Lớn lên tại Hungary, là con gái của người bán thịt nhưng bà quyết định sẽ trở thành một nhà khoa học dù chưa từng gặp trước đó. Những năm tuổi 20, bà chuyển đến Mỹ nhưng chưa bao giờ có được một vị trí cố định trong nhiều thập kỷ mà chỉ bám vào rìa của giới học thuật.
Giờ đây bà Katalin Kariko, 66 tuổi, được các cộng sự gọi bằng cái tên Kate, đã trở thành một trong những người hùng trong quá trình phát triển Covid-19 vaccine. Công việc của bà, với người cộng sự thân thiết, Tiến sĩ Drew Weissman thuộc Đại học Pennsylvania (Mỹ), đã đặt nền móng cho loại vaccine thành công của Pfizer BioNTech và Moderna.
Trong toàn bộ sự nghiệp, Tiến sĩ Kariko đã tập trung vào mẩu thông tin RNA, hay mRNA – một đoạn mã di truyền mang các chỉ dẫn DNA đến bộ máy sản xuất protein của mỗi tế bào. Bà cho rằng mRNA có thể được dùng để hướng dẫn các tế bào tạo ra “liều thuốc” cho chính chúng, bao gồm vaccine.
 |
| Bà Katalin Kariko tại quê nhà ở Jenkintown (Ảnh: Hannah Yoon) |
Thế nhưng trong nhiều năm, sự nghiệp của bà tại Đại học Pennsylvania khá mong manh. Bà chuyển từ phòng thí nghiệm này sang phòng thí nghiệm khác, dựa vào các nhà khoa học đi trước để đưa bà vào, và chưa từng kiếm được hơn 60.000 USD một năm.
Bằng tất cả sự nhiệt huyết và quyết tâm, Tiến sĩ Kariko đã sống hết mình với “băng ghế dự bị” để có một vị trí trong phòng thí nghiệm. Bà ít quan tâm đến danh tiếng. “Có suất ở đó, khoa học thì tốt. Ai quan tâm?”, bà cho biết trong một cuộc phỏng vấn.
Những khó khăn của bà để trụ vững trong học viện là một tiếng chuông quen thuộc với các nhà khoa học. Bà cần những khoản tài trợ để theo đuổi những ý tưởng dường như hoang đường và viển vông, nhưng bà không nhận được chúng, dù nhiều nghiên cứu tầm thường hơn được khen thưởng.
“Khi ý tưởng của bạn chống lại những kiến thức truyền thống đã được công nhận, rất khó để tạo được đột phá”, Tiến sĩ David Langer, một bác sĩ phẫu thuật thần kinh làm việc với bà cho biết.
Những ý tưởng về mRNA của Tiến sĩ Kariko chắc chắn là không chính thống, và càng ngày chúng dường như được dự đoán trước.
“Nó sẽ biến hóa. Nó đã thay đổi với vaccine Covid-19, nhưng rồi sẽ cho các vaccine khác như HIV. Mọi người trong lĩnh vực rất phấn khích. Bệnh cúm, rồi sốt rét”, Tiến sĩ Fauci nói về nghiên cứu mRNA.
“Tôi thấy mình như một vị chúa”
Đối với Tiến sĩ Kariko, mỗi ngày hầu hết là một ngày trong phòng thí nghiệm. “Bạn không phải đi làm, mà đi tận hưởng niềm vui”, đó là điều mà chồng bà, ông Bela Francia – quản lý một khu chung cư, thường nói với vợ khi bà lao tới văn phòng vào mỗi tối và những dịp cuối tuần. Ông từng tính rằng những ngày làm việc không ngừng đó của bà được trả bằng 1 USD mỗi giờ.
Đối với nhiều nhà khoa học, một phát hiện mới đi kèm với một kế hoạch để kiếm tiền, để thành lập công ty và lấy chiếc bằng sáng chế, nhưng không phải với Tiến sĩ Kariko. Theo Tiến sĩ Langer, những điều đó là những thứ khá xa vời trong tâm trí của bà.
Lớn lên tại Kisujszallas, một thị trấn nhỏ ở Hungari, bà lấy bằng Tiến sĩ tại Đại học Szeged và làm nghiên cứu sinh tại Trung tâm Nghiên cứu Sinh học của trường. Năm 1985, khi chương trình nghiên cứu của trường cạn kiệt về kinh tế, bà Kariko cùng chồng và cô con gái 2 tuổi, Susan, chuyển tới Philadelphia để làm nghiên cứu sinh tại Đại học Temple. Do chính phủ Hungari chỉ cho phép họ mang 100 USD ra khỏi đất nước, bà cùng chồng đã nhồi 900 USD vào con gấu bông của con gái.
