Giải Nobel Y học năm nay đã thay đổi mọi thứ chúng ta biết về y học và sinh học

*LTS: Tiến sĩ Benjamin L Smarr là một nhà thời sinh học trẻ đang làm việc tại Đại học California. Nếu bạn muốn biết giải Nobel Y học 2017 vừa được trao hồi đầu tuần cho nghiên cứu về đồng hồ sinh học có ý nghĩa thế nào với chúng ta, không ai khác ngoài Benjamin sẽ giải thích cho bạn hiểu. Đó chính là lĩnh vực khoa học mà anh đang nghiên cứu:

Thời đại của những chiếc đồng hồ sinh học đã bắt đầu.

Vài ngày trước (2/10), giải Nobel Y học năm 2017 đã được trao cho ba nhà khoa học - Jeffrey Hall, Michael Rosbash và Michael Young – ghi nhận công trình nghiên cứu của họ về chu kỳ sinh học hàng ngày trong cơ thể.

Nói một cách đơn giản, mục đích của lĩnh vực khoa học này là tập trung tìm hiểu cách thức vận hành của chiếc đồng hồ sinh học bên trong mỗi chúng ta.

Từng khoảnh khắc trong chu kỳ 24 giờ của chiếc đồng hồ này, chính là thứ quyết định khi nào bạn mệt mỏi cũng như cảm thấy đói. Nó cũng kiểm soát tất cả mọi thứ, từ hiện tượng jet lag khi đi máy bay đến thời điểm rụng trứng ở phụ nữ, khi nào bạn có nguy cơ gặp cơn đau tim và khoảng thời gian nào trong ngày chúng ta học tập hay làm việc hiệu suất nhất.

"Những khám phá của họ giải thích làm thế nào thực vật, động vật và con người thích ứng với nhịp điệu sinh học cũng như đồng bộ nó với chuyển động tự quay của Trái Đất", hội đồng giải Nobel tuyên bố.

Giải Nobel Y học năm 2017 đã được trao cho ba nhà khoa học: Jeffrey Hall, Michael Rosbash và Michael Young ghi nhận sự phát hiện cơ chế phân tử kiểm soát nhịp sinh học

Là một nhà thời sinh học (chronobiologist – lĩnh vực nghiên cứu về chu kỳ sinh học của sinh vật), với tôi giải Nobel Y học năm nay là một lời tuyên bố cực kỳ thú vị.

Thường xuyên, tôi vẫn luôn phải cố gắng để giải thích cho người khác biết những gì mình đang làm, và lĩnh vực khoa học của tôi đang trên đà trỗi dậy như thế nào. Nhưng rồi mọi cố gắng ấy đều chỉ được đền đáp lại bằng một ánh mắt duy nhất, tựa như họ đang nghĩ “Ok, anh ta bị điên rồi”.

Bạn biết đấy, các cụm từ như "cấu trúc sinh học trong thời gian" và "dao động mạng tế bào nội bộ" là thứ không dễ gì nói cho người khác hiểu được.

Nhưng sau hôm nay, giải Nobel Y học 2017 cuối cùng sẽ mang được những vấn đề liên quan đến nhịp sinh học thoát ra bên ngoài những cuộc thảo luận hàn lâm. Nó rồi sẽ có mặt trong cả những cuộc trò chuyện đại chúng, nơi mọi người có thể bắt đầu nhận ra một phần không thể tách rời của mình: Chiếc đồng hồ trong cơ thể đang tham gia vào từng hoạt động nhỏ nhất trong cuộc đời của mỗi chúng ta.

Nhịp sinh học là gì?

Nhịp sinh học là lời đáp lại của tiến hóa với chu trình tuần hoàn ngày-đêm trên Trái Đất.

Giống như bất cứ điều gì trong vũ trụ, cuộc sống của muôn loài lẽ ra cũng có thể bất ổn định. Vậy nên, nếu sự sống trên Trái Đất nên dựa dẫm vào một điều gì, thì thứ đáng tin cậy nhất chính là chu trình mọc rồi lặn của Mặt Trời mỗi ngày.

Có một quy luật thế này, nếu bạn đoán trước được những thay đổi sẽ diễn ra trong tương lai, bạn có thể chuẩn bị sẵn sàng để đối phó với nó. Vậy nên, ngay từ khi những hình thức cơ bản nhất của sự sống được hình thành, chúng đã có thể thích nghi để dự đoán trong mỗi chu trình 24 giờ, khi nào thì môi trường sống của mình sáng và nóng hơn, và khi nào thì trời tối lại và trở nên lạnh đi.

