Viết Lại Mã Sự Sống PDF EPUB

" Viết Lại Mã Sự Sống PDF EPUB 🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Viết Lại Mã Sự Sống PDF EPUB Ebooks Nhóm Zalo VIẾT LẠI MÃ SỰ SỐNG GIỚI THIỆU Jennifer Doudna không thể ngủ. Berkeley, trường đại học nơi cô từng là siêu sao vì vai trò phát minh ra công nghệ chỉnh sửa gen được gọi là CRISPR, vừa phải đóng cửa khuôn viên trường vì đại dịch coronavirus lây lan nhanh. Cô đã lái xe đưa con trai mình, Andy, một học sinh trung học, đến ga xe lửa để cậu bé có thể đến Fresno tham gia cuộc thi chế tạo robot. Lúc 2 giờ sáng, cô đánh thức chồng và đòi phải đến chỗ con trai trước khi trận đấu bắt đầu, khi hơn 112 đứa trẻ sẽ tập trung tại một trung tâm hội nghị trong nhà. Họ mặc quần áo, lên xe, tìm một trạm xăng, và lái xe ba giờ đồng hồ. Andy, con một, không vui khi thấy bố mẹ, nhưng họ thuyết phục cậu thu dọn đồ đạc và trở về nhà. Khi họ ra khỏi bãi đậu xe, Andy nhận được một tin nhắn từ đội: “Trận đấu robot bị hủy! Tất cả phải rời đi ngay lập tức!“ Doudna nhớ lại đây là thời điểm cô nhận ra thế giới của mình và thế giới khoa học đã thay đổi. Chính phủ đang lúng túng phản ứng với COVID, vì vậy đã đến lúc các giáo sư và nghiên cứu sinh, nắm chặt ống nghiệm và nâng pipet của họ lên cao. Ngày hôm sau — Thứ Sáu, ngày 13 tháng 3 năm 2020 — cô đã dẫn đầu một cuộc họp của các đồng nghiệp Berkeley của mình và các nhà khoa học khác ở Bay Area để thảo luận về vai trò mà họ có thể tham gia. pipet Hàng chục người trong số họ đã băng qua khuôn viên Berkeley hoang vắng và hội tụ tại tòa nhà bằng đá và kính đẹp mắt là nơi đặt phòng thí nghiệm. Những chiếc ghế trong phòng họp ở tầng trệt được gom lại, vì vậy điều đầu tiên họ làm là di chuyển chúng cách nhau 2m. Sau đó, họ bật hệ thống video để năm mươi nhà nghiên cứu khác từ các trường đại học gần đó có thể tham gia bằng Zoom. Khi cô ấy đứng trước cửa phòng để tập hợp họ, Doudna thể hiện một sự dữ dội mà cô thường che đậy bởi vẻ ngoài bình tĩnh. “Đây không phải là điều mà các học giả thường làm,” cô nói với họ. “Chúng ta cần phải đẩy mạnh.” Zoom là một phần mềm gọi video phát triển bởi Zoom Video Communications. Phiên bản miễn phí cung cấp dịch vụ gọi video với tối đa 100 thiết bị cùng lúc, và giới hạn thời gian là 40 phút đối với cuộc gặp có từ ba người tham gia trở lên. Thật phù hợp khi một nhóm chống virus sẽ do một nhà tiên phong CRISPR lãnh đạo. Công cụ chỉnh sửa gen mà Doudna và những người khác đã phát triển vào năm 2012 dựa trên một thủ thuật chống lại virus được sử dụng bởi vi khuẩn, loài đã chiến đấu chống lại virus trong hơn một tỷ năm. Trong DNA của chúng, vi khuẩn phát triển các chuỗi lặp lại thành cụm, được gọi là CRISPR, có thể ghi nhớ và sau đó tiêu diệt virus tấn công chúng. Nói cách khác, đó là một hệ thống miễn dịch có thể tự thích ứng để chống lại từng làn sóng virus mới — chính là thứ mà con người chúng ta cần trong thời đại đã bị tàn phá, như thể chúng ta vẫn còn ở thời Trung cổ, bởi các dịch bệnh virus lặp đi lặp lại. Luôn chuẩn bị và có phương pháp, Doudna (phát âm là DOWD-nuh) đã trình bày các slide đề xuất các cách họ có thể thực hiện đối với coronavirus. Cô ấy dẫn dắt bằng cách lắng nghe. Mặc dù, cô đã trở thành người nổi tiếng về khoa học, nhưng mọi người vẫn cảm thấy thoải mái khi tham gia cùng. Cô đã thành thạo nghệ thuật sắp xếp lịch trình chặt chẽ trong khi vẫn tìm thấy thời gian để kết nối với mọi người về mặt tình cảm. Nhóm đầu tiên Doudna tập hợp, được giao công việc tạo ra một phòng thí nghiệm thử nghiệm coronavirus. Một trong những nhà lãnh đạo mà cô hợp tác là một postdoc tên là Jennifer Hamilton, một vài tháng trước đó, đã dành một ngày dạy tôi sử dụng CRISPR để chỉnh sửa gen người. Tôi hài lòng, nhưng cũng hơi bất ngờ, khi thấy nó dễ dàng như thế. Ngay cả tôi cũng có thể làm được! Một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ hoặc postdoc là một người chuyên nghiệp tiến hành nghiên cứu sau khi hoàn thành nghiên cứu tiến sĩ của họ. Một nhóm khác được giao nhiệm vụ phát triển các loại xét nghiệm coronavirus mới dựa trên CRISPR. Nó khiến Doudna thích các doanh nghiệp thương mại. Ba năm trước đó, cô và hai sinh viên tốt nghiệp của mình đã thành lập một công ty sử dụng CRISPR như một công cụ để phát hiện các bệnh do virus gây ra. Trong nỗ lực tìm kiếm các thử nghiệm mới để phát hiện coronavirus, Doudna đang mở ra một mặt trận khác trong cuộc đấu tranh khốc liệt nhưng có kết quả của mình với một đối thủ xuyên quốc gia. Feng Zhang, một nhà nghiên cứu trẻ tuổi quyến rũ sinh ra ở Trung Quốc và lớn lên tại Iowa, làm việc cho Viện Broad của MIT và Harvard, đã từng là đối thủ của cô trong cuộc đua năm 2012 để biến CRISPR thành một công cụ chỉnh sửa gen, và kể từ đó họ đã cạnh tranh khốc liệt để thực hiện các khám phá khoa học và hình thành các công ty dựa trên CRISPR. Giờ đây, với sự bùng nổ của đại dịch, họ sẽ tham gia vào một cuộc đua khác, cuộc đua được thúc đẩy không phải bởi việc theo đuổi các bằng sáng chế mà bởi mong muốn làm điều tốt. Doudna đã giải quyết trên mười dự án. Cô gợi ý các nhóm trưởng và bảo những người khác tự sắp xếp vào các đội. Họ nên kết đôi với ai đó, sẽ thực hiện các chức năng tương tự: nếu bất kỳ ai trong số họ bị virus tấn công, sẽ có người bước vào và tiếp tục công việc. Đó là lần cuối cùng họ gặp mặt trực tiếp. Từ đó trở đi, các nhóm sẽ cộng tác qua Zoom và Slack. “Tôi muốn mọi người sớm bắt đầu,” cô nói. “Thực sự sớm.” “Đừng lo lắng,” một trong những người tham gia đảm bảo với cô. “Không ai có bất kỳ kế hoạch du lịch nào.” Điều không ai trong số những người tham gia thảo luận là một triển vọng ở phạm vi xa hơn: sử dụng CRISPR để thiết kế các chỉnh sửa có thể thừa hưởng ở người nhằm giúp con cái và tất cả con cháu của chúng ta ít bị nhiễm virus hơn. Những cải tiến về gen có thể làm thay đổi vĩnh viễn loài người. “Đó là lĩnh vực khoa học viễn tưởng,” Doudna nói một cách miễn cưỡng khi tôi nêu chủ đề sau cuộc họp. Vâng, tôi đồng ý, nó hơi giống Brave New World hoặc Gattaca. Nhưng như với bất kỳ bộ phim khoa học viễn tưởng hay nào, các yếu tố đã trở thành sự thật. Vào tháng 11 năm 2018, một nhà khoa học trẻ người Trung Quốc đã tham dự một số hội nghị chỉnh sửa gen của Doudna đã sử dụng CRISPR để chỉnh sửa phôi và loại bỏ gen tạo ra thụ thể cho HIV, loại virus gây ra bệnh AIDS. Nó dẫn đến sự ra đời của hai bé gái sinh đôi, những “em bé có thiết kế riêng” đầu tiên trên thế giới. Brave New World là một tiểu thuyết khoa học xã hội viễn tưởng của tác giả người Anh Aldous Huxley, được viết vào năm 1931 và xuất bản năm 1932. Gattaca là một bộ phim khoa học viễn tưởng của Mỹ năm 1997 do Andrew Niccol viết kịch bản và đạo diễn. Phim có sự tham gia của Ethan Hawke và Uma Thurman, với Jude Law, Loren Dean, Ernest Borgnine, Gore Vidal và Alan Arkin xuất hiện trong các vai phụ. Có một sự kinh ngạc bùng phát ngay lập tức và sau đó là sốc. Cánh tay giương ra, các ủy ban được triệu tập. Sau hơn ba tỷ năm tiến hóa của sự sống trên hành tinh này, một loài (chúng ta) đã phát triển tài năng và sự ngoan cường để giành quyền kiểm soát tương lai di truyền của chính mình. Có cảm giác chúng ta đã bước qua ngưỡng cửa để sang một thời đại hoàn toàn mới, có lẽ là một thế giới mới như khi Adam và Eve cắn vào quả táo hay Prometheus giật lửa từ các vị thần. Khả năng chỉnh sửa gen mới của chúng ta đặt ra một số câu hỏi hấp dẫn. Chúng ta có nên chỉnh sửa để làm cho chúng ta ít bị nhiễm virus chết người hơn không? Thật là một lợi ích tuyệt vời! Đúng? Chúng ta có nên sử dụng chỉnh sửa gen để loại bỏ các chứng rối loạn đáng sợ, chẳng hạn như bệnh Huntington, bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm và bệnh xơ nang không? Điều đó cũng có vẻ tốt. Và điếc hay mù thì sao? Hay là lùn? Hmmm… Chúng ta nên nghĩ về điều đó như thế nào? Một vài thập kỷ nữa, nếu điều đó trở nên khả thi và an toàn, chúng ta có nên cho phép các bậc cha mẹ nâng cao chỉ số IQ và cơ bắp của con cái họ không? Chúng ta có nên để họ quyết định màu mắt không? Màu da? Chiều cao? Ái chà! Hãy tạm dừng một chút trước khi chúng ta trượt hết đường xuống con dốc trơn trượt này. Nếu chúng ta không còn phụ thuộc vào một cuộc xổ số ngẫu nhiên khi nói đến thiên phú của chúng ta, nó có làm suy yếu cảm giác đồng cảm và chấp nhận của chúng ta? Trước những vấn đề này, liệu những quyết định như vậy có nên chỉ dành cho cá nhân hay toàn xã hội nên có tiếng nói? Có lẽ chúng ta nên phát triển một số quy tắc. Tất cả chúng ta, bao gồm cả bạn và tôi. Tìm hiểu xem liệu và khi nào việc chỉnh sửa gen sẽ là một trong những câu hỏi quan trọng nhất của thế kỷ XXI, vì vậy tôi nghĩ sẽ rất hữu ích nếu hiểu được cách thực hiện nó. Tương tự như vậy, các đợt dịch virus tái diễn khiến cho việc hiểu biết về khoa học sự sống trở nên quan trọng. Có một niềm vui bắt nguồn từ việc hiểu rõ cách thức hoạt động của một thứ gì đó, đặc biệt khi thứ đó là của chính chúng ta. Doudna thích thú với niềm vui đó, và chúng ta cũng vậy. Đó là những gì cuốn sách này nói về. Việc phát minh ra CRISPR và bệnh dịch COVID sẽ đẩy nhanh quá trình chuyển đổi của chúng ta sang cuộc cách mạng vĩ đại lần thứ ba của thời hiện đại. Những cuộc cách mạng này bắt đầu chỉ hơn một thế kỷ trước, về ba hạt nhân cơ bản của sự tồn tại: nguyên tử, bit và gen. Nửa đầu thế kỷ 20, bắt đầu với các bài báo năm 1905 của Albert Einstein về thuyết tương đối và lý thuyết lượng tử, đã làm nổi bật cuộc cách mạng do vật lý thúc đẩy. Trong 5 thập kỷ kỳ diệu, các lý thuyết của ông đã dẫn đến bom nguyên tử và năng lượng hạt nhân, bóng bán dẫn và tàu vũ trụ, laser và radar. Nửa sau của thế kỷ 20 là kỷ nguyên công nghệ thông tin, dựa trên ý tưởng tất cả thông tin có thể được mã hóa bằng các chữ số nhị phân - được gọi là bit - và tất cả các quy trình logic có thể được thực hiện bởi các mạch có công tắc bật-tắt [0-1]. Vào những năm 1950, điều này dẫn đến sự phát triển của vi mạch, máy tính và internet. Khi ba sự đổi mới này được kết hợp với nhau, cuộc cách mạng kỹ thuật số đã ra đời. Giờ đây, chúng ta đã bước vào kỷ nguyên thứ ba và thậm chí còn quan trọng hơn, một cuộc cách mạng khoa học đời sống. Những đứa trẻ ‘mã hóa’ sẽ ra đời bởi những người nghiên cứu mã di truyền. Khi Doudna là sinh viên tốt nghiệp vào những năm 1990, các nhà sinh vật học khác đang chạy đua để lập bản đồ các gen được mã hóa bởi DNA của chúng ta. Nhưng cô ấy trở nên quan tâm hơn đến người anh em ít nổi tiếng của DNA, RNA. Đó là phân tử thực sự thực hiện công việc trong tế bào bằng cách sao chép một số hướng dẫn được mã hóa bởi DNA và sử dụng chúng để tạo ra protein. Hành trình tìm hiểu RNA đã dẫn cô đến câu hỏi cơ bản nhất: Cuộc sống bắt đầu như thế nào? Cô đã nghiên cứu các phân tử RNA có thể tự tái tạo, điều này làm dấy lên khả năng các chất hóa học trên hành tinh cách đây 4 tỷ năm, chúng đã bắt đầu sản sinh ngay cả trước khi DNA ra đời. Là một nhà hóa sinh tại Berkeley nghiên cứu các phân tử của sự sống, cô tập trung vào việc tìm ra cấu trúc của chúng. Nếu bạn là một thám tử, những manh mối cơ bản nhất trong một đơn vị sinh học đến từ việc khám phá cách xoắn và gấp của một phân tử xác định cách nó tương tác với các phân tử khác. Trong trường hợp của Doudna, điều đó có nghĩa là nghiên cứu cấu trúc của RNA. Đó là tiếng vang của công việc mà Rosalind Franklin đã làm với DNA, được James Watson và Francis Crick sử dụng để khám phá cấu trúc chuỗi xoắn kép của DNA vào năm 1953. Chuyên môn của Doudna về RNA đã dẫn đến cuộc gọi từ một nhà sinh vật học tại Berkeley, người đang nghiên cứu hệ thống CRISPR mà vi khuẩn đã phát triển trong cuộc chiến chống lại virus. Giống như rất nhiều khám phá khoa học cơ bản, hóa ra nó lại có những ứng dụng thực tế. Một số thì khá bình thường, chẳng hạn như bảo vệ vi khuẩn trong môi trường nuôi cấy sữa chua. Nhưng vào năm 2012, Doudna và những người khác đã tìm ra một công dụng quan trọng hơn: làm thế nào để biến CRISPR thành một công cụ chỉnh sửa gen. CRISPR hiện đang được sử dụng để điều trị bệnh thiếu hồng cầu hình liềm, ung thư và mù lòa. Và vào năm 2020, Doudna và các nhóm của cô bắt đầu khám phá cách CRISPR có thể phát hiện và tiêu diệt coronavirus. Doudna nói: “CRISPR phát triển trong vi khuẩn do cuộc chiến chống lại virus kéo dài của chúng. Con người chúng ta không có thời gian để chờ các tế bào của chính mình phát triển khả năng chống lại loại virus này, vì vậy chúng ta phải sử dụng sự khéo léo của mình để làm điều đó. Có phải một trong những công cụ là hệ thống miễn dịch vi khuẩn cổ xưa có tên là CRISPR không? Tự nhiên thật đẹp theo cách đó. Hãy nhớ câu đó: Tự nhiên thật đẹp. Đó là một chủ đề khác của cuốn sách này. Có những ngôi sao khác trong lĩnh vực chỉnh sửa gen. Hầu hết họ đều xứng đáng trở thành tâm điểm của các bộ phim tiểu sử. Họ đóng những vai trò quan trọng trong cuốn sách, bởi vì tôi muốn chứng minh khoa học là một môn thể thao đồng đội. Nhưng tôi cũng muốn thể hiện tác động mà một cầu thủ bền bỉ, ham học hỏi, cứng đầu và giỏi cạnh tranh có thể có. Với nụ cười đôi khi (nhưng không phải lúc nào cũng) che đi sự cảnh giác trong mắt, Jennifer Doudna hóa ra là một nhân vật trung tâm tuyệt vời. Cô có bản năng hợp tác, như bất kỳ nhà khoa học nào cũng phải có, nhưng ăn sâu vào tính cách là tính cạnh tranh, điều hầu hết các nhà đổi mới vĩ đại đều có. Câu chuyện cuộc đời của cô — với tư cách là một nhà nghiên cứu, người đoạt giải Nobel và nhà tư tưởng chính sách công — kết nối câu chuyện CRISPR với một số chủ đề lịch sử lớn hơn, bao gồm vai trò của phụ nữ trong khoa học. Công việc của cô cũng minh họa, như Leonardo da Vinci đã làm — chìa khóa của sự đổi mới là kết nối sự tò mò về khoa học cơ bản với công việc thực tế là phát minh ra các công cụ có thể áp dụng cho cuộc sống — chuyển những khám phá từ băng ghế phòng thí nghiệm ra cuộc sống. Bằng cách kể câu chuyện của cô ấy, tôi hy vọng sẽ có cái nhìn cận cảnh về cách thức hoạt động của khoa học. Điều gì thực sự xảy ra trong phòng thí nghiệm? Khám phá phụ thuộc vào thiên tài cá nhân ở mức độ nào, và làm việc nhóm trở nên quan trọng hơn ở mức độ nào? Sự cạnh tranh về giải thưởng và bằng sáng chế có làm suy yếu sự hợp tác không? Trên hết, tôi muốn truyền đạt tầm quan trọng của khoa học cơ bản, nghĩa là các nhiệm vụ hướng đến sự tò mò hơn là hướng vào ứng dụng. Nghiên cứu dựa trên sự tò mò về những điều kỳ diệu của thiên nhiên gieo trồng những hạt giống, đôi khi theo những cách không thể đoán trước, cho những phát kiến sau này. Nghiên cứu về vật lý trạng thái bề mặt cuối cùng đã dẫn đến bóng bán dẫn và vi mạch. Tương