Khi bà Kariko bắt đầu công việc, đó là những ngày đầu trong lĩnh vực mRNA. Thậm chí những nhiệm vụ cơ bản nhất đều khó khăn, nếu không nói là bất khả thi. Làm sao có thể tạo phân tử RNA trong phòng thí nghiệm? Làm thế nào để đưa mRNA vào các tế bào của cơ thể?
Năm 1989, bà nhận được một công việc với Tiến sĩ Elliot Barnathan, khi đó là một bác sĩ tim mạch tại Đại học Pennsylvania. Đó là một vị trí cấp thấp, trợ lý nghiên cứu cho giáo sư, và thường không bao giờ có cơ hội cho một vị trí cố định. Và cũng không có tiền trợ cấp cho dự án mà lẽ ra bà phải được nhận.
Bà và Tiến sĩ Barnathan lên kế hoạch đưa mRNA vào trong tế bào, kích thích chúng tạo ra protein mới. Một trong những thí nghiệm đầu tiên, họ hy vọng dùng cách này để hướng dẫn các tế bào tạo ra một protein gọi là thụ thể urokinase. Nếu thành công, chúng sẽ phát hiện protein mới với một phân tử phóng xạ thu hút tới thụ thể.
“Hầu hết đều cười chúng tôi”, Tiến sĩ Barnathan cho biết.
Một ngày, hai nhà khoa học chỉ vào chiếc máy in kim trong một căn phòng nhỏ cuối hành lang. Một ống đếm gamma, cần để theo dõi phân tử phóng xạ, được gắn với chiếc máy in. Dữ liệu được in ra. Thiết bị phát hiện của họ tìm ra những protein mới được sản sinh bởi tế bào mà chưa bao giờ được cho là tạo ra chúng, gợi ý rằng mRNA có thể được dùng để hướng dẫn tế bào tạo ra bất kỳ loại protein nào theo mong muốn.
“Tôi thấy mình như chúa vậy”, bà Kariko nhớ lại.
Hai người háo hức với những ý tưởng. Có thể họ dùng mRNA để cải thiện mạch máu, hay thậm chí dùng tiến trình này để kéo dài tuổi thọ của tế bào con người.
Tiến sĩ Barnathan sau đó rời trường, nhận vị trí mới tại một công ty công nghệ sinh học khiến bà Kariko không còn phòng thí nghiệm hay hỗ trợ tài chính. Bà chỉ có thể ở lại trường nếu tìm được một phòng thí nghiệm chịu nhận bà. “Họ nghĩ tôi sẽ từ bỏ”, bà nói.
Các trường đại học chỉ hỗ trợ những tiến sĩ cấp thấp trong một thời gian nhất định. “Nếu không nhận được khoản viện trợ, họ sẽ để những tiến sĩ này ra đi”, Tiến sĩ Langer cho biết. Bà Kariko không phải là một người giỏi trong việc viết đơn xin viện trợ, và thời điểm đó “mRNA cũng chỉ tồn tại như một ý tưởng”, ông cho biết.
Biết bà từ những ngày ông là sinh viên nội trú khi làm việc tại phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Barnathan, Tiến sĩ Langer đã hối thúc trưởng khoa khoa phẫu thuật thần kinh cho nghiên cứu của bà Kariko một cơ hội. “Ông ấy đã cứu tôi”, bà nói. Còn Tiến sĩ Langer lại cho rằng chính bà đã cứu ông khỏi những suy nghĩ “hủy diệt” nhiều nhà khoa học.
 |
| Bà Kariko bên gia đình nhỏ của mình năm 1985 (Ảnh: Kati Kariko) |
Làm việc với bà, ông nhận ra một chìa khóa cho sự hiểu biết khoa học thực sự là việc thiết kế những thí nghiệm luôn đem lại cho bạn một cái gì đó, dù cho đó là điều bạn không muốn nghe.
“Có một xu hướng khi các nhà khoa học nhìn vào dữ liệu để kiểm chứng ý tưởng của riêng họ. Những nhà khoa học giỏi nhất cố gắng chứng minh bản thân họ sai. Cái tài của Kate là sự tự nguyện chấp nhận thất bại và tiếp tục cố gắng, và khả năng trả lời những câu hỏi mà những người không đủ thông minh để hỏi”.
