Quang di truyền học là một kỹ thuật trong đó các gene mã hóa protein nhạy sáng được đưa vào những loại tế bào não nhất định, nhằm theo dõi và kiểm soát chính xác hoạt động của chúng bằng các tín hiệu ánh sáng - Ảnh: Viện McGovern
Giải Nobel sinh lý học hoặc y học năm 2026 được trao cho ba nhà khoa học Karl Deisseroth, Peter Hegemann và Georg Nagel vì những khám phá về kênh ion điều khiển bằng ánh sáng (light-gated ion channels) và sự phát triển của quang di truyền học (optogenetics) - phương pháp cho phép điều khiển hoạt động của tế bào thần kinh (neuron) bằng ánh sáng.
Có thể hình dung những đóng góp dẫn đến thành tựu này qua hai bước lớn: tìm ra "công tắc ánh sáng", rồi biến nó thành công cụ điều khiển neuron.
Từ tảo đến não chuột
Câu chuyện bắt đầu từ một sinh vật rất đơn giản: một loại tảo đơn bào có tên Chlamydomonas. Ông Peter Hegemann muốn tìm hiểu vì sao nó có thể cảm nhận ánh sáng và bơi về phía nguồn sáng.
Đầu những năm 2000, ông Peter Hegemann và ông Georg Nagel xác định được channelrhodopsin, một loại protein nằm trên màng tế bào. Khi được chiếu ánh sáng xanh, protein này mở ra một kênh cho các ion mang điện tích đi qua màng, làm thay đổi điện thế của tế bào.
Bạn có thể hình dung như việc ngồi trên ghế sofa, cầm điều khiển từ xa bấm chuyển kênh tivi. Nói cách khác, đây là một cơ chế sinh học mà các nhà khoa học có thể sử dụng như một "nút bấm bật/tắt" trong tế bào.
Bước đột phá tiếp theo đến từ ông Karl Deisseroth và các cộng sự, khi họ đưa gene mã hóa channelrhodopsin vào neuron. Khi các tế bào này biểu hiện channelrhodopsin, ánh sáng xanh có thể kích hoạt chúng và tạo ra tín hiệu thần kinh.
Năm 2005, ông Deisseroth chứng minh nguyên lý này trên neuron. Đến năm 2007, ông và cộng sự đã đưa hệ thống vào não của chuột sống, biến ánh sáng thành công cụ điều khiển hoạt động của neuron trong não. Từ đó, phương pháp này được gọi là optogenetics.
Đây mới chính là điều làm optogenetics trở thành một cuộc cách mạng trong khoa học thần kinh. Trước đây, các nhà khoa học có thể quan sát thấy một vùng não hoặc một nhóm neuron hoạt động khi con vật thực hiện một hành vi nào đó. Nhưng họ rất khó trả lời câu hỏi quan trọng hơn: neuron này chỉ "đi cùng" hành vi, hay chính nó có vai trò gây ra hành vi đó?
Optogenetics giúp đặt câu hỏi theo hướng nhân quả: bật neuron thì hành vi có xuất hiện không, tắt neuron thì hành vi có giảm hoặc biến mất không? Nhờ vậy, các nhà nghiên cứu có thể từng bước xác định những mạch thần kinh (neural circuits) thực sự tham gia vào trí nhớ, cảm xúc và hành vi.
Quang di truyền học cho phép các nhà nghiên cứu kiểm soát hoạt động của các tế bào thần kinh bằng những xung ánh sáng laser được truyền vào não thông qua một sợi quang học - Ảnh: John B. Carnett/Popular Science
Chưa phải thuốc chữa bệnh
Vậy công trình đoạt giải Nobel này đang giải quyết bệnh gì? Đây là câu hỏi quan trọng và cần được hiểu rõ: optogenetics hiện không phải là một loại thuốc chữa một căn bệnh cụ thể. Nó là một nền tảng công nghệ, một công cụ tuyệt vời để giải mã và điều khiển các mạch thần kinh.
Có thể hình dung giống như việc con người phát triển được một hệ thống vệ tinh cực kỳ chính xác để lập bản đồ Trái đất. Khi biết rõ địa hình, biết con đường nào đang bị tắc, nút giao thông nào gây ùn ứ và hệ thống nào đang gặp vấn đề, chúng ta mới có thể thiết kế cách giải quyết chính xác hơn.
Với não bộ cũng tương tự. Optogenetics cho phép các nhà khoa học xác định neuron nào, kết nối với neuron nào, mạch thần kinh nào, hoạt động theo hướng nào, và khi mạch đó bị kích hoạt hoặc bị ức chế thì hành vi hay chức năng thay đổi ra sao.
Giá trị lớn nhất của công cụ này nằm ở việc giúp tìm ra mạch thần kinh nào thực sự gây ra hoặc duy trì một triệu chứng, từ đó xác định những mục tiêu có thể được khai thác cho các phương pháp điều trị mới trong tương lai.
Hiện tại chúng ta chưa nên kỳ vọng rằng Nobel 2026 đồng nghĩa với việc ngày mai sẽ có thuốc chữa Alzheimer bằng ánh sáng, chữa Parkinson bằng cách "tắt neuron xấu", chữa trầm cảm chỉ bằng cách điều khiển một vài neuron, chữa nghiện bằng một lần liệu pháp gene, hay phục hồi hoàn toàn thị lực cho người mù.
Nhưng thông tin từ các nghiên cứu sử dụng công cụ này đang đóng góp rất nhiều vào việc xác định "nút lỗi" và hiểu được mạch thần kinh liên quan, qua đó định hướng phát triển những phương pháp điều trị hữu hiệu, chính xác hơn trong tương lai.
Nói tóm lại, giá trị lớn nhất của Nobel y sinh 2026 không nằm ở việc hôm nay có thêm một phương pháp chữa bệnh, mà ở việc con người đã có một cách hoàn toàn mới và hiệu quả để "nói chuyện" với neuron, "hiểu bệnh" của chúng rõ hơn, từ đó tìm ra cách điều trị tốt hơn.
Không xa vời với người Việt
Nobel năm nay không phải câu chuyện quá xa vời đối với chúng ta. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), bệnh không lây nhiễm (Noncommunicable diseases - NCDs) hiện chiếm khoảng 78,2% tổng số ca tử vong được ước tính tại Việt Nam (số liệu 2021); các báo cáo gần đây của WHO làm tròn con số này thành khoảng 80%.
Các nguyên nhân tử vong hàng đầu gồm đột quỵ, bệnh tim thiếu máu cục bộ, bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính, đái tháo đường, ung thư và bệnh Alzheimer/các dạng sa sút trí tuệ.
Trong số những bệnh đang tạo gánh nặng lớn tại Việt Nam, có rất nhiều bệnh liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp đến não và hệ thần kinh, từ đột quỵ, sa sút trí tuệ đến các bệnh thần kinh và tâm thần.
Bí mật phía sau giải Nobel: 16 tháng chọn người, 50 năm giữ hồ sơĐể chọn một chủ nhân Nobel, các ủy ban phải trải qua khoảng 16 tháng đánh giá, thẩm tra trong bí mật; hồ sơ đề cử chỉ được công khai sau 50 năm.