Tối 20/1, tại Hà Nội đã diễn ra Lễ trao giải VinFuture lần thứ I. Giải thưởng chính đã được trao cho ba nhà khoa học: Katalin Kariko, Drew Weissman và Pieter Rutter Cullis với công nghệ vắc xin mRNA cứu sống hàng triệu người. Tuy nhiên, không nhiều người biết trước khi đạt được thành công bà Katalin Kariko từng gặp nhiều khó khăn, thậm chí bị chế nhạo.

Vượt biên với 100 USD trong túi

Bà Katalin Kariko lớn lên ở Hungary, là con gái của một người bán thịt. Bà quyết định trở thành một nhà khoa học, mặc dù chưa từng gặp một nhà khoa học nào. Bà lấy bằng Tiến sĩ tại Đại học Szeged và làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Trung tâm Nghiên cứu Sinh học của trường.

Năm 1985, khi nguồn ngân sách cho chương trình nghiên cứu của trường đại học cạn kiệt, Tiến sĩ Kariko cùng chồng và con gái 2 tuổi Susan đã chuyển đến Philadelphia (Mỹ) để làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Temple.

Vì chính phủ Hungary chỉ cho phép họ mang 100 USD khi tới nước khác, bà và chồng đã may 900 bảng Anh (khoảng hơn 1.200 USD ngày nay) vào con gấu bông của con gái. 

Trong toàn bộ sự nghiệp, bà Kariko đã tập trung vào mRNA - tập lệnh di truyền mang các chỉ dẫn DNA đến bộ máy tạo ra protein của mỗi tế bào. Bà tin rằng mRNA có thể được sử dụng để hướng dẫn các tế bào tự sản xuất thuốc, bao gồm cả vắc xin.

Trong nhiều năm, sự nghiệp của bà tại Đại học Pennsylvania rất mong manh. Bà chuyển từ phòng thí nghiệm này sang phòng thí nghiệm khác. Bà chưa bao giờ kiếm được quá 60.000 USD/năm. Bà dành toàn bộ thời gian và tâm huyết cho công việc, ít quan tâm đến sự nổi tiếng.

Tiến sĩ Anthony Fauci, giám đốc Viện Quốc gia về Dị ứng và Bệnh truyền nhiễm hiểu rõ công việc của Tiến sĩ Kariko. "Theo nghĩa tích cực, bà ấy bị ám ảnh bởi khái niệm RNA thông tin", ông nói.

Những cuộc đấu tranh của bà Kariko để tiếp tục trụ vững trong học viện là một điều quen thuộc đối với các nhà khoa học. Bà cần các khoản tài trợ để theo đuổi những ý tưởng có vẻ hoang đường và viễn vông. Tuy nhiên, bà đã không nhận được khoản tài trợ nào, ngay cả khi nghiên cứu nhận được các giải khen thưởng.

Tiến sĩ David Langer, một nhà giải phẫu thần kinh từng làm việc với bà Kariko cho biết: "Khi ý tưởng của bạn đi ngược lại với sự hiểu biết thông thường, việc kêu gọi tài trợ là điều rất khó".

Bà Kariko dành phần lớn thời gian trong ngày ở phòng thí nghiệm. "Nếu không đi làm, em sẽ thấy vui hơn đó", chồng bà, ông Bela Francia, quản lý một khu chung cư, từng nói như vậy khi bà quay trở lại văn phòng vào buổi tối và cuối tuần. Ông từng tính toán rằng những ngày làm việc vô tận của bà Kariko chỉ kiếm được khoảng 1 USD/giờ.

Đối với nhiều nhà khoa học, một khám phá mới thường theo sau là kế hoạch kiếm tiền, thành lập công ty và nhận bằng sáng chế. Nhưng đối với bà Kariko thì không. "Đó là điều xa nhất trong tâm trí Kate", Tiến sĩ Langer nói.

Giờ đây, bà Katalin Kariko, 66 tuổi, được các đồng nghiệp gọi là Kati, đã nổi lên như một trong những người hùng trong đại dịch COVID-19. Bà cùng Tiến sĩ Drew Weissman của Đại học Pennsylvania, đã đặt nền móng cho các loại vắc xin do Pfizer-BioNTech và Moderna sản xuất.

Bị mọi người cười nhạo

Khi Tiến sĩ Kariko bắt đầu, đó là những ngày đầu trong lĩnh vực mRNA. Ngay cả những nhiệm vụ cơ bản nhất cũng khó khăn, nếu không muốn nói là không thể. Làm thế nào để bạn tạo ra các phân tử RNA trong phòng thí nghiệm? Làm thế nào để bạn đưa mRNA vào các tế bào của cơ thể?