Đối với bạn, điều này là hiển nhiên. Đi làm vào sáng sớm trước khi mặt trời lên đỉnh sẽ giúp bạn ít bị cháy nắng hơn. Nhưng đối với một sinh vật đơn bào, đoán được điều này có ý nghĩa sống còn khi nó sẽ tránh được nguy cơ bị giết chết bởi nhiệt và tia UV.

Đối với thực vật, nắm được chu kỳ ngày đêm sẽ giúp quang hợp hiệu quả hơn. Và đối với các loài thú, đó là cách chúng đoán khi nào là lúc kẻ thù hoặc con mồi của mình xuất hiện.

Tua nhanh qua vài thiên niên kỷ, cơ thể của chúng ta cũng mang trong mình những chiếc đồng hồ được di truyền gửi vào từng tế bào. Nhưng một trong những thách thức với sinh vật đa bào to lớn như chúng ta, đó là phải đảm bảo tất cả những chiếc đồng hồ này chạy đồng bộ.

Sự phối hợp này cho phép tuyến yên của phụ nữ và buồng trứng kết hợp được với nhau khi kích thích rụng trứng; tuyến tụy, ruột, và vùng dưới đồi kết nối khi tạo ra phản ứng đói giúp chúng ta sẵn sàng tiêu hóa; giấc ngủ được đặt giờ khi cơ của chúng ta sẵn sàng giảm nhiệt độ cho phép mọi thứ hồi phục, cũng như khi bộ não của chúng ta được giải phóng nhiều dung lượng nhất để bảo trì hoặc hình thành ký ức.

Nếu sự sống trên Trái Đất nên dựa dẫm vào một điều gì, thì thứ đáng tin cậy nhất chính là chu trình mọc rồi lặn của Mặt Trời mỗi ngày.

Vâng, đó là những thứ mà tự nhiên đã sắp đặt, dẫu vẫn còn rất lộn xộn. Vậy mà trong thế kỷ 21, chúng ta lại còn làm rối tung sự phối hợp nội bộ của cơ thể ấy, với những thứ như đèn điện, ánh sáng nhân tạo từ màn hình điện thoại, đồ ăn nhanh vào lúc 2 giờ sáng, làm việc ca kíp và lịch học quá sớm của các trường đại học.

Những lịch làm việc cứng kiểu này khiến mọi dòng chảy tự nhiên trong cơ thể chúng ta đảo lộn. Lẽ ra chúng ta phải ngủ và ăn uống theo vị trị của Mặt Trời ở trên bầu trời, nhưng làm việc theo lịch trình của thế giới hiện đại không đồng bộ với đó sẽ tàn phá cơ thể của chúng ta.

Sự gián đoạn đồng hồ sinh học có thể là nguyên nhân gây ra đại dịch béo phì ở Mỹ, tỷ lệ ung thư tăng cao, chứng tự kỷ, bệnh Alzheimer và các chứng mất trí nhớ khác. Và bởi vì mỗi một phần dù nhỏ trong cơ thể chúng ta đã được nhúng vào nhịp sinh học bẩm sinh trong mục đích đồng bộ hóa tất cả những chiếc đồng hồ, gián đoạn nhịp sinh học khiến mọi thứ trong cơ thể của chúng ta đều dễ dàng bị ảnh hưởng.

Dưới sự kiểm soát của nhịp sinh học

Để giúp bạn hiểu thêm về ý nghĩa của giải Nobel Y học 2017 và những gì mà nhịp sinh học ảnh hưởng đến cuộc sống của chúng ta ngày nay, đây là một danh sách những gì được đặt dưới sự kiểm soát của nhịp sinh học:

Jet lag: Khi nhịp thời gian ngày-đêm của bạn đột ngột có sự thay đổi lớn vì hành trình dài trên máy bay, một số cơ quan trong cơ thể sẽ bắt nhịp với thay đổi nhanh hơn những cơ quan khác. Sẽ mất một khoảng thời gian để tự cơ thể bạn căn chỉnh lại. Lúc đó, đồng hồ sinh học của từng cơ quan khác nhau sẽ chạy ở các tốc độ khác nhau. Kết quả là, cơ thể không làm việc hiệu quả, bạn sẽ thấy mệt mỏi và bị suy nhược nhẹ.

Khả năng sinh sản: Khả năng tình dục của bạn có nhịp sinh học, và các kích thích tố giới tính của bạn cũng có. Ví dụ, trứng của phụ nữ rụng vào buổi sáng bởi nó được nhịp sinh học kiểm soát. Tôi được kể rằng một tài liệu lần đầu tiên ghi nhận khi thụ tinh ống nghiệm IVF được phát minh ra ở Pháp, các nhà khoa học thấy phụ nữ bay từ Hoa Kỳ tới có tỷ lệ IVF thành công thấp hơn. Hóa ra, jetlag đã làm rối tung chu trình rụng trứng của họ! Nhân tiện, làm ca kíp cũng có thể khiến điều này xảy ra.