tự như vậy, các nghiên cứu về một phương pháp đáng kinh ngạc mà vi khuẩn sử dụng để chống lại virus cuối cùng đã dẫn đến một công cụ và kỹ thuật chỉnh sửa gen mà con người có thể sử dụng trong cuộc đấu tranh chống lại virus của chính họ. Đó là câu chuyện chứa đầy những câu hỏi lớn nhất, từ nguồn gốc của sự sống đến tương lai của loài người. Và nó bắt đầu với một cô bé lớp sáu thích tìm kiếm ‘cây mắc cỡ’ và những hiện tượng hấp dẫn khác giữa những tảng đá nham thạch của Hawaii, một ngày nọ đi học về và tìm thấy trên giường của mình một câu chuyện về những người đã khám phá ra những gì họ đã tuyên bố - chỉ với một chút cường điệu, ‘bí mật của cuộc sống’. PHẦN MỘT Nguồn gốc sự sống Đức Chúa Trời đã tạo ra một khu vườn ở phía đông, trong vườn Eden; và ở đó ngài đặt vào con người mà ngài tạo ra. Đức Chúa Trời đã tạo ra những cái cây mọc lên từ mặt đất, tươi tốt và quả rất ngon; cây sự sống nằm ở giữa vườn, và biết được điều thiện ác. Sách Sáng Thế 2: 8–9 CHƯƠNG 1 Hilo Haole Nếu lớn lên ở bất kỳ vùng nào khác của Mỹ, Jennifer Doudna có lẽ đã cảm thấy mình như một đứa trẻ bình thường. Nhưng ở Hilo, một thị trấn cổ trong khu vực có nhiều núi lửa của Đảo Lớn Hawaii, việc cô có tóc vàng, mắt xanh và cao lêu nghêu khiến cô cảm thấy,“như thể tôi là một kẻ quái dị.” Cô bị những đứa trẻ khác, đặc biệt là các chàng trai trêu chọc, bởi vì không giống như chúng, cô có lông trên cánh tay. Họ gọi cô ấy là ‘haole’, một thuật ngữ, mặc dù không quá tệ, nhưng thường được sử dụng như một lời chê bai đối với những người không phải là dân bản xứ. Nó thấm nhuần trong cô một lớp vỏ cảnh giác ngay dưới bề mặt của thứ mà sau này trở thành một hình thái đáng ngưỡng mộ và quyến rũ. Hilo, Đảo Lớn Hawaii Một câu chuyện đã trở thành một phần của truyền thuyết gia đình liên quan đến một trong những người bà cố của Jennifer. Bà là một phần của một gia đình có ba anh em trai và ba chị em gái. Cha mẹ của họ không đủ khả năng cho cả sáu người đi học, vì vậy họ quyết định gửi ba cô gái đi. Một người đã trở thành giáo viên ở Montana và giữ một cuốn nhật ký được lưu truyền qua nhiều thế hệ. Nó chứa đầy những câu chuyện về sự kiên trì, bị gãy xương, làm việc trong cửa hàng của gia đình, và những nỗ lực khác. “Bà ấy cứng cỏi, bướng bỉnh và có tinh thần tiên phong,” Sarah, chị gái của Jennifer, người lưu giữ nhật ký của thế hệ hiện tại, cho biết. Jennifer cũng là một trong ba chị em gái, nhưng không có anh trai. Là người lớn tuổi nhất, cô được cha mình, Martin Doudna, người đôi khi gọi các con của ông là “Jennifer và các cô gái”. Cô sinh ngày 19 tháng 2 năm 1964, tại Washington, D.C., nơi cha cô làm việc như một nhà viết lời cho Bộ Quốc phòng. Ông khao khát trở thành một giáo sư văn học Mỹ, vì vậy ông chuyển đến Ann Arbor cùng với vợ, một giáo viên đại học cộng đồng tên là Dorothy, và đăng ký học tại Đại học Michigan. Khi lấy bằng tiến sĩ, ông đã nộp đơn 50 chỗ và chỉ nhận được một lời đề nghị, từ Đại học Hawaii tại Hilo. Vì vậy, ông đã vay 900 đô la từ quỹ hưu trí của vợ và chuyển gia đình đến đó vào tháng 8 năm 1971, khi Jennifer lên bảy. Nhiều người sáng tạo - bao gồm hầu hết những người mà tôi đã ghi chép, chẳng hạn như Leonardo da Vinci, Albert Einstein, Henry Kissinger và Steve Jobs - lớn lên với cảm giác xa lạ với môi trường xung quanh. Đó là trường hợp của Doudna khi còn là một cô gái trẻ tóc vàng trong số những người Polynesia ở Hilo. “Tôi thực sự, thực sự cô đơn và bị cô lập ở trường,” cô nói. Vào năm lớp ba, cô cảm thấy bị tẩy chay đến mức khó ăn. “Tôi đã gặp đủ loại vấn đề về tiêu hóa mà sau này tôi nhận ra có liên quan đến căng thẳng. Bọn trẻ trêu chọc tôi mỗi ngày.“ Cô ấy rút lui vào sách và phát triển một lớp phòng thủ. “Có một phần bên trong tôi mà họ sẽ không bao giờ chạm vào,” cô tự nhủ. Polynesia là một phân vùng của châu Đại Dương, gồm khoảng trên 1.000 đảo ở phía trung và nam Thái Bình Dương. Giống như nhiều người khác, những người từng cảm thấy mình như một người ngoài cuộc, cô phát triển một sự tò mò về cách con người chúng ta phù hợp với tạo hóa. “Kinh nghiệm hình thành của tôi là cố gắng tìm ra tôi là ai trên thế giới và làm thế nào để phù hợp theo một cách nào đó,” cô nói. May mắn thay, cảm giác xa lạ này đã không trở nên quá ăn sâu. Cuộc sống khi còn là một nữ sinh trở nên tốt hơn, cô phát triển một tinh thần thể chất, và các mô sẹo của thời thơ ấu bắt đầu mờ đi. Nó sẽ chỉ trở nên bùng phát trong những trường hợp hiếm hoi, khi một số hành động - kết thúc việc nộp đơn xin cấp bằng sáng chế, một đồng nghiệp nam bí mật hoặc gây hiểu lầm - bị trầy xước đủ sâu. Nở hoa Quá trình cải thiện bắt đầu từ giữa năm lớp ba, khi gia đình cô chuyển từ trung tâm Hilo đến một khu phát triển mới với những ngôi nhà phố trên một con dốc trong rừng ở xa hơn hai bên sườn của núi lửa Mauna Loa. Cô chuyển từ một trường lớn, với sáu mươi đứa trẻ mỗi lớp, sang một trường nhỏ hơn chỉ có hai mươi. Họ đang nghiên cứu lịch sử Hoa Kỳ, một môn học khiến cô cảm thấy gắn kết hơn. “Đó là một bước ngoặt,” cô nhớ lại. Cô phát triển tốt đến nỗi khi học lớp năm, giáo viên toán và khoa học đã thúc giục cô vượt cấp. Vì vậy, cha mẹ chuyển cô vào lớp sáu. Năm đó, cuối cùng cô cũng có một người bạn thân, người cô giữ suốt cuộc đời. Lisa Hinkley (bây giờ là Lisa Twigg-Smith) xuất thân từ một gia đình Hawaii hỗn hợp cổ điển: một phần Scotland, Đan Mạch, Trung Quốc và Polynesia. Cô biết cách xử lý với những kẻ bắt nạt. “Khi ai đó gọi tôi là fucking [đ*t m*] haole, tôi sẽ co rúm người lại,” Doudna nhớ lại. “Nhưng khi một kẻ bắt nạt gọi tên Lisa, cô ấy sẽ quay lại và nhìn thẳng vào anh ta và trả lại tất cả. Tôi quyết định mình muốn trở thành như vậy.“ Một ngày nọ trong lớp, các học sinh được hỏi, chúng muốn trở thành gì khi lớn lên. Lisa tuyên bố muốn trở thành một vận động viên nhảy dù. “Tôi đã nghĩ,” Thật là tuyệt. “Tôi không thể tưởng tượng được việc trả lời như vậy. Cô ấy rất táo bạo theo cách mà tôi thì không, và tôi cũng quyết định cố gắng trở nên táo bạo.“ Doudna và Hinkley dành cả buổi chiều để đạp xe và đi bộ đường dài qua những cánh đồng mía. Hệ sinh vật rất tươi tốt và đa dạng: rêu và nấm, đào và cọ. Họ tìm thấy những đồng cỏ chứa đầy đá nham thạch phủ đầy cây dương xỉ. Trong các hang động có dòng dung nham, có một loài nhện không có mắt. Làm thế nào, Doudna tự hỏi, nó đã xảy ra như thế nào? Cô cũng bị hấp dẫn bởi một cây nho gai có tên là hilahila hay ‘cây mắc cở’ vì những chiếc lá giống cây dương xỉ của nó cuộn lại khi chạm vào. “Tôi đã tự hỏi bản thân mình,” cô nhớ lại,“Điều gì khiến những chiếc lá đóng lại khi bạn chạm vào chúng?“ Tất cả chúng ta đều nhìn thấy những điều kỳ diệu của thiên nhiên mỗi ngày, cho dù đó là cây cối hay cảnh hoàng hôn vươn ngón tay hồng lên bầu trời xanh thẳm. Chìa khóa của sự tò mò thực sự là dừng lại để suy nghĩ về nguyên nhân. Điều gì làm cho bầu trời xanh hoặc hoàng hôn màu hồng hoặc lá cỏ đang say ngủ cuộn tròn? Doudna sớm tìm được người có thể giúp trả lời những câu hỏi như vậy. Cha mẹ cô là bạn với một giáo sư sinh học tên là Don Hemmes, và họ sẽ cùng nhau đi dạo trong thiên nhiên. Hemmes kể lại: “Chúng tôi thực hiện các chuyến du ngoạn đến Thung lũng Waipio và các địa điểm khác trên Đảo Lớn để tìm kiếm nấm, đó là mối quan tâm khoa học của tôi. Sau khi chụp ảnh các loại nấm, ông ấy sẽ lôi sách tham khảo của mình ra và chỉ cho Doudna cách xác định chúng. Ông cũng thu thập những chiếc vỏ siêu nhỏ từ bãi biển, và sẽ làm việc với cô để phân loại và tìm ra cách chúng tiến hóa. Don Hemmes Cha đã mua cho cô một con ngựa, một con ngựa làm bằng gỗ tên là Mokihana, theo tên một loại cây có trái thơm ở Hawaii. Nhưng cô lại thích tham gia đội bóng đá, chơi hậu vệ cánh, một vị trí phù hợp vì nó đòi hỏi phải có đôi chân dài và thể lực dẻo dai. “Đó là một sự tương đồng tốt với cách tôi tiếp cận công việc của mình,” cô nói. “Tôi đã tìm kiếm các cơ hội mà tôi có thể lấp đầy một thị trường ngách nơi không có quá nhiều người khác có cùng bộ kỹ năng.” Toán học là môn yêu thích vì làm việc thông qua các chứng minh khiến cô nhớ đến công việc nghiên cứu. Cô cũng có một giáo viên sinh học vui vẻ và đầy nhiệt huyết, Marlene Hapai, người rất tuyệt vời trong việc truyền đạt niềm vui khám phá. Doudna nói: “Cô ấy dạy chúng tôi khoa học là một quá trình tìm hiểu mọi thứ.” Cha là người đã thúc đẩy cô. Ông coi con gái lớn là niềm hy vọng của gia đình - một trí thức gắn bó với đại học và sự nghiệp học hành. “Tôi luôn cảm thấy mình là người con trai mà ông muốn có. Tôi bị đối xử hơi khác so với các chị em của mình.” James Watson’s The Double Helix Cha của Doudna là một người ham đọc sách, ông sẽ mượn một chồng sách từ thư viện địa phương vào mỗi thứ Bảy và hoàn thành chúng vào cuối tuần sau. Các nhà văn yêu thích của ông là Emerson và Thoreau, nhưng khi Jennifer lớn lên, ông nhận thức rõ hơn những cuốn sách giới thiệu cho lớp của mình chủ yếu dành cho đàn ông. Vì vậy, ông đã thêm Doris Lessing, Anne Tyler và Joan Didion vào giáo trình của mình. Thường thì ông sẽ mang về nhà một cuốn sách, hoặc từ thư viện hoặc hiệu sách cũ ở địa phương, để cô đọc. Và đó là cách một bản sao bìa mềm đã qua sử dụng của James Watson’s The Double Helix được đặt trên giường cô vào một ngày khi cô học lớp sáu. James Watson’s The Double Helix [Khám phá cấu trúc DNA] là một cuốn tự truyện về việc khám phá cấu trúc xoắn kép của DNA được viết bởi James D. Watson và xuất bản vào năm 1968. Cô đặt cuốn sách sang một bên, nghĩ đó là một câu chuyện trinh thám. Cuối cùng, khi cô bắt đầu đọc nó vào một buổi chiều thứ bảy mưa tầm tã, cô phát hiện ra mình đã tìm ra, theo một nghĩa nào đó. Khi lướt nhanh qua các trang, cô trở nên say mê với những nhân vật được miêu tả một cách sống động, về tham vọng và sự cạnh tranh trong việc theo đuổi sự thật bên trong của tự nhiên. “Khi tôi hoàn thành, cha đã thảo luận với tôi. Ông thích câu chuyện và đặc biệt là khía cạnh rất riêng của nó — khía cạnh con người khi thực hiện loại nghiên cứu đó.” Trong cuốn sách, Watson kể về một sinh viên sinh học hai mươi bốn tuổi giỏi giang đến từ miền Trung Tây nước Mỹ, anh ta kết thúc việc học tại Đại học Cambridge ở Anh, kết giao với nhà sinh hóa học Francis Crick, và cùng nhau giành chiến thắng trong cuộc đua khám phá cấu trúc DNA vào năm 1953. Ngoài vai trò ngây thơ may mắn mà anh ấy tự cho là nhân vật của chính mình trong cuốn sách, nhân vật thú vị nhất, ngoài Watson là Rosalind Franklin, một nhà sinh học cấu trúc và nhà tinh thể học mà anh ấy đã sử dụng dữ liệu của cô mà không có sự cho phép. Thể hiện sự phân biệt giới tính thông thường của những năm 1950, Watson gọi cô ấy một cách trịch thượng là ‘Rosy’, một cái tên mà cô ấy chưa bao giờ sử dụng, và chế giễu vẻ ngoài nghiêm nghị và tính cách lạnh lùng của cô. Tuy nhiên, anh cũng tỏ ra hào phóng vì sự thành thạo của cô về khoa học phức tạp và nghệ thuật tuyệt vời trong việc sử dụng nhiễu xạ tia X để khám phá cấu trúc của phân tử. “Tôi đoán mình nhận thấy cô ấy được đối xử hơi trịch thượng, nhưng điều khiến tôi ấn tượng chính là một người phụ nữ có thể trở thành một nhà khoa học vĩ đại,” Doudna nói. “Nghe có vẻ hơi điên rồ. Tôi đoán chắc tôi đã nghe nói về Marie Curie. Nhưng đọc cuốn sách là lần đầu tiên tôi thực sự nghĩ về nó, và đó là một điều mở mang tầm mắt. Phụ nữ có thể là nhà khoa học.“ Marie Skłodowska – Curie là một nhà vật lý và hóa học người Pháp gốc Ba Lan. Bà được coi là người tiên phong trong việc nghiên cứu về tính phóng xạ. Marie còn là người phụ nữ đầu tiên nhận giải Nobel, người đầu tiên và là phụ nữ duy nhất vinh dự giành được hai Giải Nobel trong hai lĩnh vực khác nhau – vật lý và hóa học. Marie Curie là nữ giảng viên đại học đầu tiên tại Đại học Paris (Sorbonne). Vào năm 1995, tro xương của bà được đưa vào tưởng niệm tại điện Panthéon ở Paris vì những đóng góp to lớn cho nhân loại. Thành tựu của bà đối với khoa học vô cùng to lớn. Bà đã phát triển lý thuyết phóng xạ (phóng xạ là thuật ngữ do bà đặt ra), kỹ thuật để cô lập đồng vị phóng xạ và phát hiện ra hai nguyên tố, polonium và radium. Dưới sự chỉ đạo của bà, các nghiên cứu đầu tiên trên thế giới đã được tiến hành để điều trị các khối u bằng cách sử dụng các đồng vị phóng xạ. Bà thành lập Viện Curie ở Paris và Warsaw – nơi vẫn là trung tâm nghiên cứu y học lớn hiện nay. Trong Thế chiến I, bà đã phát triển các xe X–quang di động để cung cấp dịch vụ X-quang cho các bệnh viện dã chiến. Sau khi nhập quốc tịch Pháp, Marie Skłodowska – Curie đã sử dụng cả hai họ. Bà không bao giờ quên đi bản sắc của dân tộc Ba Lan. Marie đã dạy cho con gái mình tiếng Ba Lan và đưa chúng đi thăm quê hương. Bà đã đặt tên cho nguyên tố hóa học đầu tiên là poloni, nghĩa là Ba Lan. Marie Curie qua đời năm 1934 ở tuổi 67 tại một nhà điều dưỡng ở Sancellemoz (Haute-Savoie), Pháp. Bà đã bị thiếu máu bất sản do tiếp xúc với bức xạ trong quá trình nghiên cứu khoa học và trong quá trình nghiên cứu phóng xạ tại các bệnh viện dã chiến trong Chiến tranh thế giới thứ nhất. Cuốn sách cũng giúp Doudna nhận ra một điều gì đó về tự nhiên vừa hợp lý vừa đáng kinh ngạc. Có những cơ chế sinh học chi phối các sinh vật sống, bao gồm cả những hiện tượng kỳ diệu đập vào mắt khi cô đi bộ xuyên rừng nhiệt đới. Cô kể lại: “Lớn lên ở Hawaii, tôi luôn thích cùng cha đi săn tìm những điều thú vị trong tự nhiên, chẳng hạn như ‘cây mắc cở’ cuộn tròn khi bạn chạm vào nó. Cuốn sách khiến tôi nhận ra bạn cũng có thể tìm kiếm những lý do tại sao thiên nhiên lại hoạt động theo cách đó.” Sự nghiệp của Doudna sẽ được định hình bởi cái nhìn sâu sắc cốt lõi của The Double Helix: hình dạng và cấu trúc của một phân tử hóa học quyết định vai trò sinh học của nó. Đó là một tiết lộ đáng kinh ngạc cho những ai quan tâm đến việc khám phá những bí mật cơ bản của cuộc sống. Đó là cách hóa học - nghiên cứu về cách các nguyên tử liên kết để tạo ra phân tử - trở thành sinh học. Theo một nghĩa lớn hơn, sự nghiệp của cô cũng sẽ được định hình khi nhận ra con đường khi lần đầu tiên nhìn thấy The Double Helix trên giường của mình và nghĩ đó là một trong những bí ẩn mà cô yêu thích. “Tôi luôn yêu thích những câu chuyện bí ẩn,” cô lưu ý nhiều năm sau đó. “Có lẽ điều đó giải thích niềm đam mê của tôi với khoa học, đó là nỗ lực của nhân loại để hiểu bí ẩn tồn tại lâu nhất mà chúng ta biết: nguồn gốc và chức năng của thế giới tự nhiên và vị trí của chúng ta trong đó.” Mặc dù trường học của cô không khuyến khích các cô gái trở thành nhà khoa học, cô đã quyết định đó là điều mình muốn làm. Được thúc đẩy bởi niềm đam mê tìm hiểu cách