Năm 1989, bà nhận công việc với Tiến sĩ Elliot Barnathan, khi đó là bác sĩ tim mạch tại Đại học Pennsylvania. Đó là một vị trí cấp thấp, phó giáo sư nghiên cứu, và không được ký hợp đồng dài hạn. Đáng lẽ bà sẽ được hỗ trợ bằng tiền trợ cấp, nhưng sau cùng đã không có ai nhận được các khoản này.

Bà và Tiến sĩ Barnathan đã lên kế hoạch đưa mRNA vào các tế bào, khiến chúng tạo ra các protein mới. Với một trong những thí nghiệm đầu tiên, họ hy vọng sử dụng chiến lược này để làm các tế bào tạo ra một loại protein được gọi là "thụ thể urokinase". Nếu thí nghiệm hoạt động, họ sẽ phát hiện ra protein mới với một phân tử phóng xạ sẽ được thu hút đến thụ thể.

"Hầu hết mọi người đều cười nhạo chúng tôi", Tiến sĩ Barnathan nói. Trong một ngày định mệnh, máy dò của họ đã tìm thấy các protein mới được tạo ra bởi các tế bào không bao giờ được cho là tạo ra chúng - cho thấy rằng mRNA có thể được sử dụng để chỉ đạo bất kỳ tế bào nào tạo ra bất kỳ loại protein nào theo ý muốn. "Tôi cảm thấy mình như một vị thần", Tiến sĩ Kariko nhớ lại.

Bà và Tiến sĩ Barnathan đã có những tranh cãi nảy lửa về các ý tưởng. Họ có thể sử dụng mRNA để cải thiện mạch máu cho phẫu thuật bắc cầu, hoặc thậm chí có thể sử dụng quy trình này để kéo dài tuổi thọ của tế bào con người.

Tuy nhiên, Tiến sĩ Barnathan đã sớm rời trường đại học, nhận vị trí tại một công ty công nghệ sinh học, và Tiến sĩ Kariko bị bỏ lại mà không có phòng thí nghiệm hoặc hỗ trợ tài chính. Khi đó, bà chỉ có thể ở lại nếu tìm thấy một phòng thí nghiệm khác để làm việc. "Họ mong đợi tôi sẽ nghỉ việc", bà nói.

Tuy nhiên, Tiến sĩ Langer hy vọng sử dụng mRNA để điều trị những bệnh nhân hình thành cục máu đông sau phẫu thuật não, thường dẫn đến đột quỵ. Ý tưởng của ông là làm cho các tế bào trong mạch máu tạo ra oxit nitric, một chất làm giãn nở mạch máu, nhưng có thời gian bán hủy là mili giây. Các bác sĩ không thể chỉ tiêm cho bệnh nhân.

Ông và Tiến sĩ Kariko đã thử mRNA của họ trên các mạch máu cô lập được sử dụng để nghiên cứu đột quỵ. Nó đã thất bại. Họ tiếp tục thử nghiệm trên thỏ, nhưng tiếp tục thất bại.

Sau đó Tiến sĩ Langer cũng rời trường đại học, và chủ tịch bộ phận nói rằng ông ấy cũng sẽ rời đi. Tiến sĩ Kariko lại không có phòng thí nghiệm và không có kinh phí để nghiên cứu.

May mắn thay, Tiến sĩ Weissman đã đến và bắt đầu một cuộc trò chuyện. "Tôi là một nhà khoa học RNA. Tôi có thể tạo ra bất cứ thứ gì với mRNA", Tiến sĩ Kariko nhớ lại. Trong khi đó, Tiến sĩ Weissman nói rằng ông muốn tạo ra một loại vắc xin chống lại H.I.V. "Tôi đã nói: Vâng, vâng, tôi có thể làm được", Tiến sĩ Kariko nói.

Các tạp chí khoa học đều từ chối

Bất chấp sự can đảm đó, nghiên cứu của bà ấy về mRNA đã bị đình trệ. Bà có thể tạo ra các phân tử mRNA để kích thích các tế bào trong đĩa petri tạo ra loại protein mà bà chọn. Tuy nhiên, mRNA không hoạt động trên những con chuột sống.

Thực tế, hệ thống miễn dịch nhận ra các vi khuẩn xâm nhập bằng cách phát hiện mRNA của chúng và phản ứng bằng triệu chứng viêm. Việc tiêm mRNA của các nhà khoa học vào hệ thống miễn dịch giống như một cuộc xâm lược của mầm bệnh.

Tuy nhiên, cùng với câu trả lời đó lại xuất hiện một câu đố khác. Mỗi tế bào trong cơ thể của con người đều tạo ra mRNA và hệ thống miễn dịch. "Tại sao mRNA tôi tạo ra lại khác?" Tiến sĩ Kariko tự hỏi.

