Đã đến lúc các nhà khoa học mặc vào những bộ đồ người nhái và bơi lặn sâu xuống các đại dương để tìm kiếm những thần dược mới giúp điều trị hiệu quả những chứng bệnh nan y cho con người.
Những con cá mập không phải là thứ đáng sợ nhất trong đại dương đối với các nhà khoa học khi họ bơi lặn để nghiên cứu. Chính những dòng chảy dữ dội hình thành dưới những đáy đại dương bị sụp xuống có thể gây chết người.
“Bạn có thể bị hút vào và đè bẹp bởi áp lực chỉ trong vòng vài phút”, Marcel Jaspars cho biết. Ông là nhà hóa học đã từng tự cứu mình thoát khỏi những dòng chảy như vậy. Ông đã gặp nó khi đang chụp ảnh một con bọt biển (sea sponge) gần Indonesia, ở Đông Nam Á. May mắn là ông đã thổi phồng chiếc áo lặn của mình kịp lúc. Nhờ đó, ông đã nổi được lên bề mặt nước và thoát khỏi dòng chảy chết người.
Bợi lặn có những rủi ro. Nhưng các nhà khoa học làm việc dưới nước đã tập luyện để đối phó với những mối nguy này. Đối với Jaspars, những phần thưởng của nghiên cứu và phiêu lưu dưới nước lớn hơn những rủi ro. Ông tìm kiếm các hóa chất khác thường được tạo ra bởi cuộc sống đại dương. Sau đó, ông phân tích các thành phần của chúng để có thể sử dụng làm thuốc cho con người.
Đại dương có thể là một môi trường kỳ lạ để tìm kiếm các loại thuốc mới. Các sinh vật trong đại dương phải thích nghi với môi trường khắc nghiệt. Do đó những hóa chất chúng tạo ra để sống còn có thể giúp ích cho con người. Hơn 50 năm trước, các nhà khoa học đã phát hiện ra một loại thuốc chống ung thư mới trong một con bọt biển. Kể từ đó, các nhà nghiên cứu đã săn lùng các đại dương để tìm kiếm thêm những sản phẩm thiên nhiên hữu ích như vậy.
Với sự trợ giúp của các robot dưới nước và các tàu ngầm nhỏ, Jaspars và các nhà khoa học khác đang nghiên cứu các đại dương, từ các rạn san hô nông cho đến những tầng đáy sâu thẳm của biển cả. Mục tiêu của họ: tìm kiếm các hóa chất của các sinh vật biển để một ngày nào đó sử dụng điều trị bệnh cho con người.
Lặn sâu
Cuộc nghiên cứu của Jaspars đã đưa ông từ vùng biển xanh tươi quanh Indonesia đến Biển Đỏ (ở phía Nam Israel và tiếp giáp với nhiều quốc gia châu Phi). Ông đã mê bơi lặn sau khi xem các phim truyền hình của nhà thám hiểm đại dương Jacques Cousteau. Vào năm 16 tuổi, Jaspars đã được cấp giấy chứng nhận để lặn ở những vùng nước lạnh ngoài khơi nước Anh. Sau đó, ông học hóa học và sinh học. Những nghiên cứu hiện nay giúp ông tìm ra cách biến các phân tử sinh vật biển thành dược phẩm cho con người.
Xem những con hải tiêu (sea squirts). Những động vật thân mềm không xương này bám chặt cơ thể chúng với đáy biển. Khi chúng bơm nước chứa đầy thức ăn qua cơ thể, chúng lọc ra bất kỳ thành phần nào có thể ăn được. Những con hải tiêu ở rặng san hô Great Barrier Reef của Úc cũng tạo ra các hóa chất có thể tiêu diệt các tế bào ung thư ở người (Các hóa chất có thể giúp các con hải tiêu bảo vệ chính mình). Ông Jaspars đã tìm ra cách để có được vi khuẩn trong một phòng thí nghiệm, phục vụ sản xuất ra cùng một hóa chất tương tự. Điều này cho phép các nhà khoa học có thể nghiên cứu hóa chất mà không cần phải thu thập, hoặc làm hại, bất kỳ những con hải tiêu hoang dã nào.
