xanh vào những tế bào này, Deisseroth có thể kích hoạt tín hiệu thần kinh. Năm 2005, ông công bố kết quả bước ngoặt này. Hai năm sau, ông tiếp tục chứng minh khả năng sử dụng ánh sáng để điều khiển hoạt động của các tế bào thần kinh ngay trong não của chuột sống.

Từ đây, phương pháp điều khiển tế bào thần kinh bằng ánh sáng được gọi là quang di truyền học.

Về cơ bản, kỹ thuật này cho phép các nhà nghiên cứu sử dụng ánh sáng như một "công tắc" để kích hoạt hoặc ức chế những tế bào thần kinh được lựa chọn. Điều quan trọng là họ có thể tác động đến những nhóm tế bào cụ thể trong một mạch thần kinh, thay vì chỉ quan sát hoạt động của toàn bộ vùng não.

Đây là bước tiến quan trọng bởi các phương pháp nghiên cứu trước đó chủ yếu giúp xác định mối liên hệ giữa một vùng não với một chức năng nhất định, nhưng khó chứng minh chính xác tế bào nào đóng vai trò quyết định.

Nhờ quang di truyền học, các nhà khoa học có thêm công cụ để nghiên cứu mối liên hệ giữa hoạt động của các tế bào thần kinh với ký ức, cảm xúc và hành vi trong não bộ đang hoạt động.

Kỹ thuật này đã được sử dụng trong nhiều nghiên cứu về các mạch thần kinh liên quan đến những chức năng và rối loạn thần kinh, tâm thần. Thay vì chỉ xây dựng một "bản đồ" về vị trí của các chức năng trong não, các nhà nghiên cứu có thể can thiệp có chọn lọc vào hoạt động của những tế bào hoặc mạch thần kinh cụ thể để tìm hiểu vai trò của chúng.

Theo Per Svenningsson, Chủ tịch Ủy ban Nobel về Y học, quang di truyền học mang lại cơ hội lập bản đồ não bộ theo cách mà trước đây các nhà khoa học khó có thể thực hiện.

Phương pháp này cũng đang được nghiên cứu cho các ứng dụng y học. Một trong những hướng được quan tâm là sử dụng quang di truyền học để hỗ trợ khôi phục thị lực ở những người bị khiếm thị.

Từ câu hỏi về cách một loài tảo đơn bào tìm đến nguồn sáng, các nhà khoa học đã phát hiện một cơ chế cho phép biến ánh sáng thành tín hiệu điều khiển tế bào. Phát hiện đó, qua nhiều bước nghiên cứu tiếp theo, đã trở thành nền tảng của quang di truyền học - công cụ giúp giới khoa học tiến gần hơn tới việc tìm hiểu cách các tế bào thần kinh tạo nên ký ức, cảm xúc và hành vi.