Tiến sĩ Weissman nói: "Cả hai chúng tôi đều bắt đầu kêu gọi tài trợ. Chúng tôi không hiểu vấn đề là gì. Mọi người không quan tâm đến mRNA. Những người đã xem xét các khoản tài trợ cho biết mRNA sẽ không phải là một liệu pháp tốt, vì vậy họ khuyên chúng tôi đừng cố gắng".

Các tạp chí khoa học hàng đầu đã từ chối công trình của bộ đôi này. Khi nghiên cứu cuối cùng được công bố, trên tạp chí Immunity, mRNA gần như được rất ít sự chú ý.

Tiến sĩ Weissman và Tiến sĩ Kariko sau đó cho thấy họ có thể khiến một con vật - một con khỉ - tạo ra một loại protein mà họ đã chọn. Trong trường hợp này, họ đã tiêm mRNA cho khỉ để lấy erythropoietin, một loại protein kích thích cơ thể tạo ra các tế bào hồng cầu. Số lượng tế bào hồng cầu của con vật sau đó đã tăng vọt.

"Chúng tôi đã nói chuyện với các công ty dược phẩm và các nhà đầu tư mạo hiểm nhưng không ai quan tâm. Chúng tôi đã la hét rất nhiều, nhưng không ai chịu nghe", ông Weissman chia sẻ.

Tuy nhiên, cuối cùng, hai công ty công nghệ sinh học đã chú ý đến công trình này. Hai công ty đó không ai khác chính là Moderna của Mỹ và BioNTech của Đức.

Kiên trì được đền đáp

Ngay sau đó, các thử nghiệm lâm sàng về vắc xin cúm mRNA đã được tiến hành và đã có những nỗ lực để chế tạo vắc xin mới chống lại cytomegalovirus và virus Zika cùng những loại khác. Tuy nhiên, thứ được nhắc tới nhiều nhất phải là COVID-19.

Trước đó, các nhà khoa học Trung Quốc đã công bố trình tự di truyền của virus tàn phá thành phố Vũ Hán vào tháng 1/2020 và các nhà nghiên cứu ở khắp mọi nơi đã bắt tay vào làm việc để tìm ra vắc xin. BioNTech đã thiết kế vắc xin mRNA của mình trong vài giờ; Moderna cũng thiết kế trong hai ngày.

Ý tưởng cho cả hai loại vắc xin này là đưa mRNA vào cơ thể để kích thích tế bào của con người sản xuất protein. Hệ thống miễn dịch sẽ nhìn thấy protein, nhận ra nó là "yếu tố bên ngoài" và học cách tấn công COVID-19 nếu nó xuất hiện trong cơ thể.

Tuy nhiên, vắc xin cần một bong bóng lipid để bao bọc mRNA và mang nó đến các tế bào mà nó sẽ xâm nhập. Phương tiện này ra đời nhanh chóng, dựa trên 25 năm làm việc của nhiều nhà khoa học, bao gồm cả Pieter Cullis đến từ Đại học British Columbia.

Các nhà khoa học cũng cần phải phân lập protein đột biến của virus khỏi nguồn dữ liệu di truyền do các nhà nghiên cứu Trung Quốc cung cấp. Tiến sĩ Barney Graham đến từ Viện Y tế Quốc gia và Jason McClellan của Đại học Texas tại Austin, đã giải quyết vấn đề đó trong một thời gian ngắn.

Việc thử nghiệm các loại vắc xin được thiết kế nhanh chóng đòi hỏi một nỗ lực lớn của các công ty và Viện Y tế Quốc gia. Tuy nhiên, Tiến sĩ Kariko không nghi ngờ gì.

Vào ngày 8/11/2020, kết quả đầu tiên của nghiên cứu Pfizer-BioNTech đã được đưa ra, cho thấy rằng vắc xin mRNA cung cấp khả năng miễn dịch mạnh mẽ đối với loại virus mới xuất hiện từ Vũ Hán. Để ăn mừng, bà Kariko đã ăn nguyên một hộp đậu phộng phủ sô cô la Goobers.

Trong khi đó, Tiến sĩ Weissman cũng ăn mừng với gia đình. Từ sâu trong thâm tâm mình, ông đã rất sợ hãi. "Ước mơ của tôi luôn là phát triển một thứ gì đó trong phòng thí nghiệm để giúp ích cho mọi người. Tôi đã thỏa mãn ước mơ của đời mình", ông chia sẻ.

Tiến sĩ Kariko và Tiến sĩ Weissman là một trong những người đầu tiên được tiêm thử nghiệm vào ngày 18/12/2020 tại Đại học Pennsylvania. Việc tiêm chủng của họ đã trở thành một sự kiện báo chí được chú ý.