thức hoạt động của thiên nhiên và mong muốn cạnh tranh để biến những khám phá thành phát minh, cô sẽ giúp tạo ra những gì Watson, với vẻ bề ngoài điển hình của ông được che đậy dưới vẻ khiêm tốn, sau này nói với cô là tiến bộ sinh học quan trọng nhất kể từ chuỗi xoắn kép. Jennifer Doudna CHƯƠNG 2 Gene Darwin Những con đường dẫn Watson và Crick đến việc khám phá ra cấu trúc của DNA đã được đi tiên phong một thế kỷ trước đó, vào những năm 1850, khi nhà tự nhiên học người Anh Charles Darwin xuất bản cuốn On the Origin of Species và Gregor Mendel, một linh mục ‘rãnh rỗi’ ở Brno (nay là một phần của Cộng hòa Séc), bắt đầu nhân giống đậu Hà Lan trong khu vườn của tu viện. Mỏ của chim sẻ Darwin và các đặc điểm của đậu Mendel đã tạo ra ý tưởng về gen, một thực thể bên trong các sinh vật sống mang mã di truyền. Darwin ban đầu dự định sẽ tiếp bước con đường sự nghiệp của cha và ông mình, vốn là những bác sĩ ưu tú. Nhưng ông kinh hoàng khi nhìn thấy máu và tiếng la hét của đứa trẻ đạng bị trói để phẫu thuật. Vì vậy, ông bỏ trường y và bắt đầu học để trở thành một giáo sĩ Anh giáo, một cách gọi khác mà ông không thích thú. Niềm đam mê thực sự của ông bắt đầu khi thu thập các mẫu vật năm 8 tuổi - trở thành một nhà tự nhiên học. Ông có cơ hội vào năm 1831 khi ở tuổi 22, ông được đề nghị tham gia với tư cách là một nhà sưu tập lịch lãm trong chuyến hành trình vòng quanh thế giới của chiếc HMS Beagle do tư nhân tài trợ. Vào năm 1835, bốn năm sau cuộc hành trình kéo dài 5 năm, Beagle đã khám phá một tá hòn đảo nhỏ của Galápagos, ngoài khơi bờ biển Thái Bình Dương của Nam Mỹ. Ở đó, Darwin đã thu thập xác những thứ mà ông ghi lại được như chim sẻ, chim đen, chim bìm bịp, chim nhại và xác chết. Nhưng hai năm sau, khi trở về Anh, ông được nhà điểu học John Gould thông báo các loài chim trên thực tế là các loài chim sẻ khác nhau. Darwin bắt đầu hình thành lý thuyết rằng tất cả chúng đều tiến hóa từ một tổ tiên chung. Quần đảo Galápagos là một quần đảo, tập hợp các đảo núi lửa nằm về hai phía xích đạo trên Thái Bình Dương, cách đất liền của Ecuador 906 km về phía tây và thuộc quốc gia này. Quần đảo Galápagos và vùng nước xung quanh tạo thành tỉnh Galápagos của Ecuador, vườn quốc gia Galápagos và khu dự trữ biển Galápagos. Galápagos nổi tiếng với một số lượng lớn các loài đặc hữu từng được Charles Darwin nghiên cứu trong chuyến hành trình Beagle. Những quan sát và thu thập đã đóng góp cho sự khởi đầu thuyết tiến hóa của Darwin. Charles Darwin đã ghé thăm quần đảo trong một chuyến du lịch vòng quanh thế giới kéo dài 5 năm trên tàu Beagle (27 tháng 12 năm 1831 - 2 tháng 10 năm 1836). Ông đã phát hiện ra động vật hoang dã ở đây đã tiến hóa hoàn toàn độc lập với phần còn lại của Trái Đất, với nhiều loài độc nhất vô nhị không nơi nào có, trong số đó có 13 loài sẻ nhỏ. Chính vì vậy, quần đảo đã trở thành mô hình nghiên cứu tiến hóa lý tưởng của các nhà khoa học. Từ năm 1934, quần đảo Galápagos được đưa vào danh sách các khu thiên nhiên cần được bảo vệ cùng với các loài sinh vật đặc hữu của nó. Lúc mới được đưa vào danh sách bảo tồn, chỉ có khoảng 1.000-2.000 người bản địa sống tại quần đảo Galápagos, nhưng đến nay con số đã lên khoảng 30.000. Năm 1955, Hiệp hội Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế tiến hành các cuộc khảo sát thực tế để đề ra biện pháp bảo tồn thích hợp cho quần đảo Galápagos. Năm 1957, UNESCO (Tổ chức Khoa học, Giáo dục và Văn hóa của LHQ) kết hợp với chính quyền Ecuador để tiến hành các công tác bảo tồn trên quần đảo Galápagos và chọn một khu vực để đặt các hoạt động nghiên cứu. Kỳ nhông cạn Galápagos Năm 1959, để kỷ niệm 100 năm ngày Darwin công bố thuyết tiến hóa, chính quyền Ecuador tuyên bố biến 95% quần đảo Galápagos thành khu bảo tồn thiên nhiên quốc gia. Năm 1986, vùng biển 70.000 km² xung quanh quần đảo cũng được đưa vào khu bảo tồn, là khu bảo tồn dưới nước lớn thứ 2 trên thế giới, chỉ sau khu bảo tồn Dải San hô lớn của Australia. Hiện trên quần đảo Galápagos còn một số loài sinh vật đặc hữu quý hiếm như loài rùa khổng lồ Galápagos, rùa xanh Galápagos, loài kỳ nhông nước và kỳ nhông cạn Galápagos, chim cánh cụt Galápagos… Mới đây, Tổng thống Ecuador Rafael Correa lên tiếng công bố tình trạng nguy hiểm cho các loài sinh vật đang được bảo tồn tại Galápagos. Tổng thống cho biết các loài vật quý hiếm như rùa khổng lồ, kỳ nhông nước… trên đảo đang đối mặt với nguy cơ bị diệt vong do sự bành trướng của cư dân. Ngoài ra, các loài vật đặc hữu tại đây cũng bị đe dọa nghiêm trọng từ các loài vật do con người mang đến. ‘cụ’ rùa khổng lồ Galápagos Ông biết những con ngựa và bò gần ngôi nhà thời thơ ấu ở vùng nông thôn nước Anh đôi khi được sinh ra với những biến thể nhỏ, và qua nhiều năm các nhà lai tạo sẽ chọn ra những con tốt nhất để tạo ra những đàn có những đặc điểm mong muốn. Có lẽ thiên nhiên đã làm điều tương tự. Ông gọi đó là ‘sự chọn lọc tự nhiên’. Theo lý thuyết, ở một số khu vực biệt lập, chẳng hạn như các hòn đảo của Galápagos, một vài đột biến (ông sử dụng thuật ngữ vui nhộn là ‘thi đấu’) sẽ xảy ra trong mỗi thế hệ và sự thay đổi trong điều kiện có thể khiến chúng có nhiều khả năng giành chiến thắng trong cuộc tranh tìm thức ăn khan hiếm và do đó có nhiều khả năng sinh sản hơn. Giả sử một loài chim sẻ có mỏ thích hợp để ăn trái cây, nhưng sau đó một trận hạn hán đã phá hủy cây ăn trái; một vài biến thể ngẫu nhiên có mỏ phù hợp hơn để bẻ các loại hạt sẽ phát triển mạnh. Ông viết: “Trong những trường hợp này, những biến thể thuận lợi sẽ có xu hướng được bảo tồn và những biến thể không thuận lợi sẽ bị phá hủy. Kết quả của việc này sẽ là sự hình thành một loài mới.” Darwin đã do dự khi công bố lý thuyết của mình vì nó quá dị, nhưng sự cạnh tranh đóng vai trò thúc đẩy, như thường xảy ra trong lịch sử khoa học. Năm 1858, Alfred Russel Wallace, một nhà tự nhiên học trẻ tuổi, đã gửi cho Darwin một bản thảo của bài báo đề xuất lý thuyết tương tự. Darwin vội vàng chuẩn bị cho một bài báo của riêng mình để xuất bản, và họ đồng ý sẽ trình bày công trình của mình vào cùng ngày tại một cuộc họp sắp tới của hội đồng khoa học. Darwin và Wallace có chung chất xúc tác cho sự sáng tạo: họ có những mối quan tâm rộng rãi và có khả năng tạo mối liên hệ giữa các lĩnh vực khác nhau. Cả hai đã đi đến những nơi kỳ lạ, nơi họ quan sát sự biến đổi của các loài, và cả hai đều đã đọc “Một bài luận về nguyên tắc dân số” của Thomas Malthus, một nhà kinh tế học người Anh. Malthus lập luận dân số loài người có khả năng tăng nhanh hơn so với nguồn cung cấp thực phẩm. Kết quả là dân số quá đông sẽ dẫn đến nạn đói, sẽ loại bỏ những người yếu hơn và nghèo hơn. Darwin và Wallace nhận ra điều này có thể áp dụng cho tất cả các loài và do đó dẫn đến một thuyết tiến hóa được thúc đẩy bởi sự sống sót của những người khỏe mạnh nhất. Darwin nhớ lại: “Tôi tình cờ đọc được Malthus để giải trí về dân số, và… điều đó khiến tôi kinh ngạc trong những trường hợp này, những biến thể thuận lợi sẽ có xu hướng được bảo tồn và những biến thể không thuận lợi sẽ bị phá hủy.” Như nhà văn khoa học viễn tưởng và giáo sư hóa sinh Isaac Asimov sau đó đã lưu ý về nguồn gốc của thuyết tiến hóa,“Điều bạn cần là một người đã nghiên cứu các loài, đọc Malthus và có khả năng tạo kết nối chéo.” Thomas Malthus Việc nhận ra các loài tiến hóa thông qua đột biến và chọn lọc tự nhiên đã đặt ra một câu hỏi lớn cần được trả lời: Cơ chế là gì? Làm thế nào một biến thể có lợi ở mỏ của chim sẻ hoặc cổ của hươu cao cổ lại có thể xảy ra, và sau đó làm thế nào nó có thể truyền sang các thế hệ tương lai? Darwin nghĩ các sinh vật có thể có các hạt nhỏ chứa thông tin di truyền, và ông suy đoán thông tin từ nam và nữ hòa trộn với nhau trong một phôi thai. Nhưng ông cũng như những người khác sớm nhận ra điều này có nghĩa là bất kỳ đặc điểm có lợi mới nào cũng sẽ bị suy giảm qua nhiều thế hệ thay vì được truyền lại nguyên vẹn. Darwin có trong thư viện cá nhân của mình một bản sao của một tạp chí khoa học khó hiểu có một bài báo, được viết vào năm 1866, với câu trả lời. Nhưng ông không bao giờ đọc nó, và hầu như bất kỳ nhà khoa học nào khác vào thời điểm đó cũng vậy. Charles Darwin Mendel Tác giả là Gregor Mendel, sinh năm 1822 có cha mẹ là nông dân nói tiếng Đức ở Moravia, khi đó là một phần của Đế quốc Áo. Ông làm việc xung quanh khu vườn của tu viện ở Brno hơn là một linh mục quản xứ; ông ít nói và quá nhút nhát để trở thành một mục sư tốt. Vì vậy, ông quyết định trở thành một giáo viên toán và khoa học. Thật không may, ông liên tục trượt các kỳ thi, ngay cả khi đã theo học tại Đại học Vienna. Nhưng thành tích trong một kỳ thi sinh học đặc biệt đáng kinh ngạc. Không còn việc gì phải làm sau thất bại cuối cùng trong việc vượt qua các kỳ thi, Mendel rút lui về khu vườn của tu viện để theo đuổi niềm yêu thích ám ảnh của ông là trồng đậu Hà Lan. Trong những năm trước, ông đã tập trung vào việc tạo ra những cây thuần chủng. Cây của ông có bảy đặc điểm với hai biến thể: hạt màu vàng hoặc xanh lục, hoa trắng hoặc tím, hạt nhẵn hoặc nhăn... Bằng cách lựa chọn cẩn thận, ông đã tạo ra những cây nho thuần chủng, ví dụ, chỉ có hoa màu tím hoặc chỉ có hạt nhăn. Năm sau, ông đã thử nghiệm một điều mới: lai tạo cùng nhau những cây có những đặc điểm khác nhau, chẳng hạn như những cây có hoa màu trắng với những cây có hoa màu tím. Đó là một công việc khó khăn liên quan đến việc cắt bỏ từng thụ thể của cây bằng kẹp và sử dụng một chiếc bàn chải nhỏ để chuyển phấn hoa. Những gì các thí nghiệm của ông cho thấy rất quan trọng, dựa trên những gì Darwin đang viết lúc đó. Không có sự pha trộn của các đặc điểm. Cây cao lai với cây thấp không tạo ra cây có kích thước trung bình, cây hoa tím lai với cây hoa trắng không tạo ra cây có màu hoa nhạt. Thay vào đó, tất cả các cây con của cây cao và cây thấp đều cao. Cây lai từ cây hoa tím với cây hoa trắng chỉ tạo ra cây hoa màu tím. Mendel gọi đây là những đặc điểm trội; những cái không chiếm ưu thế, ông gọi là lặn. Một khám phá thậm chí còn lớn hơn đã đến vào mùa hè năm sau, khi ông tạo ra con cái từ các con lai của mình. Mặc dù thế hệ lai đầu tiên chỉ biểu hiện các tính trạng trội (như toàn hoa tím hoặc thân cao), nhưng tính trạng lặn lại xuất hiện ở thế hệ sau. Và hồ sơ của ông đã cho thấy một kiểu mẫu: ở thế hệ thứ hai, tính trạng trội được biểu hiện ba trong bốn trường hợp, với tính trạng lặn xuất hiện một lần. Khi một cây thừa hưởng hai phiên bản trội của gen hoặc một phiên bản trội và một phiên bản lặn, nó sẽ biểu hiện tính trạng trội. Nhưng nếu tình cờ nhận được hai phiên bản lặn, nó sẽ hiển thị đặc điểm ít phổ biến hơn. Ông đã trình bày bài báo của mình vào năm 1865, sau đó đã xuất bản nó trên tạp chí. Nó hiếm khi được trích dẫn từ sau đó đến năm 1900, tại thời điểm đó nó đã được các nhà khoa học thực hiện các thí nghiệm tương tự phát hiện lại. Phát hiện của Mendel và các nhà khoa học tiếp theo đã dẫn đến khái niệm về đơn vị di truyền, cái mà một nhà thực vật học người Đan Mạch tên là Wilhelm Johannsen vào năm 1905 gọi là ‘gen’. Rõ ràng là có một số phân tử mã hóa các bit thông tin di truyền. Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã nghiên cứu các tế bào sống một cách cẩn thận để cố gắng xác định phân tử đó có thể là gì. Mendel CHƯƠNG 3 DNA Các nhà khoa học ban đầu giả định các gen được mang bởi các protein. Rốt cuộc, protein thực hiện hầu hết các nhiệm vụ quan trọng trong sinh vật. Tuy nhiên, cuối cùng họ đã phát hiện ra một chất phổ biến khác trong tế bào sống, axit nucleic, là chất di truyền. Những phân tử này bao gồm một đường, phốt phát và bốn chất được gọi là bazơ, liên kết với nhau thành chuỗi. Chúng có hai dạng: axit ribonucleic (RNA) và một phân tử tương tự thiếu một nguyên tử oxy và do đó được gọi là axit deoxyribonucleic (DNA). Từ góc độ tiến hóa, cả coronavirus đơn giản nhất và phức tạp nhất ở người về cơ bản đều là những gói chứa protein và tìm cách tái tạo vật liệu di truyền được mã hóa bởi axit nucleic. Phát hiện đầu tiên coi DNA như một kho lưu trữ thông tin di truyền được thực hiện vào năm 1944 bởi nhà sinh hóa Oswald Avery và các đồng nghiệp của ông tại Đại học Rockefeller ở New York. Họ đã chiết xuất DNA từ một chủng vi khuẩn, trộn nó với một chủng khác và cho thấy DNA đã truyền các biến đổi có thể di truyền được. Oswald Avery Bước tiếp theo trong việc giải đáp bí ẩn của sự sống là tìm ra cách DNA thực hiện nó. Điều đó đòi hỏi phải giải mã manh mối cơ bản cho tất cả những bí ẩn của tự nhiên. Việc xác định cấu trúc chính xác của DNA - cách tất cả các nguyên tử khớp với nhau và kết quả là hình dạng nào - có thể giải thích cách hoạt động của nó. Đó là một nhiệm vụ đòi hỏi phải kết hợp ba ngành đã xuất hiện trong thế kỷ XX: di truyền học, hóa sinh và sinh học cấu trúc. James Watson Là một cậu bé Chicago thuộc tầng lớp trung lưu chạy qua trường công lập, James Watson thông minh và táo tợn. Điều này đã ăn sâu vào ông một xu hướng thích khiêu khích trí tuệ, điều sau này sẽ phục vụ ông với tư cách là một nhà khoa học nhưng ít hơn với tư cách là một người của công chúng. Trong suốt cuộc đời, việc lẩm nhẩm những câu chưa hoàn thành sẽ thể hiện sự thiếu kiên nhẫn và không có khả năng lọc các quan niệm bốc đồng của ông. Sau đó, ông nói một trong những bài học quan trọng nhất mà cha mẹ đã dạy là “Đạo đức giả để tìm kiếm sự chấp nhận của xã hội sẽ làm xói mòn lòng tự tôn của bạn.” Ông đã học nó quá tốt. Từ thời thơ ấu cho đến những năm chín mươi, ông đã thẳng thắn trong những khẳng định của mình, cả đúng và sai, điều này khiến ông đôi khi không được xã hội chấp nhận. Niềm đam mê khi lớn lên của ông là ngắm chim, và khi giành được giải thưởng trên chương trình radio Quiz Kids, ông đã sử dụng để mua một cặp ống nhòm Bausch & Lomb. Ông sẽ dậy trước bình minh để cùng cha đến Công viên Jackson, dành hai giờ đồng hồ để tìm kiếm những chú chim chích bông quý hiếm, và sau đó bắt xe đến Trường Lab. Tại Đại học Chicago, nơi ông nhập học năm mười lăm tuổi, ông đã lên kế hoạch để thỏa mãn tình yêu của mình đối với các loài chim và sự chán ghét của mình đối với hóa học, bằng cách trở thành một nhà điểu học. Nhưng vào năm cuối, ông đã đọc một bài đánh giá về Sự sống là gì? Trong đó nhà vật lý lượng tử Erwin Schrödinger đã chuyển sự chú ý sang sinh học để lập luận việc khám phá cấu trúc phân tử của một gen sẽ cho thấy cách nó truyền tải thông tin di truyền qua nhiều thế hệ. Watson đã kiểm tra cuốn sách trong thư viện vào sáng hôm sau và từ đó đến nay vẫn bị ám ảnh bởi việc tìm hiểu gen. Với điểm số khiêm