Hành trình khám phá nguồn gốc loài người dựa trên giải mã xem truc tiep bong da k+ của Svante Pääbo - Nobel Y sinh 2022

Bằng cách khám phá những khác biệt về di truyền giúp phân biệt loài xem truc tiep bong da k+ đang tồn tại với những loài xem truc tiep bong da k+ đã tuyệt chủng, các phát minh của Giáo sư Svante Pääbo cung cấp cơ sở để khai phá điều khiến chúng ta trở thành con xem truc tiep bong da k+ duy nhất.

Chúng ta đến từ đâu?

Câu hỏi về nguồn gốc của chúng ta và điều gì khiến chúng ta trở thành duy nhất đã gắn bó với nhân loại từ thời cổ đại.

Nghiên cứu đã cung cấp bằng chứng cho thấy loài xem truc tiep bong da k+ hiện đại về mặt giải phẫu học,Homo sapiens, xuất hiện lần đầu tiên ở châu Phi khoảng 300.000 năm trước, trong khi họ hàng gần nhất được biết đến của chúng ta, xem truc tiep bong da k+ Neanderthal, phát triển bên ngoài châu Phi và cư trú ở châu Âu và Tây Á từ khoảng 400.000 năm cho đến 30.000 năm trước, thời điểm mà họ tuyệt chủng. Khoảng 70.000 năm trước, các nhóm xem truc tiep bong da k+Homo sapiensđã di cư từ châu Phi đến Trung Đông và từ đó họ lan rộng ra phần còn lại của thế giới. Như vậy, xem truc tiep bong da k+Homo sapiensvà xem truc tiep bong da k+ Neanderthal đã cùng tồn tại ở những khu vực rộng lớn của lục địa Á-Âu trong hàng chục nghìn năm.

Nhưng chúng ta biết gì về mối quan hệ của chúng ta với xem truc tiep bong da k+ Neanderthal đã tuyệt chủng? Các manh mối có thể lấy được từ thông tin về hệ gen. Vào cuối những năm 1990, gần như toàn bộ hệ gen của xem truc tiep bong da k+ đã được giải trình tự. Đây là thành tựu đáng kể cho phép các nghiên cứu tiếp theo về mối quan hệ di truyền giữa các quần thể xem truc tiep bong da k+ khác nhau. Tuy nhiên, các nghiên cứu về mối quan hệ giữa xem truc tiep bong da k+ ngày nay và xem truc tiep bong da k+ Neanderthal đã tuyệt chủng đòi hỏi phải giải trình tự DNA hệ gen thu được từ các mẫu vật cổ đại.

Nhiệm vụ dường như bất khả thi

Thời kỳ đầu trong sự nghiệp của mình, Svante Pääbo bị cuốn hút bởi khả năng sử dụng các phương pháp di truyền hiện đại để nghiên cứu DNA của xem truc tiep bong da k+ Neanderthal. Tuy nhiên, ông sớm nhận ra những thách thức khắc nghiệt về kỹ thuật, bởi vì theo thời gian, DNA bị biến đổi về mặt hóa học và phân hủy thành các đoạn ngắn. Sau hàng nghìn năm, chỉ còn lại một lượng dấu vết DNA và những gì còn lại bị nhiễm DNA từ vi khuẩn và xem truc tiep bong da k+ hiện đại. Là một nghiên cứu viên sau tiến sĩ với Allan Wilson, xem truc tiep bong da k+ đi tiên phong trong lĩnh vực sinh học tiến hóa, Pääbo bắt đầu phát triển các phương pháp nghiên cứu DNA của xem truc tiep bong da k+ Neanderthal, một nỗ lực kéo dài vài thập kỷ.

Năm 1990, Pääbo được tuyển dụng vào Đại học Munich, nơi mà với tư cách là một Giáo sư mới được bổ nhiệm, ông tiếp tục công việc của mình về DNA cổ đại. Ông quyết định phân tích DNA từ ti thể của xem truc tiep bong da k+ Neanderthal - bào quan trong tế bào có chứa DNA của chính họ. Hệ gen ti thể nhỏ và chỉ chứa một phần thông tin di truyền trong tế bào, nhưng nó có mặt trong hàng nghìn bản sao, làm tăng cơ hội thành công.

