Nhà di truyền học người Thụy Điển Svante Pääbo được vinh danh với giải thưởng Nobel Y sinh 2022 nhờ những nghiên cứu tiên phong về tiến hóa. Svante Pääbo sinh năm 1955 tại Stockholm, từng học tại Đại học Uppsala (Thụy Điển), Đại học Zürich (Thụy Sĩ) và sau đó là Đại học California (Mỹ). Ông trở thành Giáo sư ở Đại học Munich (Đức) năm 1990. Sau đó, năm 1999, ông sáng lập Viện nghiên cứu Nhân chủng học tiến hóa ở Leipzig, Đức và làm việc tại đây cho tới nay.

Ủy ban Nobel cho biết, Giáo sư Svante Pääbo đã hoàn thành một điều dường như không thể khi giải trình tự bộ gen của người Neanderthal đầu tiên và phát hiện ra rằng người Homo sapiens lai với người Neanderthal. Đặc biệt, ông đã tìm thấy sự chuyển gen từ những nhóm người nguyên thủy này sang người Homo sapiens, sau khi họ di cư khỏi châu Phi cách đây khoảng 70.000 năm.

Câu hỏi về nguồn gốc của chúng ta và điều gì khiến chúng ta trở nên độc nhất đã gắn bó với nhân loại từ thời cổ đại. Cổ sinh vật học và khảo cổ học có vai trò quan trọng đối với các nghiên cứu về sự tiến hóa của loài người. Nghiên cứu đã cung cấp bằng chứng cho thấy loài người 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, người 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, vào thời điểm đó họ đã tuyệt chủng. Khoảng 70.000 năm trước, các nhóm người Homo sapiens đã di cư từ Châu Phi đến Trung Đông và từ đó họ di cư rộng ra phần còn lại của thế giới. Do đó, người Homo sapiens và người Neanderthal đã cùng tồn tại ở những khu vực rộng lớn của Âu-Á trong hàng chục nghìn năm. Vào cuối những năm 1990, gần như toàn bộ bộ gen của con người đã được giải trình tự. Đây là một thành tựu đáng kể, cho phép những nghiên cứu tiếp theo biết về mối quan hệ di truyền giữa các quần thể người khác nhau. Tuy nhiên, một số nghiên cứu về mối quan hệ giữa con người ngày nay và người Neanderthal đã tuyệt chủng sẽ đòi hỏi giải trình tự ADN bộ gen thu được từ các mẫu vật cổ xưa.

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 ADN của người Neanderthal. Tuy nhiên, ông sớm nhận ra những thách thức kỹ thuật, bởi vì theo thời gian, ADN bị biến đổi về mặt hóa học và phân hủy thành các đoạn ngắn. Sau hàng nghìn năm, chỉ còn lại một lượng ADN dấu vết và những gì còn lại bị nhiễm ADN từ vi khuẩn và con người hiện đại (Hình 1). Cùng với Allan Wilson - một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong lĩnh vực sinh học tiến hóa, Pääbo bắt đầu phát triển các phương pháp nghiên cứu ADN của người Neanderthal, một nỗ lực kéo dài vài thập kỷ.

Hình 1. ADN được bản địa hóa trong hai ngăn khác nhau trong tế bào. ADN hạt nhân chứa hầu hết thông tin di truyền, trong khi bộ gen ty thể nhỏ hơn nhiều có hàng nghìn bản sao. Sau khi chết, ADN bị suy giảm theo thời gian và cuối cùng chỉ còn lại một lượng nhỏ và nó cũng bị nhiễm từ vi khuẩn.

Năm 1990, Svante Pääbo được tuyển dụng vào Đại học Munich, ông tiếp tục công việc của mình về ADN cổ. Ông quyết định phân tích ADN từ ty thể của người Neanderthal-bào quan trong tế bào có chứa ADN của chính họ. Bộ gen ty thể nhỏ và chỉ chứa một phần nhỏ thông tin di truyền nhưng nó có mặt trong hàng nghìn bản sao, làm tăng cơ hội thành công. Với những phương pháp tinh chế của mình, Pääbo đã tìm cách giải mã một vùng ADN ty thể từ một mẩu xương 40.000 năm tuổi.