tốn, ông đã bị từ chối khi đăng ký học tiến sĩ tại Caltech và không được Harvard cấp học bổng. Vì vậy, ông đã đến Đại học Indiana, trường đã xây dựng, một phần bằng cách tuyển dụng những người Do Thái đang gặp khó khăn trong việc tuyển dụng vào East Coast, một trong những khoa di truyền tốt nhất của quốc gia, với sự tham gia của người đoạt giải Nobel tương lai Hermann Muller và Salvador Luria người Ý. Với Luria là cố vấn tiến sĩ của mình, Watson đã nghiên cứu virus. Những gói vật chất di truyền nhỏ bé về cơ bản không có sự sống, nhưng khi chúng xâm nhập vào tế bào sống, chúng chiếm đoạt tế bào và tự nhân lên. Loại virus dễ nghiên cứu nhất là những loại tấn công vi khuẩn, và chúng được đặt tên (hãy nhớ thuật ngữ này, vì nó sẽ xuất hiện trở lại khi chúng ta thảo luận về việc phát hiện ra CRISPR) ‘phage’, viết tắt của ‘bacteriophages’, nghĩa là vi khuẩn. Watson đã tham gia nhóm các nhà sinh học quốc tế của Luria được gọi là Nhóm Phage. Watson nói: “Luria ghê tởm hầu hết các nhà hóa học, đặc biệt là sự cạnh tranh trong khu rừng của Thành phố New York. Nhưng Luria sớm nhận ra việc tìm các thể thực khuẩn sẽ cần đến hóa học. Vì vậy, ông đã giúp Watson nhận được học bổng sau tiến sĩ để nghiên cứu chủ đề này ở Copenhagen. Chán nản và không thể hiểu nhà hóa học đang lẩm nhẩm, giám sát việc nghiên cứu của mình, Watson đã nghỉ việc ở Copenhagen vào mùa xuân năm 1951 để tham dự một cuộc họp ở Naples về các phân tử được tìm thấy trong tế bào sống. Hầu hết các bài thuyết trình đều lướt qua đầu, nhưng ông thấy mình bị cuốn hút bởi bài giảng của Maurice Wilkins, một nhà hóa sinh tại King’s College London. Wilkins chuyên về tinh thể học và nhiễu xạ tia X. Nói cách khác, ông đã lấy một chất lỏng bão hòa với các phân tử, để nó nguội đi và làm sạch các tinh thể hình thành. Sau đó, ông cố gắng tìm ra cấu trúc của những tinh thể đó. Nếu bạn chiếu ánh sáng vào một vật thể từ các góc độ khác nhau, bạn có thể tìm ra cấu trúc của nó bằng cách nghiên cứu bóng đổ của nó. Các nhà tinh thể học tia X làm điều gì đó tương tự: họ chiếu tia X lên một tinh thể từ nhiều góc độ khác nhau và ghi lại bóng đổ và các mẫu nhiễu xạ. Trong slide Wilkins trình chiếu ở cuối bài phát biểu ở Napoli, kỹ thuật đó đã được sử dụng trên DNA. Watson nhớ lại: “Đột nhiên tôi thấy hứng thú với môn hóa học. “Tôi biết gen có thể kết tinh; do đó chúng phải có một cấu trúc bình thường để có thể được giải quyết một cách đơn giản.“ Trong vài ngày tiếp theo, Watson tiếp cận Wilkins với hy vọng nhận được lời mời gia nhập phòng thí nghiệm của ông, nhưng vô ích. Maurice Hugh Frederick Wilkins là nhà vật lý, nhà sinh học phân tử người New Zealand, và đã đoạt giải Nobel Y học. Ông là người đã có nhiều nghiên cứu đóng góp cho khoa học về lân quang, tách đồng vị, kính hiển vi quang học và X-ray nhiễu xạ, cùng với việc phát triển radar. Ông được biết đến nhiều nhất về sự nghiệp nghiên cứu của mình tại Đại học King, London về cấu trúc của DNA. Việc nghiên cứu của ông trên DNA chia làm hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên 1948-1950, khi nghiên cứu tạo ra hình ảnh X-quang đầu tiên của DNA, ông đã trình bày nó ở một hội nghị tại Naples trong năm 1951 có tham dự của James Watson. Trong giai đoạn thứ hai, 1951-1952, Wilkins tạo ra hình ảnh ‘Hình dạng B’ từ tinh dịch của mực ống, và ông đã gửi nó đến James Watson và Francis Crick, Watson đã viết sau khi xem nó: “Wilkins... đã có những hình ảnh X-quang cực kì tuyệt vời [của DNA].” Năm 1953, đồng nghiệp của ông là nữ khoa học gia Rosalind Franklin đã tăng độ phân giải bức ảnh của Wilkins vào năm 1952. Bức ảnh đấy, cùng với những phát kiến của Linus Pauling đã góp phần tạo ra một cấu trúc gần hoàn chỉnh của DNA. Sau này, James Watson và Francis Crick đã dựa vào đó để mô tả một cách hoàn chỉnh cấu trúc xoắn kép của DNA năm 1953. Wilkins đã tiếp tục kiểm tra và thay đổi đáng kể mẫu DNA của Watson-Crick để nghiên cứu các cấu trúc RNA. Năm 1962, Wilkins, Crick, và Watson đã được trao Giải Nobel Y học, “cho những khám phá của họ về cấu trúc phân tử của axit nucleic và ý nghĩa của nó trong di truyền học.” Francis Crick Thay vào đó, Watson, vào mùa thu năm 1951, đã trở thành nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Cavendish của Đại học Cambridge, được hướng dẫn bởi nhà tinh thể học tiên phong Sir Lawrence Bragg, người hơn ba mươi năm trước đó đã trở thành, và vẫn là người trẻ nhất. giành được giải Nobel khoa học. Ông và cha mình, người ông chia sẻ giải thưởng, đã khám phá ra định luật toán học cơ bản về cách các tinh thể làm nhiễu xạ tia X. Sir William Lawrence Bragg là một nhà vật lý người Australia. Ông là người đồng nhận Giải Nobel Vật lý năm 1915 với cha của mình là Sir William Henry Bragg về phát minh, chế tạo ra dụng cụ phân tích cấu trúc tinh thể bằng tia X. Tính đến năm 2018, ông là người trẻ tuổi nhất từng được nhận giải Nobel, khi nhận giải ông mới 25 tuổi. Ông cũng là giám đốc của Phòng thí nghiệm Cavendish, Cambridge. Bragg sinh ra tại North Adelaide, thuộc miền Nam Australia. Khi còn nhỏ, ông là một cậu bé nhạy cảm và sớm thể hiện sự quan tâm đến khoa học và toán học. Cha của ông, William Henry Bragg, là một giáo sư toán học và vật lý của trường Đại học Adelaide. Một thời gian ngắn sau khi đến trường, khi ông 5 tuổi, William Lawrence Bragg bị ngã xe đạp và bị gãy tay. Cha của ông trước đó đã đọc về các thí nghiệm của Röntgen ở châu Âu và đã sử dụng những khám phá mới nhất về X-quang để kiểm tra cánh tay bị gãy. Đây là lần đầu tiên việc sử dụng tia X-quang trong y học được ghi nhận ở Australia. Hai cha con William và Lawrence Bragg Tại Phòng thí nghiệm Cavendish, Watson gặp Francis Crick, tạo thành một trong những mối quan hệ bền chặt nhất trong lịch sử giữa hai nhà khoa học. Là một nhà lý thuyết sinh hóa từng phục vụ trong Thế chiến thứ hai, Crick đã ở tuổi ba mươi sáu mà không có bằng tiến sĩ. Tuy nhiên, anh ta đủ chắc chắn về bản năng của mình, và đủ bất cẩn về cách cư xử của Cambridge, anh ta không thể từ chối sửa chữa suy nghĩ cẩu thả của đồng nghiệp và sau đó quay cuồng về nó. Như Watson đã ghi nhớ nó trong câu mở đầu của The Double Helix,“Tôi chưa bao giờ thấy Francis Crick với tâm trạng khiêm tốn.” Đó là một dòng tương tự có thể được viết về Watson, và họ ngưỡng mộ sự thiếu lịch sự của nhau hơn các đồng nghiệp của họ. Crick nhớ lại: “Sự kiêu ngạo của tuổi trẻ, thiếu kiên nhẫn với lối suy nghĩ cẩu thả đã khiến hai chúng tôi đến với nhau một cách tự nhiên.” Crick chia sẻ niềm tin của Watson rằng việc khám phá cấu trúc của DNA sẽ cung cấp chìa khóa cho những bí ẩn về di truyền. Chẳng bao lâu sau, họ cùng ăn trưa và trò chuyện rôm rả tại Eagle, một quán rượu cũ kỹ gần phòng thí nghiệm. Crick có một tiếng cười huyên náo và giọng nói oang oang, khiến Sir Lawrence mất tập trung. Vì vậy, Watson và Crick được phân vào một căn phòng gạch nhạt màu của riêng họ. Nhà văn kiêm bác sĩ Siddhartha Mukherjee lưu ý: “Họ là những sợi bổ sung cho nhau, được đan cài vào nhau bởi sự bất kính, vui vẻ và rực lửa. Họ coi thường quyền lực nhưng lại khao khát sự khẳng định của nó. Họ nhận thấy cơ sở khoa học thật lố bịch và buồn tẻ, nhưng họ biết cách nhấn mạnh mình vào nó. Họ tưởng tượng mình là những người bên ngoài tinh túy, nhưng lại cảm thấy thoải mái nhất khi ngồi bên trong Cambridge. Họ nghĩ mình là những kẻ pha trò trong một tòa nhà của những kẻ ngu ngốc.“ Nhà hóa sinh học Linus Pauling của Caltech vừa làm rung chuyển thế giới khoa học và mở đường cho giải Nobel đầu tiên của mình, bằng cách tìm ra cấu trúc của protein khi sử dụng kết hợp tinh thể học tia X, sự hiểu biết của ông về cơ học lượng tử của các liên kết hóa học, và Tinkertoy xây dựng mô hình. Trong bữa ăn trưa của họ tại Eagle, Watson và Crick đã âm mưu làm thế nào để sử dụng những thủ thuật tương tự để đánh bại Pauling trong cuộc đua khám phá cấu trúc của DNA. Họ thậm chí còn yêu cầu cửa hàng công cụ của Phòng thí nghiệm Cavendish cắt các tấm thiếc và dây đồng để đại diện cho các nguyên tử và các thành phần khác cho mô hình máy tính để bàn mà họ định mày mò cho đến khi tất cả các yếu tố và liên kết chính xác. Linus Pauling Một trở ngại là họ sẽ tiến vào lãnh thổ của Maurice Wilkins, nhà hóa sinh trường King’s College London, người có bức ảnh chụp X-quang của một tinh thể DNA đã kích thích sự quan tâm của Watson đến Naples. Watson viết: “Cảm giác chơi công bằng của người Anh sẽ không cho phép Francis can dự vào vấn đề của Maurice. Ở Pháp, nơi rõ ràng không tồn tại fair-play, những vấn đề này sẽ không nảy sinh. Hoa Kỳ cũng sẽ không cho phép tình trạng như vậy phát triển.“ Về phần mình, Wilkins dường như không vội vàng gì để đánh bại Pauling. Ông đang ở trong một cuộc đấu tranh nội tâm khó xử, cả kịch tính hóa và tầm thường hóa trong cuốn sách của Watson, với một đồng nghiệp mới xuất sắc năm 1951 đã đến làm việc tại King's College London: Rosalind Franklin, một nhà hóa sinh người Anh 31 tuổi, người đã học Kỹ thuật nhiễu xạ tia X khi học ở Paris. Cô đã bị dụ đến Đại học King’s với sự hiểu biết rằng cô sẽ dẫn đầu một nhóm nghiên cứu DNA. Wilkins, hơn bốn tuổi và đã nghiên cứu DNA, có ấn tượng cô ấy sẽ đến với tư cách là một đồng nghiệp cấp dưới, người sẽ giúp ông về nhiễu xạ tia X. Điều này dẫn đến một tình huống dễ cháy. Trong vòng vài tháng, họ hầu như không nói chuyện với nhau. Cơ cấu phân biệt giới tính tại King đã giúp họ tách biệt: có hai phòng chờ dành cho khoa, một dành cho nam và một dành cho nữ, phòng chờ tồi tàn đến mức khó chịu và nơi trước đây là địa điểm tổ chức những bữa trưa. Rosalind Elsie Franklin là một nhà lý sinh học và tinh thể học tia X có những đóng góp quan trọng cho sự hiểu biết về cấu trúc phân tử của DNA, RNA, virus, than đá, và than chì. Nghiên cứu về DNA của bà đã đạt được những thành tựu to lớn vì DNA đóng vai trò quan trọng trong chu trình chuyển hóa của tế bào và trong di truyền học, việc khám phá ra cấu trúc của nó đã giúp bà và đồng nghiệp hiểu rõ được cách thông tin di truyền được truyền lại từ cha mẹ cho con cái. Franklin được biết đến nhiều nhất qua công trình Photo 51 dẫn đến sự khám phá ra cấu trúc DNA. Theo Francis Crick, các dữ liệu từ bà chính là “dữ liệu mà chúng tôi thực sự sử dụng” để hệ thống nên lý thuyết về cấu trúc DNA năm 1953. Những hình ảnh nhiễu xạ tia X của bà xác nhận cấu tạo hình xoắn ốc đã bị mang cho Watson xem mà không có sự đồng ý hay báo cho bà biết. Các khám phá của bà cung cấp hiểu biết có giá trị về cấu tạo DNA, tuy nhiên những đóng góp khoa học của bà đối với việc khám phá ra cấu trúc xoắn kép thường không được chú ý tới. Sau khi hoàn thành công việc nghiên cứu về DNA, Franklin đi tiên phong nghiên cứu về virus gây bệnh khảm trên cây thuốc lá và virus gây bệnh bại liệt. Bà qua đời năm 1958 ở tuổi 37 do căn bệnh ung thư buồng trứng. Franklin là một nhà khoa học tập trung, ăn mặc hợp lý. Do đó, cô đã đánh mất sự thích thú của giới học thuật Anh đối với những người lập dị và xu hướng nhìn phụ nữ qua lăng kính tình dục, thái độ rõ ràng trong các mô tả của Watson về cô. “Mặc dù các đường nét của cô ấy rất mạnh mẽ, nhưng cô ấy không hề kém hấp dẫn và có thể khá ấn tượng nếu cô ấy chỉ quan tâm nhẹ đến quần áo,” ông viết. “Điều này cô ấy đã không. Không bao giờ có son môi để tương phản với mái tóc đen suôn thẳng, trong khi ở tuổi 31, những bộ váy của cô ấy đã thể hiện tất cả trí tưởng tượng của những thanh niên thích mặc đồ bluestocking ở Anh“. Bluestocking: một phụ nữ thông minh và có học thức, dành phần lớn thời gian cho việc học và do đó không được đàn ông thích. Franklin từ chối chia sẻ hình ảnh nhiễu xạ tia X của mình với Wilkins hoặc bất kỳ ai khác, nhưng vào tháng 11 năm 1951, cô đã lên lịch cho một bài giảng để tóm tắt những phát hiện mới nhất của mình. Wilkins mời Watson đi tàu từ Cambridge xuống. “Cô ấy nói chuyện với phong cách nhanh chóng và lo lắng,” anh nhớ lại. “Không hề có một chút ấm áp hay phù phiếm trong lời nói của cô ấy. Và tôi không thể coi cô ấy là người hoàn toàn không thú vị. Chốc lát tôi tự hỏi cô ấy sẽ trông như thế nào nếu cô tháo kính ra và làm một điều gì đó mới lạ với mái tóc của mình. Tuy nhiên, mối quan tâm chính của tôi là mô tả của cô về mẫu nhiễu xạ tia X tinh thể.” Watson đã thông báo cho Crick vào sáng hôm sau. Anh ta đã không ghi chú, điều này khiến Crick khó chịu, và do đó, mơ hồ về nhiều điểm chính, đặc biệt là hàm lượng nước mà Franklin đã tìm thấy trong mẫu DNA của cô. Tuy nhiên, Crick bắt đầu viết nguệch ngoạc các sơ đồ, tuyên bố dữ liệu của Franklin chỉ ra cấu trúc gồm hai, ba hoặc bốn sợi được xoắn lại theo hình xoắn ốc. Anh ấy nghĩ, bằng cách chơi với các mô hình khác nhau, họ có thể sớm khám phá ra câu trả lời. Trong vòng một tuần, họ đã có được những gì họ nghĩ là một giải pháp, mặc dù điều đó có nghĩa là một số nguyên tử đã quá gần nhau. Trong trạng thái hống hách, họ đã mời Wilkins và Franklin đến Cambridge. Hai người đến vào sáng hôm sau và với một cuộc nói chuyện nhỏ, Crick bắt đầu trình bày cấu trúc xoắn ba vòng. Franklin ngay lập tức thấy nó có thiếu sót. “Bạn đã sai vì những lý do sau đây,” cô nói, lời cô xé toạc như lời của một giáo viên đang bực tức. Cô khẳng định những bức ảnh về DNA của cô không cho thấy phân tử này có dạng xoắn. Về điểm đó, hóa ra cô đã sai. Nhưng hai ý kiến phản đối khác của cô là đúng: phần xoắn phải ở bên ngoài chứ không phải bên trong và mô hình được đề xuất không chứa đủ nước. “Ở giai đoạn này, sự thật đáng xấu hổ đã xuất hiện, việc tôi nhớ lại hàm lượng nước trong các mẫu DNA của Rosy là không thể chính xác”, Watson lưu ý. Wilkins, tạm thời gắn bó với Franklin, nói với cô nếu họ rời đi ngay lập tức, họ có thể bắt chuyến tàu 3:40 quay trở lại London, điều mà họ đã làm. Không chỉ Watson và Crick xấu hổ, Ngài Lawrence nhận được tin họ phải ngừng các hoạt động trên DNA. Các thành phần xây dựng mô hình của họ đã được đóng gói và gửi đến Wilkins và Franklin ở London. Thêm vào sự lo lắng của Watson là tin tức Linus Pauling sẽ từ Caltech đến Anh để thuyết trình, điều này có thể sẽ xúc tác cho nỗ lực của chính ông ấy nhằm giải quyết cấu trúc của DNA. May mắn thay, Bộ Ngoại giao Hoa Kỳ đã đến giải cứu. Trong sự kỳ lạ sinh ra bởi chủ nghĩa cờ đỏ và chủ nghĩa McCarthy, Pauling đã bị chặn lại tại sân bay ở New York và bị tịch thu hộ chiếu vì ông đã đưa ra đủ ý kiến mà FBI nghĩ ông có thể là mối đe dọa cho đất nước nếu được phép đi du lịch. Vì vậy, ông không bao giờ có cơ hội thảo luận về công việc tinh thể học được thực hiện ở Anh, do đó đã khiến Mỹ thua cuộc trong cuộc đua tìm