'Mẹ đẻ' của công nghệ mRNA: 'Tôi không làm để thành người hùng'

TS Katalin Kariko (67 tuổi), Công ty Công nghệ sinh học BioNTech SE (Đức) là một trong số nhà khoa học được mời tham dự lễ trao giải VinFuture diễn ra từ 18 đến 21/1. Tại đây, chủ nhân của các giải thưởng danh giá với tổng giá trị lên tới 4,5 triệu USD sẽ lộ diện.

Bà đáp chuyến bay đến Việt Nam sáng 17/1, dành buổi chiều chia sẻ thông tin với báo chí. Trong suốt buổi, bà nói về con đường đến với nghiên cứu, những thách thức, cả về ý tưởng sáng tạo, cách giải bài toán cũng như tìm kiếm kinh phí cho dự án. Theo bà, được làm khoa học là "niềm yêu thích".

TS Kariko cho biết cả bà và đồng nghiệp luôn tập trung để tìm ra hướng mới của khoa học. Mục đích "làm khoa học là tìm và giải quyết những vấn đề thực tế của cuộc sống. Các bạn sẽ không biết được rằng, ngày mai thế giới sẽ đi tới đâu. Mình cứ tìm những vấn đề liên quan tới cuộc sống để giải quyết, bởi khoa học sẽ phát triển rất nhanh", bà nói.

Nói về suy nghĩ khi được gọi là "người hùng phát triển vaccine Covid-19", bà chia sẻ: "Tôi không nghĩ làm vaccine để trở thành người hùng". Theo bà, chính những người đang cố gắng chống lại Covid-19 ở mọi nơi mới là người hùng thực sự.

Dành cả đời theo đuổi công nghệ mRNA

Katalin Kariko là con gái của một người bán thịt và lớn lên ở Hungary. Bà mơ ước trở thành một nhà khoa học dù chưa từng gặp nhà khoa học nào. Ở độ tuổi 20, bà chuyển tới Mỹ nhưng không thể tìm được một công việc ổn định suốt hàng chục năm. Thay vào đó, bà theo đuổi sự nghiệp học thuật. Công trình của bà cùng cộng sự, tiến sĩ Drew Weissman ở Đại học Pennsylvania, đã đặt nền móng cho hai vaccine thành công do Pfizer-BioNTech và Moderna sản xuất.

Trong toàn bộ sự nghiệp, tiến sĩ Kariko tập trung vào ARN thông tin (mRNA), vật liệu di truyền mang chỉ thị AND cho bộ máy tạo protein trong mỗi tế bào. Bà tin chắc mRNA có thể dùng để hướng dẫn tế bào tự sản xuất thuốc, bao gồm vaccine. Nhưng trong nhiều năm liền, sự nghiệp của bà ở Đại học Pennsylvania rất bấp bênh. Kariko chuyển từ phòng thí nghiệm này tới phòng thí nghiệm khác và chưa bao giờ được trả hơn 60.000 USD/năm. Tuy nhiên, bà không màng tới danh tiếng mà chỉ chuyên tâm vào công việc ở phòng thí nghiệm, New York Times viết.

Tiến sĩ Anthony Fauci, giám đốc Viện Dị ứng và Bệnh truyền nhiễm Quốc gia Mỹ, biết về nghiên cứu của Kariko. Ý tưởng về mRNA của bà hiển nhiên rất mới mẻ. Fauci tin chắc nghiên cứu về mRNA sẽ cách mạng hóa không chỉ vaccine Covid-19 mà cả vaccine HIV, cúm mùa, sốt rét.

Đối với Kariko, mỗi một ngày đều trôi qua trong phòng thí nghiệm. Bela Francia, quản lý tổ hợp căn hộ, từng nói không phải Kariko đang đi làm mà bà đang tìm niềm vui trong công việc. Ông từng tính toán bà kiếm được khoảng một USD mỗi giờ trong những ngày làm việc liên miên. Đối với nhiều nhà khoa học, phát hiện mới thường đi kèm kế hoạch kiếm tiền, thành lập công ty và xin cấp bằng sáng chế. Nhưng điều đó không đúng với Kariko.

Khi Kariko bắt đầu nghiên cứu, lĩnh vực mRNA đang ở thời kỳ sơ khai. Ngay cả những nhiệm vụ cơ bản nhất cũng khó khăn nếu không nói là bất khả thi. Làm thế nào để tạo ra ARN trong phòng thí nghiệm? Làm thế nào để đưa mRNA vào tế bào trong cơ thể? Năm 1989, bà làm việc cho tiến sĩ Elliot Barnathan, chuyên gia tim mạch ở Đại học Pennsylvania. Đây là một công việc ở vị trí thấp, trợ lý giáo sư, và không bao giờ được bổ nhiệm chính thức.