Hình 2. A. Pääbo lấy ADN trong các mẫu xương từ các hominin đã tuyệt chủng. Đầu tiên, ông lấy được một mảnh xương từ Neandertal ở Đức, nơi đặt tên cho người Neanderthal. Sau đó, ông sử dụng xương ngón tay từ Hang Denisova ở miền nam Siberia, nơi đặt tên cho người Denisovan. B. Biểu đồ hình cây phát sinh loài thể hiện sự tiến hóa và mối quan hệ giữa Homo sapiens và hominin đã tuyệt chủng. Nó cũng minh họa các dòng gen được Pääbo phát hiện.

Năm 2008, một mảnh vỡ 40.000 năm tuổi từ xương ngón tay đã được phát hiện trong hang động Denisova ở phía nam của Siberia. Xương chứa ADN được bảo quản đặc biệt tốt mà nhóm của Pääbo đã giải trình tự. Các kết quả cho thấy, chuỗi ADN là duy nhất khi so sánh với tất cả các chuỗi đã biết của người Neanderthal và con người ngày nay. Pääbo đã phát hiện ra một hominin chưa từng được biết đến trước đây, được đặt tên là Denisova. So sánh với trình tự của người đương đại từ các vùng khác nhau trên thế giới cho thấy rằng dòng gen cũng đã xảy ra giữa Denisova và Homo sapiens. Mối quan hệ này lần đầu tiên được thấy trong các quần thể ở Melanesia và các khu vực khác của Đông Nam Á, nơi các cá thể mang tới 6% AND Denisova.

Những khám phá của Pääbo đã tạo ra sự hiểu biết mới về lịch sử tiến hóa của chúng ta. Vào thời điểm người Homo sapiens di cư ra khỏi châu Phi, ít nhất hai quần thể hominin đã tuyệt chủng khi sinh sống ở Âu-Á. Người Neanderthal sống ở Tây Âu-Á, trong khi người Denisovan cư trú các phần phía Đông của lục địa. Trong quá trình mở rộng của người Homo sapiens ra bên ngoài châu Phi và di cư về phía Đông, họ không chỉ gặp và lai tạo với người Neanderthal mà còn với người Denisovan (Hình 3).

Những khám phá này 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 người. Các phương pháp mới để phân tích trình tự chỉ ra rằng hominin cổ cũng có thể đã trộn lẫn với người Homo sapiens ở châu Phi. Tuy nhiên, không có bộ gen nào của những hominin đã tuyệt chủng ở châu Phi được xác định trình tự do sự suy thoái nhanh chóng của ADN cổ trong khí hậu nhiệt đới.

Giờ đây chúng ta hiểu rằng các chuỗi gen cổ xưa từ những người họ hàng đã tuyệt chủng của chúng ta ảnh hưởng đến sinh lý của con người ngày nay. Một ví dụ như phiên bản Denisovan của gen EPAS1, mang lại lợi thế cho sinh tồn ở độ cao và phổ biến ở người Tây Tạng ngày nay. Gen của người Neanderthal ảnh hưởng đến phản ứng miễn dịch của chúng ta đối với các loại nhiễm trùng khác nhau.

Hình 3. Khám phá của Pääbo đã cung cấp thông tin quan trọng về cách dân cư trên thế giới vào thời điểm người Homo sapiens di cư ra khỏi châu Phi và lan sang phần còn lại của thế giới. Người Neanderthal sống ở phía tây và người Denisovan ở phía đông trên lục địa Á-Âu. Sự giao phối giữa các loài xảy ra khi người Homo sapiens lan rộng khắp lục địa, để lại những dấu vết vẫn còn trong ADN của chúng ta.

Homo sapiens được đặc trưng bởi khả năng độc đáo trong việc tạo ra các nền văn hóa phức tạp, những đổi mới 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 (Hình 4). Người Neanderthal cũng sống theo nhóm và có bộ não lớn (Hình 4). Họ cũng sử dụng các công cụ, nhưng chúng phát triển rất ít trong hàng trăm nghìn năm. Sự khác biệt về gen giữa Homo sapiens và những người 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. Nghiên cứu liên tục chuyên sâu tập trung vào phân tích ý nghĩa chức năng của những khác biệt này với mục tiêu cuối cùng là giải thích điều gì khiến chúng ta trở thành con người độc nhất vô nhị.

Hình 4. Công việc đặc biệt của Pääbo cung cấp cơ sở để giải thích điều gì khiến chúng ta trở thành con người độc đáo.

Đ.T.V (NASATI), theo https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2022/summary/, 5/10/2022