ra DNA. Việc Thượng nghị sĩ Joseph McCarthy lừa dối những người bị nghi ngờ là cộng sản và những người có cảm tình với cộng sản trong Bộ Ngoại giao Hoa Kỳ và việc lập danh sách đen ở Hollywood đã dẫn đến thuật ngữ Chủ nghĩa McCarthy được đặt ra để biểu thị bất kỳ loại khủng bố chính trị liều lĩnh hoặc cuộc săn phù thủy nào. Watson và Crick đã có thể theo dõi một số tiến trình của Pauling thông qua con trai của ông, Peter, khi đó là một sinh viên trẻ trong phòng thí nghiệm Cambridge của họ. Watson thấy cậu ấy dễ thương và vui vẻ. “Cuộc trò chuyện có thể tập trung vào những đức tính có thể so sánh được với các cô gái đến từ Anh, Lục địa và California,” ông nhớ lại. Nhưng vào một ngày tháng 12 năm 1952, chàng trai trẻ Pauling đi lang thang vào phòng thí nghiệm, gác chân lên bàn và mang theo tin tức khiến Watson kinh hoàng. Trên tay cậu ta là bức thư của cha mình, trong đó đề cập ông đã nghĩ ra một cấu trúc cho DNA và sắp công bố nó. Bài báo của Linus Pauling đã đến Cambridge vào đầu tháng Hai. Peter nhận được một bản sao trước và sau đó đi vào phòng thí nghiệm để nói với Watson và Crick rằng giải pháp của cha cậu tương tự như giải pháp mà họ đã thử: một chuỗi xoắn ba với xương sống ở trung tâm. Watson lấy tờ giấy trong túi áo khoác của Peter và bắt đầu đọc. “Ngay lập tức tôi cảm thấy có điều gì đó không ổn,” ông nhớ lại. “Tuy nhiên, tôi không thể xác định chính xác sai lầm cho đến khi tôi nhìn vào các hình minh họa trong vài phút.” Watson nhận ra một số kết nối nguyên tử trong mô hình đề xuất của Pauling sẽ không ổn định. Khi ông thảo luận về nó với Crick và những người khác trong phòng thí nghiệm, họ tin Pauling đã tạo ra một ‘blooper’ lớn. Họ rất phấn khích và nghỉ làm sớm vào buổi chiều hôm đó để đến Eagle. Watson nói: “Thời điểm mở cửa vào buổi tối, chúng tôi đã ở đó để nâng ly chúc mừng sự thất bại của Pauling. Thay vì sherry, tôi để Francis mua cho tôi một ly whisky.” Một blooper là một đoạn phim ngắn từ một bộ phim hoặc sản xuất video, thường là một cảnh bị xóa, có lỗi do một thành viên của dàn diễn viên hoặc đoàn làm phim. “Bí mật của cuộc sống” Họ biết không thể lãng phí thời gian nữa hoặc tiếp tục tôn trọng sắc lệnh mà họ trì hoãn cho Wilkins và Franklin. Vì vậy, Watson đã bắt chuyến tàu xuống London vào một buổi chiều để gặp họ, mang theo bản sao đầu tiên của bài báo Pauling. Wilkins đã ra ngoài, vì vậy, Watson đã không được mời vào phòng thí nghiệm của Franklin, người đang cúi xuống một chiếc hộp đèn để đo những hình ảnh tia X sắc nét hơn bao giờ hết của cô về DNA. Cô nhìn anh đầy giận dữ, khi anh đưa phần tóm tắt bài báo của Pauling. Trong một vài khoảnh khắc, họ tranh cãi về việc liệu DNA có khả năng là một chuỗi xoắn hay không, với Franklin vẫn còn ngờ vực. “Làm gián đoạn quá trình diễn thuyết của cô ấy, tôi khẳng định dạng đơn giản nhất cho bất kỳ phân tử thông thường nào là một chuỗi xoắn,” Watson nhớ lại. “Lúc đó Rosy hầu như không thể kiềm chế được tính khí của mình, và giọng cô cất lên khi nói với tôi rằng sự ngu ngốc trong những nhận xét của tôi sẽ hiển nhiên nếu tôi ngừng khoe khoang và xem xét bằng chứng chụp X-quang của cô ấy.” Cuộc trò chuyện đi xuống theo chiều xoáy ốc, với việc Watson chỉ ra, một cách chính xác nhưng không lịch sự, rằng với tư cách là một nhà thực nghiệm giỏi, Franklin sẽ thành công hơn nếu cô biết cách hợp tác với các nhà lý thuyết. “Đột nhiên Rosy đến từ phía sau băng ghế phòng thí nghiệm ngăn cách chúng tôi và bắt đầu tiến về phía tôi. Lo sợ trong cơn nóng giận của mình, cô ấy có thể tấn công tôi, tôi đã giật lấy bản thảo của Pauling và vội vàng rút lui.” [xém nữa là bị đánh rùi ] Ngay khi cuộc đối đầu lên cao trào, Wilkins đi ngang qua và mời Watson đi uống trà và bình tĩnh lại. Ông tâm sự, Franklin đã chụp một số bức ảnh về một dạng DNA ướt để cung cấp bằng chứng mới về cấu trúc của nó. Sau đó anh đi vào một căn phòng liền kề và lấy ra một bản in của thứ được gọi là ‘bức ảnh 51’. Wilkins đã nắm được bức ảnh một cách hợp lệ: ông là cố vấn tiến sĩ của sinh viên đã làm việc với Franklin để chụp nó. Ít thích hợp hơn là đưa nó cho Watson, người đã ghi lại một số thông số quan trọng và đưa chúng trở lại Cambridge để chia sẻ với Crick. Bức ảnh chỉ ra Franklin đã đúng khi lập luận các sợi xương sống của cấu trúc nằm ở bên ngoài, giống như các sợi của cầu thang xoắn ốc, chứ không phải bên trong phân tử, nhưng cô đã sai khi chống lại khả năng DNA là một chuỗi xoắn. Watson ngay lập tức nhận thấy “Phần phản chiếu màu đen chi phối bức tranh chỉ có thể phát sinh từ một cấu trúc hình xoắn ốc. Một nghiên cứu về các ghi chú của Franklin cho thấy ngay cả sau chuyến thăm của Watson, cô vẫn còn nhiều bước nữa mới có thể nhận ra cấu trúc DNA.” ‘bức ảnh 51’ Trong toa xe lửa không có hệ thống sưởi trở về Cambridge, Watson phác thảo các ý tưởng bên lề bản sao tờ The Times của mình. Anh phải trèo qua cổng sau vào trường cao đẳng nội trú của mình, nơi đã đóng cửa vào ban đêm. Sáng hôm sau, khi anh đi vào phòng thí nghiệm Cavendish, anh gặp Sir Lawrence Bragg, người đã yêu cầu anh và Crick loại bỏ DNA. Nhưng trước bản tóm tắt đầy phấn khích của Watson về những gì anh đã học được và khi nghe anh mong muốn quay trở lại công việc xây dựng mô hình, Sir Lawrence đã đồng ý. Watson chạy nhanh xuống cầu thang đến cửa hàng máy móc để bắt họ bắt tay vào chế tạo một bộ linh kiện mới. Watson và Crick sớm có thêm dữ liệu của Franklin. Cô đã đệ trình lên Hội đồng Nghiên cứu Y khoa của Anh một báo cáo về công việc của mình và một thành viên của hội đồng đã chia sẻ nó với họ. Mặc dù Watson và Crick không đánh cắp chính xác những phát hiện của Franklin, nhưng họ đã chiếm đoạt công việc của cô mà không có sự cho phép. Lúc đó Watson và Crick đã có một ý tưởng khá tốt về cấu trúc của DNA. Nó có hai sợi đường photphat xoắn lại để tạo thành một chuỗi xoắn kép. Nhô ra từ chúng là bốn bazơ trong DNA: adenine, thymine, guanine và cytosine, ngày nay thường được gọi bằng các chữ cái A, T, G và C. Họ đồng ý với Franklin, DNA giống như cầu thang xoắn ốc. Như Watson sau đó thừa nhận trong một nỗ lực yếu ớt về sự lịch thiệp,“Những tuyên bố kiên quyết trong quá khứ của cô ấy về vấn đề này, phản ánh khoa học hạng nhất, chứ không phải những lời bộc bạch của một nhà nữ quyền sai lầm.” Ban đầu, họ cho các bazơ được ghép nối với nhau, ví dụ, một bậc thang được tạo thành từ một adenin liên kết với một adenin khác. Nhưng một ngày nọ, Watson, sử dụng một số mô hình đế bằng bìa cứng mà anh ấy tự cắt ra, bắt đầu chơi với các cặp khác nhau. “Đột nhiên tôi nhận ra một cặp adenine-thymine được giữ với nhau bằng hai liên kết hydro có hình dạng giống hệt với một cặp guanine-cytosine được giữ với nhau bằng ít nhất hai liên kết hydro.” Anh may mắn được làm việc trong một phòng thí nghiệm gồm các nhà khoa học với các chuyên ngành khác nhau; một trong số họ, một nhà hóa học lượng tử, khẳng định adenine sẽ thu hút thymine và guanine sẽ thu hút cytosine. Có một hệ quả thú vị của cấu trúc: khi hai sợi tách ra, chúng có thể tái tạo một cách hoàn hảo. Nói cách khác, cấu trúc như vậy sẽ cho phép phân tử tự tái tạo và truyền thông tin được mã hóa theo trình tự của nó. Watson trở lại xưởng máy để thúc đẩy họ tăng tốc sản xuất bốn loại đế cho mô hình. Đến thời điểm này, những người thợ gia công đã hoàn thành việc hàn các tấm kim loại sáng bóng trong vài giờ. Với tất cả các bộ phận hiện có trong tay, Watson chỉ mất một giờ để sắp xếp chúng sao cho các nguyên tử phù hợp với dữ liệu tia X và quy luật liên kết hóa học. Trong câu nói đáng nhớ của Watson trong The Double Helix,“Francis đã bay bằng cánh Đại bàng để nói với mọi người rằng chúng tôi đã tìm thấy bí mật của cuộc sống.” Watson và Crick hoàn thành bài báo của họ vào tuần cuối cùng của tháng 3 năm 1953. Nó chỉ vỏn vẹn 975 từ, được đánh máy bởi chị gái của Watson, người đã bị thuyết phục làm như vậy bởi lập luận của anh rằng “cô ấy đã tham gia vào một sự kiện nổi tiếng nhất trong sinh học kể từ thời Darwin.” Crick muốn bao gồm một phần mở rộng về ý nghĩa của di truyền, nhưng Watson thuyết phục một kết thúc ngắn hơn sẽ thực sự mang nhiều cú đấm hơn. Do đó, đã tạo ra một trong những câu có ý nghĩa nhất trong khoa học: “Chúng tôi nhận thấy sự kết đôi cụ thể mà chúng tôi đã mặc định ngay lập tức gợi ý một cơ chế sao chép có thể xảy ra đối với vật liệu di truyền.” Giải Nobel được trao năm 1962 cho Watson, Crick và Wilkins. Franklin không đủ điều kiện vì cô đã chết năm 1958, ở tuổi ba mươi bảy, vì bệnh ung thư buồng trứng, có thể do cô tiếp xúc với phóng xạ. Nếu cô còn sống, ủy ban Nobel sẽ phải đối mặt với một tình huống khó xử: mỗi giải chỉ có thể được trao cho ba người chiến thắng. Hai cuộc cách mạng trùng hợp vào những năm 1950. Các nhà toán học, bao gồm Claude Shannon và Alan Turing, đã chỉ ra tất cả thông tin có thể được mã hóa bằng các chữ số nhị phân, được gọi là bit. Điều này dẫn đến một cuộc cách mạng kỹ thuật số được cung cấp bởi các mạch có công tắc bật-tắt xử lý thông tin. Đồng thời, Watson và Crick đã khám phá ra cách thức các hướng dẫn để xây dựng mọi tế bào ở mọi dạng sống được mã hóa bởi chuỗi bốn chữ cái của DNA. Do đó, thời đại thông tin được sinh ra dựa trên mã hóa kỹ thuật số (0100110111001…) và mã hóa di truyền (ACTGGTAGATTACA…). Dòng chảy lịch sử càng được đẩy nhanh khi hai con sông hội tụ. Claude Shannon và Alan Turing CHƯƠNG 4 Nền giáo dục của một nhà hóa sinh Cô gái làm khoa học Jennifer Doudna sau đó sẽ gặp James Watson, làm việc với ông và tiếp xúc với tất cả sự phức tạp của cá nhân ông. Theo một số cách, ông sẽ giống như một bố già trí tuệ, ít nhất là cho đến khi ông bắt đầu nói những điều dường như xuất phát từ mặt tối của Thần lực. (Như Thủ tướng Palpatine đã nói với Anakin Skywalker,“Mặt tối của Thần lực là con đường dẫn đến nhiều khả năng mà một số người coi là không tự nhiên.”) Nhưng phản ứng của cô khi lần đầu tiên đọc cuốn sách của ông khi còn là học sinh lớp sáu thì đơn giản hơn nhiều. Nó làm dấy lên nhận thức có thể bóc tách các lớp vẻ đẹp của tự nhiên và khám phá, như cô nói,“làm thế nào và tại sao mọi thứ hoạt động ở cấp độ cơ bản và ẩn sâu nhất”. Sự sống được tạo thành từ các phân tử. Các thành phần hóa học và cấu trúc của các phân tử chi phối những gì chúng sẽ làm. Cuốn sách cũng khơi dậy cảm giác khoa học có thể rất thú vị. Tất cả những cuốn sách khoa học trước đây mà cô đọc đều có “hình ảnh những người đàn ông vô cảm mặc áo khoác và đeo kính trong phòng thí nghiệm.” Nhưng The Double Helix đã vẽ nên một bức tranh sống động hơn. “Nó khiến tôi nhận ra khoa học có thể rất thú vị, giống như đi trên một dấu vết của một bí ẩn thú vị và bạn đang tìm được manh mối ở đây và manh mối ở đó. Và sau đó bạn ghép các mảnh lại với nhau.“ Câu chuyện về Watson, Crick và Franklin là câu chuyện về sự cạnh tranh và hợp tác, để dữ liệu nhảy theo lý thuyết và chạy đua với các phòng thí nghiệm đối thủ. Tất cả những điều đó đã gây được tiếng vang với cô khi còn nhỏ và nó sẽ tiếp tục như vậy trong suốt sự nghiệp. Ở trường trung học, Doudna đã có cơ hội thực hiện các thí nghiệm sinh học tiêu chuẩn liên quan đến DNA, bao gồm một thí nghiệm liên quan đến việc phá vỡ các tế bào tinh trùng cá hồi và khuấy chất nhờn của chúng bằng đũa thủy tinh. Cô được truyền cảm hứng bởi một giáo viên hóa học tràn đầy năng lượng và một phụ nữ đã thuyết trình về lý do sinh hóa khiến các tế bào trở thành ung thư. “Nó củng cố nhận thức của tôi rằng phụ nữ có thể là nhà khoa học.” Có một sợi dây đan xen vào sự tò mò thời thơ ấu của cô về những con nhện không mắt trong ống dung nham, đám ‘cỏ ngủ’ cuộn tròn khi bạn chạm vào nó và các tế bào của con người trở thành ung thư: tất cả đều liên quan đến câu chuyện bí ẩn về chuỗi xoắn kép. Cô quyết định muốn học hóa học ở trường đại học, nhưng giống như nhiều nhà khoa học nữ thời đó, cô đã gặp phải sự phản kháng. Khi cô giải thích mục tiêu đại học của mình với cố vấn của trường, một người đàn ông Mỹ gốc Nhật lớn tuổi với thái độ truyền thống, ông ta bắt đầu càu nhàu,“Không, không, không.” Cô dừng lại và nhìn ông. “Con gái không làm khoa học,” ông ấy khẳng định. Ông không khuyến khích cô làm bài kiểm tra hóa học của College Board. “Em có thực sự biết đó là gì, bài kiểm tra đó dùng để làm gì không?” Ông ấy đã nói với cô. “Điều đó khiến tôi đau lòng,” Doudna nhớ lại, nhưng nó cũng khiến quyết tâm của cô trở nên cứng rắn hơn. “Vâng, tôi sẽ làm điều đó,” cô nhớ lại đã nói với chính mình. “Tôi sẽ cho bạn xem. Nếu tôi muốn làm khoa học, tôi sẽ làm điều đó“. Cô nộp đơn vào trường Cao đẳng Pomona ở California, nơi có chương trình tốt về hóa học và sinh hóa, được nhận vào và nhập học vào mùa thu năm 1981. Pomona Ban đầu cô không vui. Trốn học một lớp, giờ cô mới mười bảy tuổi. Cô nhớ lại: “Tôi đột nhiên trở thành một con cá nhỏ trong một cái ao rất lớn, và tôi nghi ngờ mình đã mắc phải thứ gì.” Cô nhớ nhà và một lần nữa cảm thấy lạc lõng. Nhiều bạn học của cô đến từ các gia đình giàu có ở Nam California và có ô tô riêng, trong khi cô đang nhận học bổng và làm việc bán thời gian để trang trải chi phí sinh hoạt. Những ngày đó, điện thoại về nhà rất tốn kém. “Cha mẹ tôi không có nhiều tiền nên họ bảo tôi dùng collect call, nhưng chỉ một lần một tháng.” collect call là cuộc gọi cước ngược – người nghe sẽ trả tiền. Với ý chí muốn học chuyên ngành hóa học, cô bắt đầu nghi ngờ mình có thể xử lý được nó. Có lẽ cố vấn trung học đã đúng. Lớp hóa học của cô có hai trăm học sinh, hầu hết đều đạt điểm 5 [cao nhất] trong bài kiểm tra hóa học AP. “Nó khiến tôi tự hỏi liệu mình có đặt tầm nhìn vào một thứ mà tôi không thể đạt được hay không”. Vì tính cạnh tranh cao, lĩnh vực này không có gì hấp dẫn nếu cô chỉ là một sinh viên tầm thường. “Tôi đã nghĩ, tôi không muốn trở thành một nhà hóa học nếu không đạt được vị trí dẫn đầu.