Tiến sĩ Langer hy vọng sử dụng mRNA để điều trị bệnh nhân bị tụ máu sau khi phẫu thuật não, thường do đột quỵ. Ý tưởng của ông là khiến các tế bào trong mạch máu tạo ra nitric oxide, một hợp chất làm giãn mạch máu, nhưng có chu kỳ bán rã theo mili giây. Các bác sĩ không thể chỉ tiêm nó cho bệnh nhân.
Ông và bà Kariko đã thử mRNA của họ trên các mạch máu được cô lập dùng để nghiên cứu về đột quỵ, và đã thất bại. Họ thử trên những con thỏ dễ bị đột quỵ trong phòng thí nghiệm, và tiếp tục thất bại.
Và rồi Tiến sĩ Langer rời trường, và người đứng đầu khoa cũng ra đi, bà Kariko một lần nữa lại không có phòng thí nghiệm và nguồn trợ cấp để nghiên cứu.
Một cuộc gặp với chiếc máy photocopy đã thay đổi điều đó. Tiến sĩ Weissman tình cờ ngang qua, và bà trò chuyện. “Tôi nói mình là nhà khoa học RNA, có thể làm mọi thứ với mRNA”, bà nhớ lại. Tiến sĩ Weissman nói ông muốn tạo một vaccine chống HIV, và “Tôi nói tôi có thể làm điều ấy”.
Bất chấp sự can đảm của mình, nghiên cứu về mRNA của bà đã bị đình trệ. Bà có thể tạo ra các phân tử mRNA hướng dẫn các tế bào tạo ra protein theo ý muốn trên chiếc đĩa petri, nhưng nó lại không hề hoạt động trên một chú chuột sống.
“Không ai biết tại sao. Chúng tôi đều biết con chuột đó bị bệnh, lông chúng xù lên, cơ thể chúng co lại, chúng bỏ ăn, bỏ chạy”, ông Weissman cho biết.
Hóa ra hệ thống miễn dịch nhận ra vi khuẩn xâm nhập bằng cách phát hiện ra mRNA và phản ứng với tình trạng viêm. Việc tiêm mRNA vào giống như cuộc xâm lược của mầm bệnh. Với đáp án mới lại tạo ra một mảnh ghép mới. Mọi tế bào trong cơ thể mỗi người đều tạo mRNA, và hệ thống miễn dịch lại dường như không quan tâm đến chúng. “Vậy tại sao mRNA tôi tạo lại khác biệt”, bà Kariko đã tự hỏi.
Sự kiểm soát trong phòng thí nghiệm cuối cùng cũng đem lại manh mối. Họ nhận thấy mRNA của họ gây phản ứng miễn dịch quá mức, nhưng những phân tử kiểm soát, một dạng khác của RNA trong cơ thể con người, hay còn gọi là tRNA thì không.
Phân tử có tên pseudouridine trong tRNA cho phép nó tránh những phản ứng miễn dịch. Và hóa ra, những mRNA tự nhiên của con người cũng chứa phân tử này. Gắn vào mRNA được tạo bởi Tiến sĩ Weissman và Kariko, phân tử này hoạt động giống vậy – và khiến mRNA trở nên mạnh hơn nhiều, chỉ đạo tổng hợp protein nhiều gấp 10 lần trong mỗi tế bào.
Ý tưởng thêm pseudouridine vào mRNA để bảo vệ khỏi hệ thống miễn dịch của cơ thể là một khám phá khoa học cơ bản với một phạm vi ứng dụng rộng rãi. Điều này có nghĩa mRNA có thể được dùng để chỉnh sửa chức năng của tế bào mà không khiến hệ thống miễn dịch tấn công.
“Hai chúng tôi bắt đầu viết đơn yêu cầu tài trợ nhưng không hoàn toàn nhận được hết. Mọi người không quan tâm tới mRNA. Một số xem qua đơn cho rằng mRNA không phải là liệu pháp tốt”, Tiến sĩ Weissman cho biết.
Những tạp chí khoa học hàng đầu từ chối công trình của họ. Khi nghiên cứu cuối cùng được công bố trên tạp chí Immunity, công trình có được chút chú ý. Tiến sĩ Weissman và bà Kariko thử nghiệm trên một chú khỉ, để tạo ra một protein mà họ chọn. Họ tiêm vào nó mRNA erythropoietin, một protein kích thích cơ thể tạo ra các tế bào hồng cầu và tế bào hồng cầu của chú khỉ tăng vọt.