Với những phương pháp tinh xảo của mình, Pääbo đã tìm cách giải mã một vùng DNA ti thể từ một mẩu xương 40.000 năm tuổi. Như vậy, lần đầu tiên, chúng ta truy cập được vào một trình tự gen từ một họ hàng đã tuyệt chủng. Các nghiên cứu so sánh với xem truc tiep bong da k+ đương thời và tinh tinh đã chứng minh rằng xem truc tiep bong da k+ Neanderthal có những khác biệt về mặt di truyền.

Giải trình tự hệ gen của xem truc tiep bong da k+ Neanderthal

Vì các phân tích về hệ gen ti thể nhỏ chỉ cung cấp thông tin hạn chế, Pääbo giờ đây đã phải đương đầu với thách thức to lớn trong việc giải trình tự hệ gen nhân của xem truc tiep bong da k+ Neanderthal. Tại thời điểm này, ông được trao cơ hội thành lập Viện Max Planck ở Leipzig, Đức. Tại đây, Pääbo và nhóm của ông đã cải tiến các phương pháp chiết xuất và phân tích DNA từ xương cốt cổ đại.

Nhóm nghiên cứu đã khai phá những phát triển kỹ thuật mới, giúp việc giải trình tự DNA đạt hiệu quả cao. Pääbo đã hoàn thành điều dường như bất khả thi và công bố trình tự hệ gen xem truc tiep bong da k+ Neanderthal đầu tiên vào năm 2010. Các phân tích so sánh đã chứng minh rằng tổ tiên chung gần đây nhất của xem truc tiep bong da k+ Neanderthal vàHomo sapienssống cách đây khoảng 800.000 năm.

Pääbo và các đồng nghiệp của mình giờ đây đã có thể nghiên cứu mối quan hệ giữa xem truc tiep bong da k+ Neanderthal và con xem truc tiep bong da k+ hiện đại từ các khu vực khác nhau trên thế giới. Các phân tích so sánh cho thấy trình tự DNA của xem truc tiep bong da k+ Neanderthal giống với trình tự của xem truc tiep bong da k+ đương đại có nguồn gốc từ châu Âu hoặc châu Á hơn là trình tự của xem truc tiep bong da k+ đương đại có nguồn gốc từ châu Phi. Điều này có nghĩa là xem truc tiep bong da k+ Neanderthal và xem truc tiep bong da k+Homo sapiensđã lai tạo trong suốt hàng thiên niên kỷ chung sống của họ. Ở xem truc tiep bong da k+ hiện đại có nguồn gốc châu Âu hoặc châu Á, khoảng 1-4% hệ gen có nguồn gốc từ xem truc tiep bong da k+ Neanderthal.

Khác với DNA xem truc tiep bong da k+ hiện đại, DNA xem truc tiep bong da k+ cổ đại thu thập được thường rất khó phục dựng và phân tích do đã bị đứt gãy và tiêu hủy, đòi hỏi các công cụ giải trình tự đặc biệt và công cụ phân tích dữ liệu chuyên biệt. Các tiến bộ gần đây trong lĩnh vực tin sinh học (bioinformatics) đã giúp cho việc phân tích hệ gen xem truc tiep bong da k+ cổ đại trở nên thuận tiện hơn và chính xác hơn.

Bắt đầu từ những công cụ phân tích tin sinh học sơ khai đầu tiên mà Pääbo xây dựng và sử dụng từ hơn 2 thập kỷ trước, rất nhiều công cụ nhanh chóng và mạnh mẽ hơn đã được xây dựng giúp cho việc phân tích toàn bộ hệ gen xem truc tiep bong da k+ cổ đại với quy mô lớn trở nên khả thi.

Các công cụ phân tích này bao gồm rất nhiều bước, từ việc xử lý dữ liệu thô cho đến sửa chữa những hư hỏng đặc trưng khác nhau, tạo dựng cây phân loại chủng loài, phân tích đặc điểm di truyền, và rất nhiều tác vụ phân tích khác. Các phương pháp tin sinh học tiên tiến này đóng vai trò cốt yếu trong việc phục dựng DNA của những xem truc tiep bong da k+ họ hàng cổ đại đã tuyệt chủng từ lâu của chúng ta.

Khám phá chấn động

Năm 2008, một mảnh vỡ 40.000 năm tuổi từ xương ngón tay đã được phát hiện trong hang động Denisova ở phía nam Siberia. Xương này chứa DNA được bảo quản đặc biệt tốt, giúp cho nhóm của Pääbo có thể giải trình tự xem truc tiep bong da k+.