Hiện nay ông Jaspars đang điều hành Trung tâm Khám phá Sinh học Biển thuộc Đại học Aberdeen, Scotland. Ở đó, ông tập trung vào các vi khuẩn sống trong môi trường rất lạnh, chẳng hạn như Bắc Băng Dương. “Môi trường quá lạnh và sâu, nên không thể bơi lặn ở đó” ông nói. Vì vậy, các nhà khoa học trên các tàu nghiên cứu đã lấy lên những thùng bùn từ đáy biển. Sau đó, họ gửi cho ông những mẫu nhỏ từ những gì họ đã kéo lên được.
Các vi sinh vật sống ở vùng biển lạnh giá của Bắc Cực tiêu hóa thức ăn của chúng bằng những hình thức khác nhau so với các sinh vật trên đất liền. Quá trình biến đổi thức ăn thành năng lượng để tăng trưởng, hoạt động và sinh sản được gọi là sự trao đổi chất. Những quá trình này cũng sản xuất ra các hóa chất được gọi là “chất chuyển hóa thứ cấp”. Đó là những hóa chất không cần có sự can thiệp của vi khuẩn. Cũng vậy, chúng có thể hữu ích cho các vi khuẩn. Một ngày nào đó chúng cũng có thể giúp ích cho mọi người.
Trong một dự án bốn năm gọi là PharmaSeas, các nhà khoa học đã tạo ra hàng ngàn chất chiết xuất lấy từ những mẫu ở đáy biển này. Làm việc với các nhà nghiên cứu từ khắp châu Âu, Jaspars đã cắt giảm con số đó xuống còn khoảng 700 “các chất chiết xuất đáng quan tâm”. Với khoảng một chục trong số đó, các nhà nghiên cứu tìm thấy các hợp chất có tính diệt vi khuẩn mà một số kháng sinh ngày nay không thể làm được.
3 hóa chất mới phát hiện khác có tác dụng làm giảm những cơn co giật động kinh nơi loài chuột. Một hợp chất khác có thể làm giảm các triệu chứng của bệnh Alzheimer. Hóa chất đó đến từ một loài bọt biển biển được thu thập trước đó ở Philippines.
Không bao lâu nữa, Jaspars sẽ bắt đầu quá trình tương tự với các lô bùn mới lấy từ Nam Cực. Những mẫu này được nạo vét lên từ độ sâu 5.000m. Áp lực ở độ sâu đó lớn hơn rất nhiều so với mực nước biển. Với một công cụ phòng thí nghiệm mới, Jaspars sẽ có thể mô phỏng áp lực đó. Nhờ vậy sẽ giúp các vi khuẩn từ đáy biển cảm thấy như chúng đang ở trong nhà của chúng. Những nhà nghiên cứu cần phải tái tạo những điều kiện khắc nghiệt như vậy để nuôi dưỡng các sinh vật vốn vẫn cư ngụ trong những môi trường sống cực đoan. Và, Jaspars ngờ rằng những sinh vật như vậy sẽ có khả năng tạo ra được các chất chuyển hóa chưa từng thấy trước đây.
Bí mật của bọt biển
Không như Jaspars, Shirley Pomponi không bao giờ mơ ước trở thành một thợ lặn biển sâu. Cô muốn làm y tá. Nhưng sau lần lặn đầu tiên, cô biết mình sẽ gắn bó với đại dương.
“Tự do thật tuyệt vời”, Pomponi nói và nhớ lại những chuyến lặn đầu tiên của mình ở biển Caribê. “Bạn đang thở dưới nước, gần như không có trọng lực, và chiêm ngưỡng tất cả những điều tuyệt vời ở đó”.
Những con bọt biển thu hút cô nhiều nhất. Những sinh vật đơn giản này sống ở khắp mọi nơi, từ vùng nước nông cho đến những vùng biển sâu. Do chúng luôn bám vào đáy biển nên chúng không thể di chuyển nếu có một con bọt biển khác cố gắng vượt qua chúng. Vì vậy, những con bọt biển đã tạo ra các hóa chất để bảo vệ mình chống lại những kẻ thù địch xâm lược. Một số trong những hóa chất phòng thủ này có thể là những loại thuốc mới.