Kariko và Barnathan lên kế hoạch đưa mRNA vào tế bào, thúc đẩy chúng tạo ra protein mới. Ở một trong những thí nghiệm đầu tiên, họ hy vọng có thể sử dụng phương pháp này để hướng dẫn tế bào tạo ra loại protein có tên thụ thể urokinase. Nếu thí nghiệm thành công, họ sẽ phát hiện protein mới với phân tử phóng xạ lấy từ thụ thể. "Hầu hết mọi người cười chúng tôi", tiến sĩ Barnathan kể lại.

Vào ngày định mệnh đó, hai nhà khoa học vây quanh một chiếc máy in kim trong căn phòng hẹp ở cuối hội trường dài. Họ gắn một ống đếm hạt gamma, dùng để theo dõi phân tử phóng xạ, vào máy in. Thiết bị bắt đầu nhả dữ liệu. Máy dò của họ tìm thấy những protein mới do tế bào tạo ra, chứng tỏ có thể dùng mRNA để hướng dẫn bất kỳ tế bào nào tạo ra bất kỳ protein nào theo ý muốn.

Kariko và Barnathan rất phấn khởi với ý tưởng. Họ có thể sử dụng mRNA để cải thiện mạch máu cho phẫu thuật bắc cầu chủ vành. Họ thậm chí có thể sử dụng quy trình này để kéo dài tuổi thọ của tế bào người. Tuy nhiên, tiến sĩ Barnathan rời trường đại học không lâu sau đó để đảm nhiệm vị trí ở một công ty công nghệ sinh học và tiến sĩ Kariko không còn phòng thí nghiệm hoặc kinh phí hỗ trợ. Bà chỉ có thể ở lại Đại học Pennsylvania nếu vào làm việc ở phòng thí nghiệm khác.

Các trường đại học chỉ hỗ trợ tiến sĩ bậc thấp trong thời gian hạn chế. Nhà phẫu thuật thần kinh David Langer biết tới Kariko từ khi còn làm việc ở phòng thí nghiệm của Barnathan và thuyết phục trưởng khoa phẫu thuật thần kinh tạo điều kiện cho Kariko tiếp tục nghiên cứu. Tiến sĩ Langer hy vọng có thể sử dụng mRNA để điều trị bệnh nhân bị đông máu sau ca phẫu thuật não, thường gây đột quỵ. Ý tưởng của ông là điều khiển tế bào ở mạch máu tạo ra oxit nitric, hợp chất làm giãn mạch máu, nhưng có chu kỳ bán rã chỉ vài mili giây. Các bác sĩ không thể tiêm thẳng oxit nitric cho bệnh nhân.

Langer và Kariko thử mRNA với các mạch máu riêng biệt dùng để nghiên cứu đột quỵ nhưng thất bại. Họ lặn lội tới Buffalo, New York, để thử tiếp ở phòng thí nghiệm với những con thỏ dễ bị đột quỵ và lại thất bại lần nữa. Sau đó, tiến sĩ Langer rời trường đại học và trưởng khoa cũng nghĩ việc. Lần thứ hai tiến sĩ Kariko không có phòng thí nghiệm và kinh phí nghiên cứu.

Một cuộc gặp gỡ ở máy photocopy đã thay đổi tất cả. Tiến sĩ Drew Weissman tình cờ đi ngang qua và Kariko bắt chuyện với ông. "Tôi là một nhà khoa học ARN. Tôi có thể tạo ra bất cứ thứ gì với mRNA", bà nói. Kariko nhớ lại Weissman chia sẻ ông muốn tạo vaccine chống HIV. Kariko lập tức trả lời "Vâng, tôi có thể làm được".

Bất chấp sự can đảm của Kariko, nghiên cứu về mRNA của bà bị chững lại. Bà có thể tạo ra phân tử mRNA hướng dẫn tế bào trong đĩa cạn sản sinh protein tùy ý. Nhưng mRNA không hiệu quả ở chuột sống. "Không ai biết tại sao. Tất cả những gì chúng tôi biết là con chuột bị ốm. Lông của chúng bị xù lên, chúng cuộn tròn, bỏ ăn và không chạy nhảy", tiến sĩ Weissman cho biết.

Hệ miễn dịch nhận biết vi khuẩn xâm nhập bằng cách phát hiện mRNA của chúng và đáp lại bằng phản ứng viêm. Hệ miễn dịch coi mũi tiêm mRNA của các nhà khoa học như mầm bệnh xâm nhập. Nhưng đáp án này lại kéo theo một vấn đề rắc rối khác. Mỗi tế bào trong cơ thể người đều tạo ra mRNA mà hệ miễn dịch thường không chú ý tới. Tiến sĩ Kariko bắt đầu băn khoăn tại sao mRNA của bà lại khác biệt.

Cuối cùng, một thí nghiệm cung cấp manh mối. Kariko và Weissman nhận thấy mRNA của họ gây ra phản ứng thái quá ở hệ miễn dịch. Nhưng phân tử kiểm soát, một dạng ARN khác trong cơ thể người gọi là ARN vận chuyển (tARN) thì không. Phân tử có tên pseudouridine trong tARN cho phép nó lẩn tránh phản ứng miễn dịch. mRNA tự nhiên cũng chứa phân tử đó. Khi thêm vào mRNA của Kariko và Weissman, phân tử pseudouridine hoạt động tương tự, khiến mRNA mạnh hơn rất nhiều, chỉ thị tổng hợp lượng protein nhiều gấp 10 lần ở mỗi tế bào.