“ Cô đã nghĩ đến việc đổi chuyên ngành sang tiếng Pháp. “Tôi đã đến nói chuyện với giáo viên tiếng Pháp của tôi về điều đó, và cô ấy hỏi tôi đang học chuyên ngành gì.” Khi Doudna trả lời đó là hóa học, giáo viên đã nói hãy gắn bó với nó. “Cô ấy đã thực sự khẳng định: “Nếu bạn học chuyên ngành hóa học, bạn có thể làm mọi thứ. Nếu bạn học chuyên ngành tiếng Pháp, bạn chỉ có thể trở thành giáo viên tiếng Pháp.” Triển vọng của cô tươi sáng vào mùa hè sau năm thứ nhất khi nhận được công việc trong phòng thí nghiệm của người bạn gia đình là Don Hemmes, giáo sư sinh học của Đại học Hawaii, người đã đưa cô đi dạo trong thiên nhiên. Ông đang sử dụng kính hiển vi điện tử để nghiên cứu sự chuyển động của các chất hóa học bên trong tế bào. “Jennifer bị cuốn hút bởi khả năng nhìn vào bên trong tế bào và nghiên cứu xem tất cả các hạt nhỏ đang làm gì.” Jennifer tại phòng lab cao đẳng Pomona Hemmes cũng đang nghiên cứu sự tiến hóa của những chiếc vỏ nhỏ bé. Là một thợ lặn năng động, ông sẽ nhặt các mẫu của những cái nhỏ nhất, có kích thước gần như siêu nhỏ, và các sinh viên của sẽ giúp ông nhúng chúng vào nhựa thông và cắt các phần mỏng để phân tích dưới kính hiển vi điện tử. Doudna giải thích: “Ông ấy dạy chúng tôi cách sử dụng nhiều loại hóa chất khác nhau để nhuộm các mẫu khác nhau, vì vậy chúng tôi có thể xem xét sự phát triển của vỏ.” Lần đầu tiên cô giữ một cuốn sổ ghi chép trong phòng thí nghiệm. Trong lớp hóa học ở trường đại học, hầu hết các thí nghiệm được tiến hành theo một công thức. Có một giao thức cứng nhắc và một câu trả lời đúng. “Công việc trong phòng thí nghiệm của Don không như vậy,” cô nói. “Không giống như trong lớp, chúng tôi không biết câu trả lời mà chúng tôi nhận được.” Nó cho cô nếm trải cảm giác hồi hộp khi khám phá. Nó cũng giúp cô thấy được điều gì sẽ xảy ra khi trở thành một phần của cộng đồng các nhà khoa học, tạo ra những tiến bộ và kết hợp chúng lại với nhau để khám phá ra cách thức hoạt động của thiên nhiên. Khi trở lại Pomona vào mùa thu, cô đã kết bạn, hòa nhập tốt hơn và tự tin hơn vào khả năng làm bài hóa học của mình. Là một phần của chương trình vừa học vừa làm, cô đã có một loạt công việc trong phòng thí nghiệm hóa học của trường. Hầu hết bạn học không tham gia với cô vì họ không khám phá cách hóa học giao thoa với sinh học. Nhưng điều đó đã thay đổi sau năm cuối, khi cô nhận được một vị trí vào mùa hè trong phòng thí nghiệm của cố vấn Sharon Panasenko, một giáo sư hóa sinh. “Thời đó khó khăn hơn đối với các nhà hóa sinh nữ ở các trường đại học, và tôi ngưỡng mộ cô ấy không chỉ vì là một nhà khoa học giỏi mà còn là một hình mẫu.” Panasenko đang nghiên cứu một chủ đề phù hợp với mối quan tâm của Doudna về cơ chế của tế bào sống: cách một số vi khuẩn được tìm thấy trong đất có thể giao tiếp để chúng có thể liên kết với nhau khi bị đói chất dinh dưỡng. Chúng tạo thành một nhóm gọi là ‘thể quả’. Hàng triệu vi khuẩn tìm ra cách tập hợp bằng cách gửi đi các tín hiệu hóa học. Panasenko đã nhờ Doudna giúp tìm ra cách hoạt động của các tín hiệu hóa học đó. Ở nhiều loài thực vật bậc thấp, nhất là nấm, quả bào tử - cũng còn được gọi là thể quả hoặc thân quả - là một cấu trúc đa bào trên đó các cấu trúc sản sinh bào tử, như basidia hoặc asci, được sinh ra. Thể quả là một phần của giai đoạn sinh dục của vòng đời nấm, trong khi phần còn lại của vòng đời được đặc trưng bởi sự tăng trưởng sợi thực vật và sản sinh bào tử vô tính. “Tôi phải cảnh báo với em,” Panasenko nói,“một kỹ thuật viên trong phòng thí nghiệm của tôi đã làm việc để nuôi cấy những vi khuẩn này trong sáu tháng, và anh ấy đã không thể làm cho nó hoạt động.” Doudna bắt đầu cố gắng phát triển vi khuẩn trong những chiếc chảo nướng lớn hơn là những chiếc đĩa Petri thông thường. Một đêm, cô đặt những thứ chuẩn bị của mình vào lồng ấp. “Tôi đến vào ngày hôm sau, và khi tôi bóc lớp giấy bạc trên đĩa nướng thiếu chất dinh dưỡng, tôi đã choáng váng khi nhìn thấy những cấu trúc tuyệt đẹp này!” Chúng trông giống như những quả bóng đá nhỏ. Cô đã thành công trong khi kỹ thuật viên khác đã thất bại.“ Đó là một khoảnh khắc đáng kinh ngạc, và nó khiến tôi nghĩ mình có thể làm khoa học.” Các thí nghiệm đã mang lại kết quả đủ mạnh để Panasenko có thể xuất bản một bài báo nghiên cứu trên Tạp chí Vi khuẩn học, trong đó bà thừa nhận Doudna là một trong bốn trợ lý phòng thí nghiệm “những quan sát ban đầu đã đóng góp đáng kể cho dự án này”. Đây là lần đầu tiên tên của Doudna xuất hiện trên một tạp chí khoa học. Harvard Đến lúc học cao học, ban đầu cô không tính đến Harvard, mặc dù cô là học sinh đứng đầu lớp hóa lý của mình. Nhưng cha đã thúc ép cô nộp đơn. “Thôi nào, bố, con sẽ không bao giờ vào được đâu.” Ông trả lời: “Con chắc chắn sẽ không được vào nếu không nộp đơn.” Cô đã vào được, và Harvard thậm chí còn cung cấp cho cô một khoản học bổng hậu hĩnh. Viện Đại học Harvard là một viện đại học nghiên cứu tư thục, thành viên của Liên đoàn Ivy nằm ở Cambridge, Massachusetts, Hoa Kỳ. Với lịch sử, tầm ảnh hưởng và tài sản của mình, Harvard là một trong những viện đại học danh tiếng nhất thế giới. Được thành lập vào năm 1636 bởi Cơ quan Lập pháp Thuộc địa Vịnh Massachusetts và không lâu sau đó đặt theo tên của John Harvard - người đã hiến tặng của cải cho trường, Harvard là cơ sở học tập bậc cao lâu đời nhất Hoa Kỳ. Mặc dù chưa bao giờ có mối quan hệ chính thức với bất kỳ giáo phái nào, Trường Đại học Harvard (Harvard College, sau này là trường giáo dục bậc đại học của Viện Đại học Harvard) trong thời kỳ đầu chủ yếu đào tạo các mục sư Kháng Cách thuộc hệ phái Tự trị Giáo đoàn. Chương trình học và thành phần sinh viên của trường dần dần trở nên có tính chất thế tục trong thế kỷ XVIII, và đến thế kỷ XIX thì Harvard đã nổi lên như một cơ sở văn hóa chủ chốt của giới tinh hoa vùng Boston. Sau Nội chiến Hoa Kỳ, Charles W. Eliot trong nhiệm kỳ viện trưởng kéo dài nhiều năm của mình (từ 1869 đến 1909) đã chuyển đổi trường đại học và các trường chuyên nghiệp liên kết với nó thành một viện đại học nghiên cứu hiện đại. Harvard là thành viên sáng lập Hiệp hội Viện Đại học Bắc Mỹ vào năm 1900. James Bryant Conant lãnh đạo viện đại học trong suốt thời kỳ Đại suy thoái và Chiến tranh thế giới thứ hai, sau chiến tranh bắt đầu cải cách chương trình học và mở rộng việc tuyển sinh. Trường Đại học Harvard trở thành cơ sở giáo dục dành cho cả nam lẫn nữ vào năm 1977 khi nó sáp nhập với Trường Đại học Radcliffe. Viện Đại học Harvard được tổ chức thành 11 đơn vị học thuật - 10 phân khoa đại học và Viện Nghiên cứu Cao cấp Radcliffe - với các khuôn viên nằm rải rác khắp vùng đô thị Boston: khuôn viên chính rộng 209 mẫu Anh (85 ha) nằm ở thành phố Cambridge, cách Boston chừng 3 dặm (4,8 km) về phía tây bắc; Trường Kinh doanh và các cơ sở thể thao, bao gồm Sân vận động Harvard, nằm bên kia sông Charles ở khu Allston của Boston; còn Trường Y khoa, Trường Nha khoa và Trường Y tế Công cộng thì nằm ở Khu Y khoa Longwood. Trong số các tổng thống Hoa Kỳ, có tám người là cựu sinh viên Harvard; chừng 150 người được trao giải Nobel là sinh viên, giảng viên, hay nhân viên của viện đại học này. Ngoài ra, có 62 tỉ phú hiện đang còn sống và 335 Học giả Rhodes, hầu hết sống ở Hoa Kỳ, là cựu sinh viên Harvard. Thư viện Viện Đại học Harvard cũng là thư viện đại học lớn nhất ở Hoa Kỳ. Tính đến tháng 6 năm 2013, tổng số tiền hiến tặng mà Harvard có được là 32,3 tỷ đô la, lớn hơn bất cứ cơ sở học thuật nào trên thế giới. Thư viện Đại học Harvard lúc 4:30 sáng Cô đã dành một phần mùa hè để đi du lịch ở châu Âu với số tiền tiết kiệm được từ chương trình vừa học vừa làm tại Pomona. Khi chuyến đi của cô kết thúc vào tháng 7 năm 1985, cô đến ngay Harvard để có thể bắt đầu làm việc trước khi các lớp học bắt đầu. Giống như các trường đại học khác, Harvard yêu cầu sinh viên hóa học sau đại học phải làm việc mỗi học kỳ trong phòng thí nghiệm của các giáo sư khác nhau. Mục tiêu của những cuộc luân chuyển là để cho phép sinh viên học các kỹ thuật khác nhau và sau đó chọn một phòng thí nghiệm để nghiên cứu luận văn của họ. Doudna đã gọi điện cho Roberto Kolter, người đứng đầu chương trình nghiên cứu sau đại học, để hỏi xem liệu cô có thể bắt đầu trong phòng thí nghiệm của anh hay không. Một chuyên gia trẻ tuổi người Tây Ban Nha về vi khuẩn, anh ấy có nụ cười tươi, mái tóc vuốt keo lịch lãm, đeo kính không dây và phong cách nói chuyện vui vẻ. Phòng thí nghiệm của anh mang tầm cỡ quốc tế, với nhiều nhà nghiên cứu đến từ Tây Ban Nha hoặc Mỹ Latinh, và Doudna đã bị ấn tượng bởi sức trẻ và hoạt động chính trị của họ. “Tôi đã bị ảnh hưởng rất nhiều bởi sự trình bày của giới truyền thông về các nhà khoa học là những ông già da trắng, và tôi nghĩ đó là người mà tôi sẽ tương tác tại Harvard. Đó hoàn toàn không phải là kinh nghiệm của tôi tại Kolter Lab.“ Sự nghiệp tiếp theo của cô, từ CRISPR đến coronavirus, sẽ phản ánh bản chất toàn cầu của khoa học hiện đại. Giáo sư Roberto Kolter Kolter giao cho Doudna nghiên cứu cách vi khuẩn tạo ra các phân tử gây độc cho các vi khuẩn khác. Cô chịu trách nhiệm nhân bản (tạo ra một bản sao DNA chính xác của) các gen từ vi khuẩn và kiểm tra chức năng của chúng. Cô nghĩ ra một cách mới để thiết lập quy trình, nhưng Kolter tuyên bố nó sẽ không hiệu quả. Doudna bướng bỉnh và đi trước với ý tưởng của mình. “Tôi đã làm theo cách của mình và có được bản sao,” cô nói với giáo sư. Ông rất ngạc nhiên nhưng ủng hộ. Đó là một bước trong việc vượt qua sự bất an ẩn nấp bên trong cô. Cuối cùng, Doudna quyết định thực hiện luận văn của mình trong phòng thí nghiệm của Jack Szostak, một nhà sinh học Harvard đa năng về trí tuệ, người đang nghiên cứu DNA trong nấm men. Một người Mỹ gốc Ba Lan và Canada, Szostak là một trong những thiên tài trẻ khi đó thuộc Khoa Sinh học Phân tử của Harvard. Mặc dù, anh ấy đang quản lý một phòng thí nghiệm, Szostak vẫn làm việc như một nhà khoa học dự bị, vì vậy Doudna phải xem anh ấy thực hiện các thí nghiệm, nghe quá trình suy nghĩ và ngưỡng mộ cách anh chấp nhận rủi ro. Cô nhận ra khía cạnh quan trọng trong trí tuệ của anh là khả năng tạo ra những kết nối bất ngờ giữa các lĩnh vực khác nhau. Các thí nghiệm đã cho cô một cái nhìn thoáng qua về cách khoa học cơ bản có thể được biến thành khoa học ứng dụng. Tế bào nấm men rất hiệu quả trong việc tiếp nhận các đoạn DNA và tích hợp vào cấu trúc gen của chúng. Vì vậy, cô đã tìm cách tận dụng sự thật này. Cô đã thiết kế các chuỗi DNA kết thúc bằng một trình tự khớp với trình tự trong nấm men. Với một cú sốc điện nhỏ, cô đã mở ra những lối đi nhỏ trong thành tế bào của nấm men, cho phép DNA mà cô tạo ra luồn lách vào bên trong. Sau đó, nó tái tổ hợp vào DNA của nấm men. Cô đã tạo ra một công cụ có thể chỉnh sửa gen của nấm men. Jack Szostak CHƯƠNG 5 Bộ gen người James và Rufus Watson Năm 1986, khi Doudna đang làm việc trong phòng thí nghiệm của Jack Szostak, một sự hợp tác khoa học quốc tế lớn đang được triển khai. Nó được gọi là Dự án Bộ gen Người, và mục tiêu là tìm ra trình tự của ba tỷ cặp bazơ trong DNA và bản đồ của chúng ta - hơn hai mươi nghìn gen mà các cặp cơ sở này mã hóa. Một trong nhiều gốc rễ của Dự án bộ gen người liên quan đến anh hùng thời thơ ấu của Doudna, James Watson và con trai của ông là Rufus. Tác giả khiêu khích của The Double Helix là giám đốc Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbour, một thiên đường cho các cuộc hội thảo và nghiên cứu y sinh trong khuôn viên rộng 110 mẫu Anh trên bờ biển phía bắc của Long Island. Được thành lập vào năm 1890, nó có một lịch sử nghiên cứu quan trọng. Tại đó vào những năm 1940, Salvador Luria và Max Delbrück đã dẫn đầu một nhóm nghiên cứu về thể thực khuẩn bao gồm Watson trẻ tuổi. Nhưng nó cũng bị ám ảnh bởi những bóng ma gây tranh cãi hơn. Từ năm 1904 cho đến năm 1939, dưới thời giám đốc Charles Davenport, nó đóng vai trò như một trung tâm ưu sinh, tạo ra các nghiên cứu khẳng định các chủng tộc và nhóm dân tộc khác nhau có sự khác biệt di truyền về các đặc điểm như trí thông minh và tội phạm. Cuối nhiệm kỳ của Watson - làm giám đốc ở đó từ 1968 đến 2007, những tuyên bố của chính ông về chủng tộc và di truyền sẽ hồi sinh những hồn ma này. Ngoài vai trò là một trung tâm nghiên cứu, Cold Spring Harbour còn tổ chức khoảng 30 cuộc họp mỗi năm về các chủ đề đã chọn. Năm 1986, Watson quyết định tung ra một loạt phim thường niên có tựa đề ‘Sinh học của các bộ gen’. Chương trình cho năm đầu tiên là lập kế hoạch Dự án Bộ gen người. Vào ngày cuộc họp bắt đầu, Watson đã đưa ra một thông báo gây sốc cho các nhà khoa học được tập hợp. Con trai ông, Rufus, đã thoát khỏi bệnh viện tâm thần, đã mất tích, và Watson đã rời đi để giúp tìm kiếm anh ta. Sinh năm 1970, Rufus có khuôn mặt gầy, mái tóc bù xù và nụ cười lệch của cha mình. Anh ấy khá sáng sủa. “Tôi rất hài lòng,” Watson nói,“bởi vì một thời gian nữa nó sẽ đi ngắm chim với tôi, và chúng tôi đã có một số mối quan hệ.” Ngắm chim là điều Watson đã làm với chính cha mình khi còn là một đứa trẻ thông minh, gầy gò ở Chicago. Nhưng khi Rufus còn nhỏ, anh bắt đầu có dấu hiệu không thể tương tác tốt với mọi người, và vào năm lớp 10 tại trường nội trú Exeter, anh bị rối loạn tâm thần và được gửi về nhà. Vài ngày sau, anh ta lên đỉnh Trung tâm Thương mại Thế giới với kế hoạch kết liễu cuộc đời mình. Các bác sĩ chẩn đoán anh bị tâm thần phân liệt. Watson đã khóc. “Tôi chưa bao giờ thấy Jim khóc trước đây — hoặc kể từ đó trong cuộc đời anh ấy,” vợ anh, Elizabeth, nói. Watson đã bỏ lỡ hầu hết cuộc gặp gỡ về bộ gen tại Cold Spring Harbour, trong khi ông và Elizabeth tham gia cuộc săn tìm con trai của họ. Cuối cùng người ta tìm thấy anh ta đang lang thang trong rừng. Khoa học của Watson đã giao thoa với cuộc sống thực. Dự án quốc tế khổng lồ nhằm lập bản đồ bộ gen người sẽ không còn là mục tiêu theo đuổi học thuật, trừu tượng đối với ông nữa. Nó mang tính cá nhân, và nó sẽ ăn sâu vào ông một niềm tin, giáp với sự ám ảnh, vào sức mạnh của di truyền học để giải thích cuộc sống con người. Tự nhiên, không phải sự nuôi dưỡng, đã tạo nên Rufus, và nó cũng tạo nên những nhóm người khác nhau. Hoặc như vậy, nó xuất hiện với Watson, người đã nhìn thấy mọi thứ qua kính được lọc bởi khám phá DNA và tình trạng của con trai mình. “Rufus có thể rất thông minh, rất nhạy bén và có thể quan tâm nhưng cũng rất nóng giận,” Watson nói. “Chúng tôi hy vọng khi nó còn trẻ, chúng tôi có thể tạo dựng môi trường thích hợp để nó thành công. Nhưng tôi sớm nhận ra rắc rối nằm trong gen của nó. Điều đó đã thúc đẩy tôi dẫn đầu Dự án Bộ gen người. Cách duy nhất tôi có thể hiểu con trai và giúp nó sống ở mức bình thường là giải mã bộ gen.