Ví dụ: một số hóa chất của bọt biển làm nhiễm độc vào bọt biển xâm nhập bằng cách ngăn chặn các tế bào của nó phân chia. Quá trình ngăn chặn sự phát triển của tế bào cũng là một tác động quan trọng để ngăn chặn bệnh ung thư, cô Pomponi lưu ý. Về cơ bản, ung thư là những tế bào xâm nhập vào mô lành mạnh, từ đó chúng không ngừng phân chia hoặc phát triển.
Pomponi đã tìm thấy một trong những hóa chất đầy hứa hẹn này trong một chuyến bơi lặn đáng nhớ nhất của cô trên vùng biển Caribê. Cô nằm trong nhóm các nhà khoa học đã phát hiện ra một hợp chất chống ung thư được tạo ra bởi một con bọt biển ở vùng nước sâu. Tên của sinh vật này là Discodermia dissoluta. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã biến hợp chất bọt biển thành một loại thuốc gọi là Discodermolide.
Kể từ đó, nhà sinh học này đã thực hiện rất nhiều cuộc lặn không đếm xuể. Hơn 300 chuyến hành trình dưới nước của cô ở trong những chiếc tàu ngầm mini. Những con tàu này có thể lặn sâu xuống tới 900m.
Xác định được các giống bọt biển là vấn đề quan trọng bởi vì những con bọt biển có quan hệ gia đình gần nhau thường tạo ra những hóa chất tương tự như nhau. Những gì Pomponi học hỏi được về chúng đã khiến các nhà nghiên cứu khác mời cô tham gia những thám hiểm dưới biển. Và sau nhiều năm, điều đó đã dẫn đến công việc hiện nay của cô. Pomponi đang điều hành Viện Hợp tác Nghiên cứu, Thăm dò và Công nghệ Đại dương. Viện được tài trợ bởi Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ. Từ căn cứ ở Fort Pierce, Florida, cô đi khắp thế giới để tìm kiếm thêm những giống bọt biển có thể mang lại những dược phẩm mới.
Phát sáng trong bóng tối
Ban đêm là thời gian tốt nhất để bơi lặn và đó cũng là công việc của nhà sinh vật học David Gruber. Trong đại dương, ánh sáng mặt trời không tới được ở những nơi nằm rất xa bên dưới mặt biển. Dưới sâu khoảng 30m, chỉ có ánh sáng màu xanh. Trong thế giới màu xanh đó, một số loài động vật sử dụng biofluorescence để biến ánh sáng thành các màu xanh, cam và đỏ. Những con vật này sử dụng các phân tử màu được gọi là sắc tố. Các sắc tố hấp thụ ánh sáng xanh đến, sau đó gửi ánh sáng đó trở lại.
Một sắc tố được sử dụng bởi sinh vật phát ra huỳnh quang được gọi là GFP. Đó là từ viết tắt của protein huỳnh quang màu xanh lá cây. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phân tử này trong nhiều năm cho hàng loạt các mục đích. Nó có thể làm nổi bật các tế bào nhất định trong các mô từ một loạt các sinh vật. Nó có thể gắn các phân tử trong phản ứng hóa học hoặc theo dõi chuyển động của chúng bên trong tế bào.
Trong một chuyến đi định mệnh đến Úc, hai nhà khoa học đã khám phá ra một loài hải quỳ tạo ra một protein màu đỏ mới cho khoa học. Trong phòng thí nghiệm, Gruber và nhóm nghiên cứu của ông đã biến ánh sáng đỏ đó thành một vật chất dễ nhìn thấy đối với các loại thuốc ung thư.
Các nhà khoa học đã gắn các tế bào ung thư với loại protein phát sáng này. Khi hoạt động, các tế bào đó sẽ phát ra ánh sáng huỳnh quang màu đỏ. Nếu một số loại thuốc ngăn chặn được các tế bào đó tạo ra các protein mới, thì chúng sẽ không còn phát sáng nữa.
