English
Barry Cohen, phó hiệu trưởng của Khoa Máy tính Ying Wu, đã nghiên cứu thuật toán cho RNA thông tin ổn định sinh học (hay còn gọi là mRNA), một thành phần chính của vắc-xin gần đây đã được Trung tâm Kiểm soát Dịch bệnh và Thực phẩm Hoa Kỳ chấp thuận sử dụng khẩn cấp.
Đối với luận án tiến sĩ của mình tại SUNY Stony Brook vào đầu những năm 2000, Cohen muốn sử dụng máy tính để nghiên cứu sự tiến hóa. Ông tin rằng cơ hội chữa các loại bệnh tật có thể được tìm thấy trong mRNA, các phân tử sợi đơn cung cấp các chỉ thị cho tế bào để tổng hợp protein. Có một số lượng lớn các phân tử mRNA mã hóa cho cùng một loại protein, sự khác biệt giữa chúng là cấu trúc khác nhau của chúng.
Tự nhiên đòi hỏi sự đa dạng để chọn lọc tự nhiên xảy ra. Theo thời gian, thiên nhiên chọn lọc những biến thể nhất định so với những biến thể khác, hướng dẫn quá trình tiến hóa. Cohen lý luận rằng với nhiều loại cấu trúc có sẵn giữa các phân tử mRNA tạo ra cùng một loại protein, thiên nhiên có thể ưu tiên những loại có cấu trúc ổn định nhất, cụ thể là những cấu trúc có thể tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt và sống lâu hơn trước khi chúng phân hủy tự nhiên. Ông tính toán để kiểm tra hàng ngàn gen trong bộ gen mới có sẵn của hàng chục vi khuẩn
Việc chứng kiến bản chất cho thấy sự ưa thích các phân tử ổn định đã thúc đẩy ông bắt đầu tìm cách thiết kế mRNA ổn định theo thuật toán.
Cohen cho biết: “Nếu thiên nhiên thích các phân tử mRNA ổn định, chúng ta có thể tìm ra cách thiết kế một số phân tử ổn định tối đa cho các mục đích của chúng ta. “Mặc dù đó không phải là nơi bắt đầu nghiên cứu của tôi, nhưng đó là điều đã dẫn tôi đến việc tạo ra các thuật toán thiết kế mRNA, đặc biệt là mRNA ổn định. Chúng tôi đã có thể đưa ra một số thuật toán cực kỳ hiệu quả, tốt nhất hiện có vào thời điểm đó. ”
Nghiên cứu thiết kế mRNA tiếp tục là một lĩnh vực quan tâm tích cực của Cohen trong những năm tiếp theo, với nhiều nhà khoa học khác hy vọng nó có thể dẫn đến những đột phá trong việc điều trị các tình trạng bệnh hiểm nghèo bằng cách sử dụng nó để buộc cơ thể tạo ra các protein cụ thể có thể chữa khỏi dịch bệnh. Tuy nhiên, họ gặp phải trở ngại khi hệ thống miễn dịch của cơ thể sẽ tấn công các protein này, coi chúng như một vật thể lạ xâm nhập.
Nhưng trong trường hợp tìm vắc-xin, phản ứng miễn dịch chính xác là kết quả mà các nhà khoa học tìm kiếm. Họ muốn cơ thể học cách nhận biết và ghi nhớ các đoạn vi rút vô hại do vắc xin đưa vào, sau đó tấn công vi rút thực sự nếu nó xuất hiện. Phản ứng miễn dịch đó là cách vắc-xin huấn luyện cơ thể để tránh các bệnh do vi rút gây ra. Đây là nguyên nhân dẫn đến việc thiết kế vắc-xin COVID-19 nhanh chóng chưa từng có.
COVID-19 đại diện cho lần đầu tiên vắc xin mRNA được đưa ra thị trường, vì việc thử nghiệm trên người đòi hỏi nguồn lực khổng lồ và căn bệnh phải lây lan rộng rãi để chứng minh thành công các tiêu chuẩn cao về hiệu quả và an toàn cần thiết cho một phương pháp điều trị sẽ được sử dụng cho hàng trăm triệu người. Khoa học đã ở đó, sẵn sàng được đưa vào hoạt động nếu cần. COVID-19 đã tạo ra một nhu cầu rõ ràng và khẩn cấp. Khi các nhà khoa học Trung Quốc công bố bộ gen của virus COVID-19 vào tháng Giêng, các nhà khoa học ở các nước khác đã bắt tay vào hành động và trong vài ngày đã thiết kế vắc xin dựa trên mRNA. Những tháng kể từ đó đã được dành để kiểm tra kỹ lưỡng.
Các vắc-xin mRNA của Pfizer-BioNTech và Moderna, cùng với các vắc-xin khác dựa trên các công nghệ truyền thống hơn, nhắm mục tiêu vào protein đột biến hình vương miện nổi tiếng hiện nay của coronavirus. Vài ngày sau khi bộ gen COVID-19 được giải trình tự, các nhà khoa học đã sử dụng thiết kế thuật toán để tạo thành công các phân tử mRNA có chứa các hướng dẫn tạo ra đột biến protein COVID. Trong một số loại vắc-xin, protein đột biến cũng đã được tinh chỉnh một cách tính toán để có hiệu quả tối đa. Những vắc-xin mRNA đầu tiên của loại này cho kết quả đầy hứa hẹn, báo cáo về tỷ lệ hiệu quả 95%.
Không rõ liệu các nhà phát triển vắc xin COVID có biết về công việc của Cohen hay họ biết về nó từ nghiên cứu độc lập diễn ra sau đó và dẫn đến kết luận tương tự. Dù vậy, nhờ những phương pháp mà ông đã giúp đi tiên phong, vắc-xin sẽ có thời gian bán hủy dài hơn và dễ bảo quản và vận chuyển hơn, một yếu tố quan trọng cần cân nhắc trước những thách thức to lớn về hậu cần của việc cung cấp vắc-xin.
Cohen nói: “Tôi nói với các sinh viên của mình, những người đang tham gia nghiên cứu hoặc đang tìm kiếm một chủ đề nghiên cứu mà bạn không bao giờ biết nghiên cứu của mình có thể dẫn đến đâu. Những gì bạn nghĩ một ngày nào đó có thể xuất hiện trở lại và trở nên vô cùng quan trọng. Đây là một ví dụ tuyệt vời.”
Tóm tắt: Barry Cohen 20 năm trước đã nghiên cứu một dự án về tìm kiếm cấu trúc phân tử mRNA ổn định, vì tự nhiên theo thời gian sẽ lựa chọn những thứ ổn định nhất và loại bỏ những thứ kém ổn định. mRNA ổn định sẽ tạo ra các Protein của một bệnh cụ thể nhưng vô hại để hệ miễn dịch của cơ thể người có thể ghi nhớ, nhận biết trước và tấn công chúng khi virus thực sự xuất hiện. Phản ứng miễn dịch đó là cách vắc-xin huấn luyện cơ thể để tránh các bệnh do virus gây ra. Chỉ vài ngày sau khi bộ gen của virus Covid-19 được công bố, các nhà khoa học đã ứng dụng nghiên cứu này để thiết kế các phân tử mRNA có chứa cách tạo ra protein của virus Covid-19 vô hại để hệ miễn dịch có thể ghi nhớ và tiêu diệt nó, hiệu quả lên đến 95%. Thời gian sau đó dùng để kiểm tra kỹ lưỡng hơn và giờ loài người đã có vũ khí chống lại Covid-19.