“ Cuộc đua giải mã trình tự Khi Dự án Bộ gen người chính thức được khởi động vào năm 1990, Watson đã được bổ nhiệm làm giám đốc đầu tiên. Tất cả những người chơi chính đều là nam giới. Watson cuối cùng đã thành công bởi Francis Collins, người đã trở thành giám đốc của Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ vào năm 2009. Trong số những người trẻ nổi tiếng có Eric Lander lôi cuốn và cạnh tranh, đội trưởng đội toán trung học Brooklyn xuất sắc, người đã làm luận án tiến sĩ về lý thuyết mã hóa với tư cách là Học giả Rhodes tại Oxford và sau đó quyết định trở thành nhà di truyền học tại MIT. Người chơi gây tranh cãi nhất là Craig Venter hoang dã, người từng làm việc trong một bệnh viện dã chiến của Hải quân Hoa Kỳ với tư cách là người chỉ huy trong cuộc Tổng tấn công Tết Mậu Thân của Chiến tranh Việt Nam, đã cố gắng tự sát bằng cách bơi ra biển, và sau đó trở thành một nhà hóa sinh và doanh nhân công nghệ sinh học. Dự án bắt đầu như một sự hợp tác, nhưng cũng như nhiều câu chuyện về khám phá và đổi mới, nó cũng trở thành một cuộc cạnh tranh. Khi Venter tìm ra những cách khác nhau để thực hiện việc giải trình tự rẻ hơn và nhanh hơn so với những người khác, ông đã tách ra để thành lập một công ty tư nhân, Celera, tìm cách kiếm lợi từ việc cấp bằng sáng chế cho những khám phá của mình. Watson đã đề nghị Lander giúp tổ chức lại nỗ lực của cộng đồng và đẩy nhanh tiến độ công việc. Lander làm bầm nhưng đảm bảo có thể theo kịp với nỗ lực riêng của Venter. Vào đầu năm 2000, khi cuộc thi trở thành một buổi công chiếu rộng rãi, Tổng thống Bill Clinton đã thúc đẩy một thỏa thuận đình chiến giữa Venter và Collins, hai người đã từng bắn nhau trên báo chí. Collins đã ví trình tự của Venter với “Cliff’s Notes” và “Mad Magazine”; Venter đã chế nhạo dự án của chính phủ vì đã tốn kém gấp mười lần để thực hiện công việc với tốc độ chỉ bằng một phần nhỏ. Clinton nói với cố vấn khoa học hàng đầu của mình: “Hãy khắc phục - khiến những người này làm việc cùng nhau.” Vì vậy, Collins và Venter đã gặp nhau để mua pizza và bia để xem liệu họ có thể đạt được thỏa thuận về việc chia sẻ tín dụng và đồng ý công khai, thay vì khai thác cho mục đích cá nhân hay không, bộ dữ liệu sinh học quan trọng nhất của thế giới sẽ sớm trở thành hiện thực. Cliffs Notes là một loạt các hướng dẫn học tập của sinh viên. Các hướng dẫn trình bày và tạo ra các tác phẩm văn học và các tác phẩm khác ở dạng tờ rơi hoặc trực tuyến. Mad Magazine là một tạp chí hài hước của Mỹ được thành lập năm 1952 bởi biên tập viên Harvey Kurtzman và nhà xuất bản William Gaines, ra mắt dưới dạng truyện tranh trước khi trở thành tạp chí. Sau một vài cuộc gặp riêng, Clinton có thể tổ chức buổi lễ của Collins và Venter tại Nhà Trắng để công bố kết quả ban đầu của Dự án Bộ gen người và thỏa thuận chia sẻ tín dụng. James Watson hoan nghênh quyết định. Ông nói: “Các sự kiện trong vài tuần qua đã cho thấy những người làm việc vì lợi ích cộng đồng không nhất thiết phải tụt lại phía sau những người bị thúc đẩy bởi lợi ích cá nhân.” Khi đó tôi là biên tập viên của Time, và chúng tôi đã làm việc với Venter trong nhiều tuần để có quyền truy cập độc quyền vào câu chuyện của ông ấy và đưa ông lên trang bìa. Ông là một người hấp dẫn, bởi vì lúc đó ông đã sử dụng tài sản của mình từ Celera để trở thành một chủ sở hữu du thuyền hào nhoáng, người lướt sóng cạnh tranh và thích tiệc tùng. Vào tuần chúng tôi đang kết thúc câu chuyện, tôi nhận được một cuộc điện thoại bất ngờ từ Phó tổng thống Al Gore. Anh ấy đã thúc đẩy tôi — rất khó khăn và thuyết phục — để đưa Francis Collins lên trang bìa. Venter chống lại. Ông ấy đã bị buộc phải chia sẻ tín nhiệm với Collins trong một cuộc họp báo, nhưng không muốn chia sẻ trang bìa Time. Cuối cùng, ông đồng ý, nhưng tại buổi chụp ảnh, ông nói xấu Collins vì không thể theo kịp trình tự của Celera. Collins cười và không nói gì. “Hôm nay chúng ta đang học ngôn ngữ mà Chúa đã tạo ra sự sống,” Tổng thống Clinton tuyên bố tại buổi lễ ở Nhà Trắng với sự góp mặt của Venter, Collins và Watson. Thông báo đã thu hút sự tưởng tượng của công chúng. Thời báo New York đã đăng dòng tiêu đề biểu ngữ trên trang nhất,“Mã di truyền của sự sống con người bị các nhà khoa học bẻ khóa.” Câu chuyện, được viết bởi nhà báo sinh học nổi tiếng Nicholas Wade, bắt đầu,“Trong một thành tựu thể hiện đỉnh cao hiểu biết về bản thân con người, hai nhóm nhà khoa học đối thủ cho biết hôm nay họ đã giải mã được hệ thống di truyền, tập hợp các hướng dẫn xác định cơ thể người.“ Tổng thống Clinton cùng Venter và Collins Doudna đã dành thời gian thảo luận với Szostak, Church, và những người khác tại Harvard liệu 3 tỷ đô la dành cho Dự án Bộ gen người có xứng đáng hay không. Vào thời điểm đó, Church đã hoài nghi, và vẫn như vậy. Anh nói: “Ba tỷ đô la không giúp được nhiều cho chúng ta,” anh nói. “Chúng ta không phát hiện ra bất cứ điều gì. Không có công nghệ nào sống sót.“ Hóa ra, việc có một bản đồ DNA đã không dẫn đến hầu hết các đột phá lớn về y học như đã được dự đoán. Hơn bốn nghìn đột biến DNA gây bệnh đã được tìm thấy. Nhưng không có cách nào chữa khỏi ngay cả những chứng rối loạn gen đơn giản nhất, chẳng hạn như Tay-Sachs, hồng cầu hình liềm hoặc Huntington. Những người đàn ông đã giải trình tự DNA đã dạy chúng ta cách đọc mã sự sống, nhưng bước quan trọng hơn sẽ là học cách viết mã đó. Điều này sẽ đòi hỏi một bộ công cụ khác, những công cụ liên quan đến phân tử ‘ong thợ’ mà Doudna thấy thú vị hơn DNA. Bệnh Tay–Sachs là một rối loạn di truyền dẫn đến sự phá hủy các tế bào thần kinh trong não và tủy sống. Loại phổ biến nhất, được gọi là bệnh Tay–Sachs trẻ sơ sinh, trở nên rõ ràng vào khoảng ba đến sáu tháng tuổi với việc em bé mất khả năng lật, ngồi hoặc bò. Sau đó là co giật, mất thính lực và không thể di chuyển. Cái chết thường xảy ra trong thời thơ ấu. Ít phổ biến hơn bệnh có thể xảy ra trong thời thơ ấu hoặc trưởng thành. Những hình thức này thường nhẹ hơn trong tự nhiên. Bệnh Huntington là một rối loạn di truyền gây tử vong bởi sự phân hủy của các tế bào thần kinh. Nó làm suy giảm khả năng thể chất và tinh thần của một người và không có cách chữa trị. Bộ Gen người CHƯƠNG 6 RNA Tín điều trung tâm Để đạt được mục tiêu có thể viết cũng như đọc các gen của con người, đòi hỏi sự chuyển đổi trọng tâm từ DNA sang người anh em ít nổi tiếng hơn của nó - thực sự thực hiện các lệnh được mã hóa - RNA (axit ribonucleic) là một phân tử trong tế bào sống tương tự như DNA (axit deoxyribonucleic), nhưng nó có thêm một nguyên tử oxy trong xương đường phosphate và sự khác biệt ở một trong bốn bazơ của nó. DNA có thể là phân tử nổi tiếng nhất thế giới, nổi tiếng đến mức nó xuất hiện trên bìa tạp chí và được dùng làm phép ẩn dụ cho những đặc điểm đã ăn sâu vào xã hội hoặc tổ chức. Nhưng giống như nhiều anh chị em nổi tiếng khác, DNA không hoạt động nhiều. Nó chủ yếu ở nhà trong nhân tế bào của chúng ta, không đi ra ngoài. Hoạt động chính của nó là bảo vệ thông tin mà nó mã hóa và đôi khi tự sao chép. Mặt khác, RNA thực sự đi ra ngoài và hoạt động thực sự. Thay vì chỉ ngồi ở nhà quản lý thông tin, nó tạo ra các sản phẩm thực tế, chẳng hạn như protein. Hãy chú ý đến nó. Từ CRISPR đến COVID, nó sẽ là phân tử đóng vai trò chính trong cuốn sách này và trong sự nghiệp của Doudna. Vào thời điểm của Dự án Bộ gen Người, RNA chủ yếu được coi là một phân tử truyền tin mang các chỉ dẫn từ DNA nằm trong nhân tế bào. Một đoạn DNA nhỏ mã hóa gen được phiên mã thành đoạn RNA, đoạn mã này sau đó sẽ di chuyển đến vùng sản xuất của tế bào. Ở đó ‘RNA thông tin’ tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp trình tự thích hợp của các axit amin để tạo ra một protein cụ thể. Các protein này có nhiều loại. Ví dụ, protein dạng sợi tạo nên các cấu trúc như xương, mô, cơ, tóc, móng tay, gân và tế bào da. Các protein màng chuyển tiếp tín hiệu trong tế bào. Trên tất cả là loại protein hấp dẫn nhất: enzym. Chúng đóng vai trò như chất xúc tác. Chúng gây ra và tăng tốc, điều chỉnh các phản ứng hóa học trong tất cả các sinh vật. Hầu hết mọi hoạt động diễn ra trong tế bào đều cần được xúc tác bởi một loại enzyme. Chú ý đến các enzym. Chúng sẽ là bạn nhảy của RNA trong cuốn sách. Francis Crick, 5 năm sau khi đồng phát hiện ra cấu trúc của DNA, đã đặt ra tên cho quá trình thông tin di truyền chuyển từ DNA sang RNA để cấu tạo nên các protein. Ông gọi nó là ‘tín điều trung tâm’ của sinh học. Sau đó, ông thừa nhận ‘tín điều’, ngụ ý một đức tin không thay đổi và không nghi ngờ, là một lựa chọn từ ngữ kém cỏi. Nhưng từ ‘trung tâm’ là phù hợp. Ribozyme Một trong những điều chỉnh đầu tiên đối với tín điều trung tâm đến khi Thomas Cech và Sidney Altman phát hiện ra protein không phải là phân tử duy nhất trong tế bào mà có thể là enzym. Trong công việc được thực hiện vào đầu những năm 1980 sẽ giúp họ đoạt giải Nobel, họ đã phát hiện ra một điều đáng ngạc nhiên, một số dạng RNA cũng có thể là enzyme. Cụ thể, họ phát hiện ra một số phân tử RNA có thể tự tách ra bằng cách châm ngòi cho một phản ứng hóa học. Họ đặt tên cho các RNA xúc tác này là ‘ribozyme’, một từ được tạo ra bằng cách kết hợp axit ribonucleic với enzyme. Cech và Altman đã phát hiện ra điều này bằng cách nghiên cứu các intron. Một số phần của trình tự DNA không mã, hướng dẫn cách tạo ra protein. Khi các trình tự này được phiên mã thành phân tử RNA, chúng sẽ làm tắc nghẽn mọi thứ. Vì vậy, chúng phải được cắt ra trước khi RNA có thể thực hiện sứ mệnh chỉ đạo việc tạo ra protein. Quá trình cắt và dán các đoạn intron và sau đó nối các đoạn RNA hữu ích lại với nhau đòi hỏi chất xúc tác và vai trò đó thường được thực hiện bởi một enzyme protein. Nhưng Cech và Altman đã phát hiện ra có một số đoạn RNA nhất định đang tự nối! Điều này có ý nghĩa khá thú vị. Nếu một số phân tử RNA có thể lưu trữ thông tin di truyền và cũng hoạt động như một chất xúc tác để thúc đẩy các phản ứng hóa học, thì chúng có thể là cơ sở cho nguồn gốc của sự sống hơn là DNA, vốn không thể tự tái tạo một cách tự nhiên mà không có sự hiện diện của protein để làm chất xúc tác. RNA chứ không phải DNA Khi quá trình luân chuyển phòng thí nghiệm của Doudna kết thúc vào mùa xuân năm 1986, cô hỏi Jack Szostak liệu cô có thể tiếp tục và thực hiện nghiên cứu tiến sĩ của mình dưới sự chỉ đạo của anh ấy không. Szostak đồng ý - nhưng nói thêm một lời cảnh báo. Anh sẽ không còn tập trung vào DNA trong nấm men nữa. Trong khi các nhà hóa sinh học khác hào hứng với việc giải trình tự DNA cho Dự án Bộ gen người, anh đã quyết định chuyển sự chú ý của phòng thí nghiệm sang RNA, thứ anh tin có thể tiết lộ bí mật về bí ẩn sinh học lớn nhất: nguồn gốc của sự sống. Anh nói với Doudna, đã bị hấp dẫn bởi những khám phá mà Cech và Altman đã thực hiện về cách một số RNA có khả năng xúc tác như các enzyme. Mục tiêu của anh là xác định xem liệu những ribozyme có thể sử dụng sức mạnh này để tái tạo hay không. “Đoạn RNA này có các bộ phận hóa học để sao chép chính nó không?” Anh đã nói với cô. Anh cho rằng đó nên là trọng tâm trong luận án Tiến sĩ của cô. Cô nhận thấy sự nhiệt tình của Szostak có khả năng lây lan và đăng ký trở thành sinh viên tốt nghiệp đầu tiên trong phòng thí nghiệm của anh làm việc về RNA. Cô nhớ lại: “Khi tôi được dạy về sinh học, chúng tôi đã học về cấu trúc và mã của DNA, và chúng tôi đã học về cách thức các protein thực hiện tất cả các công việc nặng nhọc trong tế bào, và RNA được coi là trung gian buồn tẻ, giống như một người quản lý cấp trung. Tôi khá ngạc nhiên khi biết có một thiên tài trẻ tuổi, Jack Szostak, ở Harvard, người muốn tập trung 100% vào RNA vì anh ấy nghĩ đó là chìa khóa để hiểu nguồn gốc của sự sống.” Đối với cả Szostak, người đã thành danh và Doudna, người vô danh, việc chuyển sang tập trung vào RNA là một rủi ro. Szostak nhớ lại: “Thay vì đi theo đàn để làm DNA, chúng tôi cảm thấy mình đang đi tiên phong trong một điều gì đó mới mẻ, khám phá một biên giới hơi bị bỏ quên nhưng chúng tôi đều cho rằng rất thú vị.“ Điều này có từ rất lâu trước khi RNA được coi là một công nghệ can thiệp vào sự biểu hiện gen hoặc cung cấp các chỉnh sửa cho gen người. Szostak và Doudna theo đuổi chủ đề chỉ vì tò mò về cách thức hoạt động của tự nhiên. Szostak có một nguyên tắc chỉ đạo: Không bao giờ làm điều gì đó mà hàng nghìn người khác đang làm. Điều đó đã hấp dẫn Doudna. “Nó giống như khi tôi ở trên sân bóng và muốn chơi ở một vị trí mà những đứa trẻ khác không thể,” cô nói. “Tôi học được từ Jack, có nhiều rủi ro hơn nhưng phần thưởng lớn hơn nếu bạn mạo hiểm vào một lĩnh vực mới.” Đến lúc này, cô biết manh mối quan trọng nhất để hiểu một hiện tượng tự nhiên là tìm ra cấu trúc của các phân tử liên quan. Điều đó đòi hỏi cô phải học một số kỹ thuật mà Watson, Crick và Franklin đã sử dụng để làm sáng tỏ cấu trúc của DNA. Nếu cô và Szostak thành công, đó có thể là một bước quan trọng trong việc trả lời một trong những câu hỏi lớn nhất trong tất cả các câu hỏi sinh học: Cuộc sống bắt đầu như thế nào? Nguồn gốc của sự sống Sự phấn khích của Szostak về việc khám phá cuộc sống bắt đầu như thế nào đã dạy cho Doudna bài học lớn thứ hai, ngoài việc chấp nhận rủi ro, đó là Đặt những câu hỏi lớn. Mặc dù Szostak thích đi sâu vào chi tiết của các thí nghiệm, nhưng anh là một nhà tư tưởng vĩ đại, một người không ngừng theo đuổi những tìm hiểu thực sự sâu sắc. “Tại sao bạn lại làm khoa học?” anh hỏi Doudna. Đó là một mệnh lệnh đã trở thành một trong những nguyên tắc chỉ đạo của riêng cô ấy. Có một số câu hỏi thực sự vĩ đại mà tâm trí phàm nhân của chúng ta có thể không bao giờ trả lời được: Vũ trụ bắt đầu như thế nào? Ý thức là gì? Liệu vũ trụ có xác định được không? Chúng ta có tự do? Trong số những vấn đề thực sự lớn, điều gần nhất có thể giải quyết là cuộc sống bắt đầu như thế nào. ‘Tín điều trung tâm’ của sinh học đòi hỏi sự hiện diện của DNA, RNA và protein. Bởi vì khó có khả năng cả ba thứ đều xuất hiện cùng một lúc, một giả thuyết đã nảy sinh vào đầu những năm 1960 - được Francis Crick và những người khác xây dựng một cách độc lập - có một hệ thống tiền thân đơn giản hơn. Giả thuyết của Crick là ngay từ rất sớm trong lịch sử trái đất, RNA đã có thể tự tái tạo. Điều đó đặt ra câu hỏi về nguồn gốc của RNA đầu tiên. Một số suy đoán nó đến từ không gian vũ trụ. Nhưng câu trả lời đơn giản hơn có thể là trái đất sơ khai chứa các khối cấu tạo hóa học của RNA và nó không yêu cầu bất kỳ thứ gì khác ngoài sự trộn lẫn ngẫu nhiên với nhau. Năm Doudna gia nhập phòng thí nghiệm của Szostak, nhà hóa sinh Walter Gilbert đã gọi giả thuyết này là ‘thế giới RNA’. Một phần thiết yếu của các sinh vật là chúng có một phương pháp để tạo ra nhiều sinh vật giống với chính chúng: chúng có thể sinh sản. Do đó, nếu bạn muốn đưa ra lập luận RNA có thể là phân tử tiền thân dẫn đến nguồn gốc của sự sống, nó sẽ giúp chỉ ra cách nó có thể tự tái tạo. Đây là dự án Szostak và Doudna bắt tay vào thực hiện. Doudna đã sử dụng nhiều chiến thuật để tạo ra một enzyme RNA, hay còn gọi là ribozyme, có thể ghép các đoạn RNA nhỏ lại với nhau. Cuối cùng, cô và Szostak đã có thể tạo ra một ribozyme có thể ghép một bản