Khả năng tập trung của tâm trí: Vào một thời điểm nào đó trong ngày, bạn sẽ có khả năng học tập tốt nhất. Khoảng thời gian này kéo dài vài tiếng nhưng thời điểm bắt đầu là đặc trưng ở mỗi người. Sự hình thành của các tế bào não mới, những khớp thần kinh mới, giấc ngủ, và sự chú ý đều được điều phối theo thời gian trong ngày. Do đó, giữ một thói quen sinh hoạt điều độ là cách giữ não bộ bạn sắc bén.

Một thực tế thú vị: Thời điểm bạn học một thứ gì đó, chẳng hạn 9 giờ sáng, nó sẽ được dán một tem thời gian. Và bạn cũng sẽ nhớ lại tốt nhất điều bạn đã học vào đúng thời điểm đó, 9 giờ sáng chẳng hạn. Vì vậy, tốt nhất bạn nên xếp thời gian học tập cố định trong ngày.

Dinh dưỡng: Nhịp sinh học không chỉ kiểm soát khi nào bạn thấy buồn ngủ, mà nó còn ấn định thời gian bạn thấy đói. Giống như cơ thể bạn hấp thụ thông tin khác nhau ở những thời điểm khác nhau trong ngày, điều tương tự cũng đúng với thức ăn. Ví dụ, vào ban đêm, thực phẩm dễ được dự trự thành chất béo hơn so với trong ngày.

Cơn đau tim: Trái tim của bạn có thể đối phó với mọi điều căng thẳng trong ngày. Nhưng sau tất cả, nó sẽ được hồi phục vào ban đêm. Khi cơ thể bạn bị sốc lên vào buổi sáng, trái tim bạn vẫn còn đang lạnh và trong trạng thái nghỉ ngơi. Cũng chính vì vậy mà hầu hết các cơn đau tim sẽ xảy ra vào buổi sáng sớm.

Lão hóa: Cuối cùng, hãy nói về khi bạn già đi, cơ thể gặp nhiều rắc rối hơn trong việc đồng bộ tất cả những chiếc đồng hồ trong cơ thể lại với nhau. Sự mất đồng bộ và tan rã xảy ra càng nhiều, bạn càng có nhiều nguy cơ mắc các bệnh ác tính liên quan đến tuổi tác.

Hãy ra ngoài trời sáng và ngủ trong không gian tối và yên tĩnh ban đêm để giữ cho nhịp sinh học của bạn ổn định. Đó là một bí quyết trường thọ.

Tầm quan trọng của sinh học về thời gian

Giải Nobel Y học năm nay sẽ thay đổi mọi thứ chúng ta biết về sinh học và y học

Cả nhân loại sẽ không thể biết những gì chúng ta đang nói đến ở đây, nếu Hall, Rosbash, và Young không nghiên cứu những gì họ đã nghiên cứu. Ba nhà sinh học thời gian mới đoạt giải Nobel là một bằng chứng cho thấy rằng lĩnh vực nghiên cứu này đang trên đà trỗi dậy. Sự kiện sẽ gieo mầm cho các nghiên cứu tập trung vào lĩnh vực thời sinh học, bùng nổ theo cấp số nhân.

Lý do có thể khiến cho lĩnh vực khoa học về sinh học thời gian bùng nổ, đó là mỗi lần kết hợp một khía cạnh của sinh học với nhịp sinh học, chúng ta lại phải nhờ các nhà khoa học tính toán lại xem chúng sẽ diễn ra như thế nào vào mỗi khoảng thời gian trong ngày.

So sánh điều này với nghiên cứu sinh học thuần không chứa nhịp sinh học, mẫu khi đó có thể được nhà khoa học thu thập ở bất cứ thời điểm nào trong ngày khi họ tiện tay thì làm, rồi kết hợp lại với nhau thành một bộ duy nhất, những dữ liệu có biến thời gian rất mơ hồ.

Sự mơ hồ này còn mơ hồ hơn nữa với các khoảng thời gian trong ngày. Do đó, sinh học về thời gian sẽ trở thành một thư viện phát triển chưa từng thấy, trong đó, ba nhà khoa học đoạt giải Nobel Y học năm 2017 đã là những người viết những tập sách đầu tiên về cơ chế vận hành cho nó.

Bởi chúng ta cần kiểm tra lại các lĩnh vực khoa học khác dưới thấu kính nhịp sinh học, người nhanh nhạy sẽ nhìn ra được một khoa học thời gian khác sẽ được xây dựng bên trong ngành dược phẩm.