Các nhà khoa học cho rằng phương pháp tương tự có thể sử dụng để thúc đẩy cơ thể tạo ra bất cứ loại protein nào, như insuline hay các hoocmon khác hay một số loại thuốc tiểu đường mới. Và quan trọng hơn cả, mRNA có thể dùng để tạo ra các vaccine chưa từng thấy trước đây.
Thay vì tiêm một phần của virus vào cơ thể, các bác sĩ có thể tiêm mRNA để hướng dẫn các tế bào tạo ra phần của virus.
“Chúng tôi nói chuyện với các công ty dược phẩm và các nhà đầu tư. Không ai quan tâm”, ông Weissman cho biết.
Cuối cùng, hai công ty công nghệ sinh học đã chú ý tới công trình này: Moderna tại Mỹ và BioNTech tại Đức, và cả hai giờ đang giúp tài trợ cho phòng thí nghiệm của Weissman.
“Nó hoạt động”
Những thí nghiệm lâm sàng của một vaccine cúm mRNA sớm được diễn ra, và những nỗ lực để tạo ra vaccine mới đối với virus cytomegalo, virus Zika và các loại khác. Và rồi đến virus corona.
Trong 20 năm, các nhà nghiên cứu đã biết rằng đặc điểm quan trọng của bất cứ loại virus corona nào là protein gai nằm trên bề mặt chúng giúp chúng xâm lấn vào tế bào con người. Đó là mục tiêu béo bở cho vaccine mRNA.
Các nhà khoa học Trung Quốc công bố trình tự di truyền của virus tàn phá Vũ Hán vào tháng 1 năm 2020 và các nhà khoa học khắp nơi bắt tay vào việc. Công ty BioNTech thiết kế mRNA của nó trong nhiều giờ, còn Moderna thiết kế trong 2 ngày.
Ý tưởng của 2 vaccine này là giới thiệu mRNA vào cơ thể, hướng dẫn tế bào cơ thể sản sinh protein gai của virus corona. Hệ thống miễn dịch sẽ thấy protein này, nhận diện nó là từ bên ngoài và học cách tấn công nó nếu nó xuất hiện trong cơ thể.
Tuy nhiên, vaccine cần một bong bóng lipid để bao bọc mRNA và đưa chúng trực tiếp đến các tế bào. Điều này được thực hiện nhờ 25 năm làm việc của nhiều nhà khoa học, trong đó có Pieter Cullis thuộc Đại học British Columbia.
Các nhà khoa học cũng cần tách protein gai của virus này khỏi dữ liệu di truyền được cung cấp bởi các nhà nghiên cứu Trung Quốc. Và vấn đề này cũng được giải quyết nhanh chóng bởi Tiến sĩ Barney Graham thuộc Học viện Y tế Quốc gia và Jason McClellan thuộc Đại học Texas ở Austin.
Việc thử nghiệm các loại vaccine được thiết kế nhanh chóng như vậy đòi hỏi nỗ lực lớn của các công ty và Viện Y tế Quốc gia, nhưng bà Kariko không hề nghi ngờ.
Ngày 8 tháng 11, kết quả đầu tiên của nghiên cứu từ Pfizer-BioNTech cho thấy vaccine mRNA tạo kháng thể mạnh mẽ với loại virus mới. “Ôi, nó thành công. Tôi biết mà”, bà vui mừng.
Để ăn mừng, bà đã ăn hết toàn bộ hộp socola hạt điều của mình, còn ông Weissman thì ăn mừng với gia đình ông ở một nhà hàng. Nhưng sâu thẳm, ông đã rất sợ.
“Giấc mơ của tôi luôn là phát triển một thứ gì đó trong phòng thí nghiệm để giúp mọi người. Và tôi đã thỏa mãn với giấc mơ đời mình”, ông Weissman cho biết.
Bà Kariko và ông Weissman đã được tiêm vào ngày 18/12 tại Đại học Pennsylvania, và đây đã trở thành một sự kiện báo chí. Và khi ánh flash camera xuất hiện, bà bắt đầu thấy choáng ngợp. Khi một quản lý nói với các bác sĩ và y tá đang xắn tay để tiêm chủng rằng các nhà khoa học tạo ra vaccine xuất hiện, họ đều vỗ tay. Bà Kariko đã khóc.
Mọi thứ có thể diễn ra theo một chiều hướng khác, đối với các nhà khoa học cũng như đối với thế giới. “Có lẽ còn nhiều người như cô ấy vẫn đang thất bại ngoài kia”, ông Langer cho biết.