Các kết quả đã gây ra chấn động: chuỗi DNA là độc nhất khi so sánh với tất cả các chuỗi đã biết của xem truc tiep bong da k+ Neanderthal và xem truc tiep bong da k+ ngày nay. Pääbo đã phát hiện ra một loài xem truc tiep bong da k+ chưa từng được biết đến trước đây, được đặt tên là xem truc tiep bong da k+ Denisovan.

Các nghiên cứu so sánh với trình tự của xem truc tiep bong da k+ đương đại từ các khu vực khác nhau trên thế giới cho thấy rằng dòng chuyển gen cũng đã xảy ra giữa xem truc tiep bong da k+ Denisovan vàHomo sapiens.

Mối quan hệ này lần đầu tiên được nhìn thấy trong các quần thể xem truc tiep bong da k+ ở Melanesia và các khu vực khác của Đông Nam Á, nơi các cá thể mang tới 6% DNA của xem truc tiep bong da k+ Denisovan. Những khám phá của Pääbo đã tạo ra sự hiểu biết mới về lịch sử tiến hóa của chúng ta. Vào thời điểm xem truc tiep bong da k+Homo sapiensdi cư ra khỏi châu Phi, ít nhất hai quần thể loài xem truc tiep bong da k+ đã tuyệt chủng từng sinh sống ở lục địa Á-Âu.

xem truc tiep bong da k+ Neanderthal sống ở phía tây lục địa Á-Âu, trong khi xem truc tiep bong da k+ Denisovan cư trú ở phần phía đông của lục địa. Trong quá trình mở rộng của xem truc tiep bong da k+Homo sapiensra bên ngoài châu Phi và di cư về phía đông, họ không chỉ gặp gỡ và lai tạo với xem truc tiep bong da k+ Neanderthal mà còn với xem truc tiep bong da k+ Denisovan.

Hệ xem truc tiep bong da k+ học khảo cổ và các vấn đề liên quan

Thông qua nghiên cứu đột phá của mình, Svante Pääbo đã thành lập một ngành khoa học hoàn toàn mới, hệ xem truc tiep bong da k+ học khảo cổ (paleogenomics).

Nhóm của ông đã hoàn thành phân tích một số trình tự hệ gen bổ sung từ các loài xem truc tiep bong da k+ đã tuyệt chủng. Những khám phá của Pääbo đã tạo ra một nguồn tài nguyên độc đáo, được cộng đồng khoa học sử dụng rộng rãi để hiểu rõ hơn về sự tiến hóa và di cư của loài xem truc tiep bong da k+. Các phương pháp mạnh mới trong phân tích trình tự chỉ ra rằng loài xem truc tiep bong da k+ cổ cũng có thể đã pha trộn với xem truc tiep bong da k+Homo sapiensở châu Phi.

Tuy nhiên, không có hệ gen nào của các loài xem truc tiep bong da k+ đã tuyệt chủng ở châu Phi được xác định trình tự, do sự phân hủy nhanh chóng của DNA cổ trong khí hậu nhiệt đới. Nhờ khám phá của Svante Pääbo, chúng ta hiểu rằng các trình tự gen cổ xưa từ những loài xem truc tiep bong da k+ đã tuyệt chủng có ảnh hưởng đến sinh lý của con xem truc tiep bong da k+ ngày nay.

Điều gì khiến chúng ta trở thành con xem truc tiep bong da k+ độc nhất?

Homo sapiensđược đặc trưng bởi khả năng độc đáo trong việc tạo ra các nền văn hóa phức hợp, những đổi mới sáng tạo tiên tiến và nghệ thuật tượng hình, cũng như khả năng vượt qua vùng nước mở và lan rộng đến tất cả các nơi trên hành tinh của chúng ta. xem truc tiep bong da k+ Neanderthal cũng sống theo nhóm và có bộ não lớn.

Họ cũng sử dụng các công cụ, nhưng chúng phát triển rất ít trong hàng trăm nghìn năm. Sự khác biệt về xem truc tiep bong da k+ giữaHomo sapiensvà những xem truc tiep bong da k+ họ hàng gần nhất đã tuyệt chủng của chúng ta vẫn chưa được biết cho đến khi chúng được xác định thông qua công trình nghiên cứu của Pääbo.