Ý tưởng thêm pseudouridine vào mRNA để bảo vệ mRNA trước hệ miễn dịch là một phát hiện khoa học cơ bản với nhiều ứng dụng rộng rãi. Điều đó có nghĩa mRNA có thể dùng để biến đổi chức năng của tế bào mà không thôi thúc hệ miễn dịch tấn công. Dù vậy, những tạp chí khoa học hàng đầu từ chối công trình của họ. Cuối cùng, khi công bố trên tạp chí Immunity, nghiên cứu không thu hút nhiều sự chú ý.

Tiến sĩ Weissman và tiến sĩ Kariko sau đó chứng minh họ có thể thúc đẩy một con khỉ tạo ra protein theo ý muốn. Trong trường hợp này, họ tiêm cho những con khỉ mRNA dành cho erythropoietin, loại protein kích thích cơ thể sản sinh hồng cồng. Lượng tế bào hồng cầu trong cơ thể chúng tăng vọt.

Các nhà khoa học cho rằng có thể ứng dụng phương pháp tương tự để chỉ dẫn cơ thể tạo ra bất kỳ loại thuốc protein nào như insulin, hormone khác hoặc một số thuốc trị tiểu đường mới. Điều quan trọng là mRNA có thể dùng để sản xuất vaccine chưa từng thấy trước đây. Thay vì tiêm một đoạn virus vào cơ thể, những bác sĩ có thể tiêm mRNA chỉ thị tế bào tạo ra đoạn virus đó. "Chúng tôi nói chuyện với các công ty dược và nhà đầu tư mạo hiểm nhưng không ai quan tâm", tiến sĩ Weissman nhớ lại. "Chúng tôi hò hét rất nhiều nhưng không ai lắng nghe".

Sau cùng, hai công ty công nghệ chú ý tới công trình của họ là Moderna ở Mỹ và BioNTech ở Đức. Pfizer hợp tác với BioNTech và hai công ty đang hỗ trợ kinh phí cho phòng thí nghiệm của tiến sĩ Weissman. Không lâu sau đó, những thử nghiệm lâm sàng với vaccine cúm mRNA được tiến hành, đồng thời vaccine chống virus cytomegalovirus và Zika cũng đang trong quá trình phát triển. Đột nhiên, nCoV xuất hiện.

Suốt 20 năm, giới nghiên cứu đã biết đặc điểm chủ chốt của bất kỳ virus corona nào là protein hình gai cắm ở bề mặt của chúng, cho phép virus xâm nhập vào tế bào con người. Đó là mục tiêu béo bở đối với vaccine mRNA. Các nhà khoa học Trung Quốc chia sẻ trình tự gene của virus hoành hành ở Vũ Hán vào tháng 1/2020 và các nhà nghiên cứu ở khắp mọi nơi trên thế giới bắt tay vào công việc.

BioNTech thiết kế vaccine mRNA trong vài giờ còn Moderna thiết kế vaccine trong hai ngày. Ý tưởng phía sau hai vaccine là đưa mRNA vào cơ thể để chỉ thị tế bào người sản sinh protein hình gai của nCoV. Hệ miễn dịch sẽ phát hiện protein đó, xem nó là vật thể lạ và biết cách tấn công nCoV nếu nó xuất hiện trở lại trong cơ thể.

Tuy nhiên, vaccine cần một bong bóng chất béo bao bọc quanh mRNA và đưa nó tới tế bào để xâm nhập. Giải pháp nhanh chóng ra đời dựa trên 25 năm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học, bao gồm Pieter Cullis ở Đại học British Columbia. Các nhà khoa học cũng cần cô lập protein hình gai của virus từ dữ liệu di truyền do những nhà nghiên cứu Trung Quốc cung cấp. Tiến sĩ Graham ở Viện Y tế Quốc gia (NIH) và Jason McClellan ở Đại học Texas, Austin, giải quyết vấn đề trong thời gian ngắn. Thử nghiệm vaccine thiết kế nhanh đòi hỏi nỗ lực khổng lồ từ các công ty và NIH.

Nghiên cứu của Pfizer-BioNTech được công bố tháng 11/2020, cho thấy vaccine mRNA cung cấp miễn dịch mạnh chống lại nCoV. Tiến sĩ Kariko và tiến sĩ Weissman được tiêm chủng hôm 18/12/2020 ở Đại học Pennsylvania. Mũi tiêm của họ trở thành một sự kiện báo chí. Một nhà quản lý nói với các bác sĩ và y tá họ đang tiêm vaccine cho những nhà khoa học tạo ra nó và tất cả mọi người cùng vỗ tay. Tiến sĩ Kariko bật khóc.

An Khang - Như Quỳnh

• Người hùng thầm lặng phía sau công nghệ vaccine Covid-19