Giả sử, một loại thuốc được phát hiện có độc tính cao nhất tại một thời điểm nhất định trong ngày, nhưng lại cho tối đa hiệu quả vào một thời điểm khác, thì việc định liều liều có thể giúp bạn chỉ phải sử dụng một lượng thuốc nhỏ hơn, nhưng cho hiệu quả cao hơn và ít phản ứng phụ.

Điều này sẽ có tác động lớn ví dụ trong lĩnh vực điều trị ung thư và rối loạn giấc ngủ. Nhưng bây giờ vẫn còn quá sớm để nói hết được những tiềm năng của chúng.

Hãy chuyển sang một chủ đề khác nữa, chúng ta đã biết đồng hồ sinh học là cá biệt theo từng người, nghĩa là không ai giống ai. Cũng như không có một loại thực phẩm duy nhất nào thể phát triển cả một xã hội lành mạnh, khi nói đến thời gian đi ngủ hoặc ăn sáng, không có một giờ cố định nào phù hợp được với tất cả.

Cố gắng tuân thủ những lời khuyên cũ đã thuộc về khoa học lỗi thời (chẳng hạn như đi ngủ sớm và thức dậy sớm, lịch học tập và làm việc từ 7 giờ) khiến cho nhiều người ngày nay phải chịu đựng sự gián đoạn của nhịp sinh học.

Điều này không tốt cho sức khỏe của chúng ta và có thể dẫn tới chi phí y tế tăng lên trong tương lai. Tôi tin rằng chúng ta có thể tối ưu hóa lịch biểu nghĩa vụ xã hội như thời gian làm việc trong các công ty và thời gian học tập ở trường học dựa trên từng cá nhân. Bởi nếu không làm vậy, một lịch cứng áp dụng cho tất cả mọi người chẳng khác nào chúng ta đang ngược đãi một phần xã hội dựa trên nhịp sinh học của họ.

Mỗi lần kết hợp một khía cạnh của sinh học với nhịp sinh học, chúng ta lại phải nhờ các nhà khoa học tính toán lại xem chúng sẽ diễn ra như thế nào vào mỗi khoảng thời gian trong ngày

Một lĩnh vực có thể được cá nhân hóa khác mà chúng ta có thể sẽ chứng kiến sự thay đổi là tiên đoán y tế. Khi theo dõi những thay đổi của chỉ dấu sinh học theo thời gian, chẳng hạn như huyết áp hoặc mức hooc-môn cortisol trong máu- bạn có thể phát hiện ra chúng có độ lệch so với chỉ số cơ bản thông thường của bạn, không chỉ lệch theo từng ngày mà còn theo từng thời điểm lấy mẫu.

Khi một điều thay đổi xảy ra trong cơ thể của bạn- chẳng hạn như bạn bị ốm hoặc mang thai - ngày sinh học của bạn cũng sẽ thay đổi. Một số nhà sinh học thời gian như tôi đang làm việc để xây dựng các thuật toán, dựa trên việc phát hiện các sai lệch sinh học cá nhân này, để dự báo những thay đổi với cơ thể bạn trong tương lai, có thể là bệnh tật hoặc thậm chí là tuổi thọ của bạn.

Trong nghiên cứu của mình, tôi đã tìm ra các mô hình để dự đoán ung thư và khả năng hồi phục phẫu thuật, phát hiện thời điểm có thai và dự đoán kết quả thai kỳ, theo dõi khả năng sinh sản, giấc ngủ, căng thẳng và khả năng học tập.

Ngoài ra, lĩnh vực nghiên cứu của tôi cũng có thể tiên đoán nhiễm khuẩn huyết ở bệnh viện, xác định những người có nguy cơ mắc bệnh Alzheimer và giúp họ ngăn chặn nó bằng cách tăng cường nhịp sinh học của họ. Tiên đoán y tế, dựa trên phân tích nhịp sinh học, sẽ rẻ hơn, chính xác hơn và mang tính cá nhân hơn bao giờ hết.

Tất nhiên là vẫn còn cả một ngọn núi việc cần làm, trước khi thế giới có thể được tối ưu hóa xung quanh nhịp sinh học của từng sinh vật sống. Nhưng năm nay, công việc của ba nhà khoa học Jeffrey Hall, Michael Rosbash và Michael Young đã được vinh danh. Mọi người chắc chắn sẽ quan tâm nhiều hơn đến những gì mà chúng tôi đang làm. Để rồi một ngày nào đó, tất cả chúng ta sẽ cùng đồng điệu được với nhau.

Tham khảo Quartz