Các nghiên cứu chuyên sâu đang tập trung vào phân tích ý nghĩa chức năng của những khác biệt này với mục tiêu cuối cùng là giải thích điều khiến chúng ta trở thành con xem truc tiep bong da k+ độc nhất vô nhị.

Ảnh hưởng của các nghiên cứu, phát minh của Svante Pääbo đối với Việt Nam

Một trong những cộng sự gần gũi của Svante Pääbo từ thời cùng là Giáo sư Đại học Munich là nhà Di truyền học xem truc tiep bong da k+ Mỹ nổi tiếng Mark Stoneking. Giáo sư Mark Stoneking đã phát triển các hợp tác nghiên cứu về lịch sử quần thể xem truc tiep bong da k+ với rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới, đặc biệt là với các nước Châu Á-Thái Bình Dương như Thái Lan, Philippines và Việt Nam.

Với riêng Việt Nam, từ một hơn một thập kỷ qua Giáo sư Mark Stoneking và Viện MPI-EVA đã hợp tác nghiên cứu và đào tạo về lịch sử di truyền xem truc tiep bong da k+ Việt với Viện Nghiên cứu hệ gen, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (IGR).

Cho đến nay, đã có hai nhà khoa học tại IGR sang làm nghiên cứu sau tiến sĩ, hai xem truc tiep bong da k+ làm thực tập sinh ngắn và dài hạn tại phòng thí nghiệm của Mark Stoneking. Các nghiên cứu hợp tác giữa IGR với Viện Max Planck đã thực hiện phân tích so sánh hệ gen xem truc tiep bong da k+ Việt với hệ gen xem truc tiep bong da k+ tiền sử trong đó có các mẫu khảo cổ từ Việt Nam và các quần thể xem truc tiep bong da k+ trên khắp thế giới và kết quả đã được công bố trên nhiều tạp chí quốc tế có uy tín.

Các nghiên cứu toàn hệ gen xem truc tiep bong da k+ Việt gần đây đều nhận thấy dấu vết của xem truc tiep bong da k+ Neandethal và Denisova. Một phân trích trước đây trên 99 xem truc tiep bong da k+ Kinh tại thành phố Hồ Chí Minh (KHV) trong dự án 1.000 hệ gen quốc tế cho thấy sự hiện diện di truyền của 2,5% bộ gen từ xem truc tiep bong da k+ Neandethal và 0,23% từ xem truc tiep bong da k+ Denisova. Nhằm hiểu rõ hơn đặc điểm di truyền của xem truc tiep bong da k+ Việt, một số dự án giải mã hệ gen trên quần thể xem truc tiep bong da k+ Việt với quy mô lớn hơn đã được tiến hành trong gần một thập kỷ qua.

Gần đây, dự án với quy mô lớn nhất đến thời điểm hiện tại,“Dự án 1000 hệ gen xem truc tiep bong da k+ Việt”, đã được VinBigdata tiến hành từ cuối năm 2018 với sự tham gia cộng tác của nhiều nhà khoa học giàu kinh nghiệm trong nước và quốc tế. Cuối năm 2021 vừa qua nhóm nghiên cứu đã hoàn tất việc giải mã toàn bộ hệ gen của 1.008 xem truc tiep bong da k+ Kinh trưởng thành khỏe mạnh (cả nam và nữ từ 3 miền Bắc, Trung, Nam).

Các phân tích chuyên sâu trên nguồn dữ liệu này đang được tiến hành nhằm tìm hiểu rõ hơn đặc điểm di truyền của xem truc tiep bong da k+ Việt, trong đó bao gồm việc đánh giá chính xác hơn dấu vết của hai loài xem truc tiep bong da k+ cổ đại Neandethal và Denisova trên hệ gen xem truc tiep bong da k+ Việt ngày nay.

Nhìn chung, nghiên cứu hệ gen học xem truc tiep bong da k+ cổ đại cùng với hệ gen học xem truc tiep bong da k+ hiện đại đã mở ra những hướng đi quan trọng cho khoa học hệ gen nói chung và những lĩnh vực liên quan như tin sinh học, cũng như ứng dụng của hệ gen học trong y-sinh-dược học và đời sống con xem truc tiep bong da k+. Trong hành trình này, những đóng góp tiên phong của Pääbo và các cộng sự cùng với nỗ lực của các thế hệ nhà khoa học tiếp nối đã được ghi nhận xứng đáng với Giải Nobel Y sinh năm nay.