sao của chính nó lại với nhau. Cô và Szostak viết trong một bài báo năm 1998 cho tạp chí Nature. Nhà sinh hóa học Richard Lifton sau đó đã gọi bài báo là một ‘cuộc du hành kỹ thuật’. Doudna đã trở thành một ngôi sao đang lên trong lĩnh vực nghiên cứu RNA hiếm hoi. Điều đó vẫn còn là một khó khăn về mặt sinh học, nhưng trong hai thập kỷ tiếp theo, sự hiểu biết về cách hoạt động của các sợi RNA nhỏ sẽ ngày càng trở nên quan trọng, đối với cả lĩnh vực chỉnh sửa gen và cuộc chiến chống lại coronavirus. Là một nghiên cứu sinh trẻ tuổi, Doudna nắm vững sự kết hợp đặc biệt của các kỹ năng làm nên sự khác biệt của Szostak và các nhà khoa học vĩ đại khác: cô ấy giỏi trong việc thực hiện các thí nghiệm thực hành và cũng đặt ra những câu hỏi lớn. Cô biết Chúa ở trong chi tiết nhưng cũng ở trong bức tranh lớn. Szostak nói: “Jennifer rất giỏi, bởi vì cô ấy nhanh nhẹn, nhạy bén và dường như có thể làm được bất cứ việc gì. Nhưng chúng tôi đã nói khá nhiều về lý do tại sao những câu hỏi thực sự lớn lại là những câu hỏi quan trọng.” Doudna cũng chứng tỏ mình có tính đồng đội, điều này có ý nghĩa rất lớn đối với Szostak, người có chung đặc điểm đó với George Church và một số nhà khoa học khác tại khuôn viên Trường Y Harvard. Điều này được phản ánh qua số lượng đồng tác giả mà cô có trên hầu hết các bài báo của mình. Trong các ấn phẩm khoa học, tác giả đầu tiên được liệt kê thường là nhà nghiên cứu trẻ tuổi chịu trách nhiệm cao nhất về các thí nghiệm thực hành, và tác giả cuối cùng là người nghiên cứu chính hoặc đứng đầu phòng thí nghiệm. Những người được liệt kê ở giữa thường được sắp xếp theo những đóng góp mà họ đã thực hiện. Trên một trong những bài báo quan trọng mà cô đã giúp đăng trên tạp chí Khoa học năm 1989, tên của Doudna xuất hiện ở giữa danh sách vì cô đang cố vấn cho một sinh viên Harvard may mắn làm việc bán thời gian trong phòng thí nghiệm, và cô cảm thấy sinh viên đó nên là tác giả chính nổi bật. Trong năm cuối tại phòng thí nghiệm của Szostak, tên của cô đã xuất hiện trên bốn bài báo học thuật trên các tạp chí uy tín, tất cả đều mô tả các khía cạnh về cách các phân tử RNA có thể tự tái tạo. Điều nổi bật ở Szostak là sự sẵn sàng, thêm sự háo hức của Doudna để đối phó với các thử thách. Điều đó trở nên rõ ràng vào giai đoạn gần cuối của cô trong phòng thí nghiệm của Szostak vào năm 1989. Cô nhận ra để hiểu được hoạt động của một đoạn RNA tự nối, cô sẽ phải phân biệt đầy đủ cấu trúc của nó - từng nguyên tử. Szostak nhớ lại: “Vào thời điểm đó, cấu trúc RNA được xem là khó đến mức không thể tìm ra được. Hầu như không còn ai cố gắng nữa.” Gặp gỡ James Watson Lần đầu tiên Jennifer Doudna thuyết trình tại một hội nghị khoa học, đó là tại Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbour, và James Watson, như thường lệ, ngồi ở hàng ghế đầu với tư cách là người chủ trì. Đó là mùa hè năm 1987, và ông đã tổ chức một cuộc hội thảo để thảo luận về “các sự kiện tiến hóa có thể đã làm nảy sinh các sinh vật sống hiện đang tồn tại trên trái đất.” Nói cách khác, sự sống bắt đầu như thế nào? Trọng tâm của hội nghị là những khám phá gần đây cho thấy một số phân tử RNA có thể tự tái tạo. Bởi vì Szostak không có mặt, một lời mời được gửi đến Doudna, khi đó mới hai mươi ba tuổi, để trình bày công việc mà cô và anh đang thực hiện về kỹ thuật một phân tử RNA tự sao chép. Khi cô nhận được lá thư có chữ ký của Watson gửi đến “Cô Doudna thân mến” (cô ấy chưa phải là Tiến sĩ Doudna), cô không chỉ ngay lập tức chấp nhận - cô đã đóng khung nó. Bài nói chuyện cô đưa ra, dựa trên một bài báo cô đã viết với Szostak, mang tính kỹ thuật cao. “Chúng tôi mô tả các đột biến mất đoạn và thay thế trong các miền xúc tác và cơ chất của intron tự nối,” cô bắt đầu. Đó là kiểu câu kích thích các nhà nghiên cứu sinh vật học và Watson đang chăm chú ghi chép. “Tôi vô cùng lo lắng đến nỗi lòng bàn tay đổ mồ hôi,” cô kể lại. Nhưng cuối cùng, Watson đã chúc mừng cô, và Tom Cech, người đã mở đường cho bài báo của Doudna và Szostak, nghiêng người và thì thầm: “Làm tốt lắm.” Tại nơi diễn ra cuộc họp, khi Doudna đi bộ xuống Đường Bungtown, con đường dạo quanh khuôn viên trường. Dọc đường, cô nhìn thấy một người phụ nữ hơi khom người đi về phía mình. Đó là nhà sinh vật học Barbara McClintock, người đã từng là nhà nghiên cứu tại Cold Spring Harbour trong hơn bốn mươi năm và gần đây đã được trao giải Nobel vì phát hiện ra các transposon, được gọi là ‘gen nhảy’, có thể thay đổi vị trí của chúng trong bộ gen. Doudna dừng lại, nhưng quá ngại ngùng để giới thiệu bản thân. “Tôi cảm thấy như mình đang gặp một nữ thần,” cô nói, vẫn còn hồi hộp. “Đây là người phụ nữ quá nổi tiếng và cực kỳ có ảnh hưởng trong khoa học. Bà là những gì tôi muốn trở thành.“ Barbara McClintock là một nhà khoa học và di truyền học tế bào người Mỹ được trao Giải Nobel Sinh lý học và Y khoa năm 1983. McClintock nhận bằng tiến sĩ thực vật học từ Đại học Cornell vào năm 1927. Tại đây bà bắt đầu sự nghiệp của mình và trở thành người tiên phong nghiên cứu di truyền học tế bào của ngô và đó cũng là mục tiêu nghiên cứu chính trong toàn bộ sự nghiệp của bà. Từ khoảng những năm 1930, McClintock nghiên cứu nhiễm sắc thể của ngô và sự thay đổi của chúng trong quá trình sinh sản. Bà đã phát triển kỹ thuật để dễ hình dung về nhiễm sắc thể của ngô và kĩ thuật phân tích tế bào học (chủ yếu là qua kính hiển vi quang học) để chứng minh các ý tưởng của mình về di truyền ở cây ngô. Một trong những ý tưởng đó là nghiên cứu tái tổ hợp di truyền do trao đổi chéo nhiễm sắc thể trong giảm phân - một cơ chế của các nhiễm sắc thể tương đồng trao đổi thông tin di truyền. Bà là người đầu tiên đã lập ra bản đồ di truyền của ngô, trong đó chỉ rõ các vùng nhiễm sắc thể liên hệ với các tính trạng cụ thể. Bà đã làm sáng tỏ vai trò của telomere và centromere, các vùng của nhiễm sắc thể quan trọng trong việc bảo tồn thông tin di truyền. Bà được công nhận là một trong những chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực này, được trao các quỹ hỗ trợ nghiên cứu danh giá, và được bầu làm viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ năm 1944. Trong hai thập niên 1940 và 1950, McClintock phát hiện sự chuyển vị (transposition) của các gen và vai trò ‘bật’ và ‘tắt’ của một số gen quy định tính trạng cụ thể. Bà đã phát triển các lý thuyết để giải thích sự ức chế và biểu hiện thông tin di truyền từ một thế hệ này sang thế hệ kế tiếp ở ngô. Công trình được công bố đầu tiên của bà về vấn đề này là từ năm 1948 nhưng không ai tin vì trái ngược hẳn với các quy luật Mendel và học thuyết di truyền nhiễm sắc thể đang ‘thống trị’ đương thời. Sau đó ít lâu, bà cho đăng công trình tiếp theo trên tờ báo khoa học ‘PNAS Classic Article-1950’ với nhan đề “The origin and behavior of mutable loci in maize” (Nguồn gốc và hoạt động của các lô-cut có thể biến đổi ở cây ngô”) nhưng vẫn không ai tin. Do sự hoài nghi về nghiên cứu của bà và những tác động của nó, bà đã ngừng công bố dữ liệu của mình vào năm 1953. Sau đó, bà đã thực hiện một nghiên cứu sâu rộng về di truyền học tế bào (cytogenetics) và thực vật học (ethnobotany) của các giống ngô từ Nam Mỹ. Nghiên cứu theo hướng này của McClintock đã được hiểu rõ trong những năm 1960 và 1970, khi các nhà khoa học khác xác nhận cơ chế thay đổi di truyền và điều hoà gen mà bà đã chứng minh trong nghiên cứu ngô của mình vào thập niên 1940 và 1950, nên giải thưởng Huân chương Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ năm 1970 mới trao cho bà và hơn 10 năm tiếp theo (năm 1983) bà mới được nhận giải Nobel về Sinh lý học và Y khoa, lúc đó đã ở tuổi 80. Phát hiện ‘gen nhảy’ của bà đã đi trước thời đại hơn 30 năm, nên cho tới nay bà là người phụ nữ duy nhất nhận giải Nobel Y học mà không phải chia sẻ cùng người khác. Doudna vẫn giữ liên lạc với Watson, tham dự nhiều cuộc họp của Cold Spring Harbour mà ông tổ chức. Trong những năm qua, ông trở thành nhân vật ngày càng gây tranh cãi vì những lời tuyên bố không khoan nhượng của mình về sự khác biệt di truyền chủng tộc. Doudna thường cố gắng không để hành vi của ông làm giảm sự tôn trọng của cô đối với những thành tựu khoa học của ông. “Khi tôi nhìn thấy, ông thường nói những điều mà ông nghĩ là khiêu khích,” cô nói với một nụ cười hơi phòng thủ. “Đó là cách của ông.” Mặc dù thường xuyên nhận xét về ngoại hình của phụ nữ, bắt đầu với Rosalind Franklin trong The Double Helix, ông là một người cố vấn tốt cho phụ nữ. Doudna nói: “Ông rất ủng hộ một người bạn nữ thân thiết của tôi, người là một postdoc. Điều đó ảnh hưởng đến quan điểm của tôi về ông.” CHƯƠNG 7 Xoắn và gấp Sinh học cấu trúc Kể từ khi cô bối rối về những chiếc lá nhạy cảm của ‘cây mắc cở’ mà cô tìm thấy khi đi dạo lúc còn nhỏ ở Hawaii, Doudna đã say mê tò mò về cơ chế cơ bản của tự nhiên. Điều gì đã khiến những chiếc lá cây dương xỉ cuộn tròn khi chạm vào? Các phản ứng hóa học đã gây ra hoạt động sinh học như thế nào? Cô đã học cách tạm dừng, giống như tất cả chúng ta thường làm khi còn nhỏ, và tự hỏi về cách mọi thứ hoạt động. Lĩnh vực hóa sinh đã cung cấp nhiều câu trả lời bằng cách chỉ ra cách các phân tử hóa học trong tế bào sống hoạt động. Nhưng có một chuyên ngành thậm chí còn nhìn sâu hơn vào tự nhiên: sinh học cấu trúc. Sử dụng các kỹ thuật hình ảnh như tinh thể học tia X, vốn là thứ mà Rosalind Franklin sử dụng để tìm bằng chứng về cấu trúc của DNA, các nhà sinh học cấu trúc cố gắng khám phá hình dạng ba chiều của phân tử. Linus Pauling đã nghiên cứu ra cấu trúc xoắn ốc của protein vào đầu những năm 1950, sau đó là bài báo của Watson và Crick về cấu trúc xoắn kép của DNA. Doudna nhận ra cô sẽ cần tìm hiểu thêm về sinh học cấu trúc nếu cô muốn thực sự hiểu cách một số phân tử RNA có thể tự tái tạo. “Để tìm ra cách những RNA hoạt động hóa học,” cô nói,“Tôi cần biết chúng trông như thế nào.” Cụ thể, cô cần tìm ra các nếp gấp và xoắn của cấu trúc ba chiều RNA tự nối. Cô nhận thức được công việc như vậy sẽ là tiếng vang như Franklin thực hiện trên DNA, và sự song song đó khiến cô hài lòng. Doudna nói: “Bà ấy có một câu hỏi tương tự về cấu trúc hóa học của một phân tử là trung tâm của sự sống. Bà ấy tin cấu trúc của nó sẽ cung cấp tất cả các loại thông tin chi tiết.” Doudna cũng cảm thấy một khi tìm ra cấu trúc của một ribozyme, nó có thể dẫn đến những công nghệ di truyền đột phá. Trích dẫn về giải Nobel mà Thomas Cech giành được cùng với Sidney Altman đã gợi ý điều này có thể là: “Một khả năng theo chủ nghĩa tương lai là sửa chữa một số rối loạn di truyền nhất định. Việc sử dụng kéo cắt gen như vậy trong tương lai sẽ đòi hỏi chúng ta phải tìm hiểu thêm về các cơ chế phân tử.” Kéo cắt gen. Vâng, ủy ban Nobel sẽ ‘xem xét’. Việc theo đuổi này có nghĩa là đã đến lúc phải chuyển từ phòng thí nghiệm của Jack Szostak, người thừa nhận mình không phải là nhà tư tưởng trực quan hay chuyên gia về sinh học cấu trúc. Vì vậy, vào năm 1991, Doudna đã xem xét nơi cô có thể làm công việc sau luận án tiến sĩ của mình. Có một sự lựa chọn hiển nhiên, nhà sinh học cấu trúc vừa được nhận giải Nobel vì đã khám phá ra RNA xúc tác mà cô và Szostak đã nghiên cứu: Thomas Cech của Đại học Colorado ở Boulder, người đang sử dụng tinh thể tia X để khám phá từng ngóc ngách trong cấu trúc của RNA. Thomas Cech Doudna đã biết Cech. Anh là người đã nói thầm “Làm tốt lắm” sau bài thuyết trình đẫm mồ hôi của cô tại Cold Spring Harbour vào mùa hè năm 1987. Cô đã gặp lại anh khi có một chuyến đi đến Colorado vào năm đó. “Bởi vì chúng tôi là những đối thủ thân thiện, cả hai đều đua nhau tìm kiếm những khám phá về phần giới thiệu bản thân, tôi đã gửi cho anh một ghi chú,” cô nhớ lại. Đó là một ghi chú thực sự, trên giấy, bởi vì email vẫn chưa phổ biến. Cô viết sẽ đi du lịch qua Boulder và hỏi liệu có thể đến thăm phòng thí nghiệm của anh không. Trước sự ngạc nhiên của cô, anh nhanh chóng gọi điện vào một ngày nọ khi cô đang làm việc trong phòng thí nghiệm của Szostak. “Này, Tom Cech đang gọi điện cho bạn,” người đồng nghiệp nhấc máy. Các đồng nghiệp trong phòng thí nghiệm nhìn cô tò mò nhưng cô chỉ nhún vai. Họ gặp nhau ở Boulder vào một ngày thứ bảy. Cech đã đưa cô con gái hai tuổi của mình đến phòng thí nghiệm, và anh trông cô bé khi nói chuyện với Doudna, người hoàn toàn bị quyến rũ bởi cả trí óc lẫn bản năng làm cha của anh. Cuộc gặp gỡ của họ là một ví dụ về sự pha trộn giữa cạnh tranh và tính tập thể đánh dấu nghiên cứu khoa học (và nhiều nỗ lực khác). “Tôi nghĩ lý do Tom gặp tôi là Phòng thí nghiệm Szostak đang làm công việc có khả năng cạnh tranh nhưng cũng có thể có cơ hội học hỏi lẫn nhau,” cô nói. “Và anh ấy có thể nghĩ đó là một cách để có được một số thông tin về những gì phòng thí nghiệm của chúng tôi đang làm.” Sau khi lấy bằng tiến sĩ năm 1989, cô quyết định làm công việc với Cech. “Tôi nhận ra nếu thực sự muốn tìm ra cấu trúc của các phân tử RNA, thì bước đi thông minh là đến phòng thí nghiệm hóa sinh RNA tốt nhất. Ai có thể giỏi hơn Tom Cech? Đây là phòng thí nghiệm đầu tiên phát hiện ra các intron tự nối." Tom Griffin Có một lý do khác khiến Doudna quyết định đến Boulder để làm việc. Vào tháng 1 năm 1988, cô kết hôn với một sinh viên Trường Y Harvard tên là Tom Griffin, người đang làm việc trong một phòng thí nghiệm bên cạnh cô. “Anh ấy nhìn thấy ở tôi những điều tôi không thấy vào thời điểm đó, bao gồm cả khả năng về khoa học,” cô nói. "Anh ấy thúc đẩy tôi trở nên táo bạo hơn tôi đã từng." Griffin, xuất thân từ một gia đình quân nhân, yêu Colorado. Doudna nói: “Khi chúng tôi nghĩ sẽ đi đâu khi hoàn thành bằng cấp của mình, anh ấy thực sự rất muốn chuyển đến Boulder. “Tôi nhận ra nếu chúng tôi đến Boulder, tôi có thể làm việc với Tom Cech.” Vì vậy, họ chuyển đến đó vào mùa hè năm 1991, và Griffin đã nhận được một công việc tại một công ty khởi nghiệp về công nghệ sinh học. Lúc đầu, cuộc hôn nhân hoạt động tốt. Doudna mua một chiếc xe đạp leo núi, và họ sẽ đi dọc theo Boulder Creek. Cô cũng tham gia trượt patin và trượt tuyết băng đồng. Nhưng niềm đam mê của cô là khoa học, và Griffin không phải là ưu tiên duy nhất. Anh không có nguyện vọng trở thành một nhà nghiên cứu hàn lâm. Anh yêu âm nhạc và sách, và sớm trở thành một fan hâm mộ của máy tính cá nhân. Doudna tôn trọng nhiều sở thích của anh nhưng không chia sẻ chúng. Cô nói: “Tôi là người luôn nghĩ về khoa học. Tôi luôn tập trung vào những gì đang ‘nấu’ trong phòng thí nghiệm, thử nghiệm tiếp theo hoặc câu hỏi lớn hơn để theo đuổi.” Mọi người khác nhau trong cách tiếp cận công việc và niềm đam mê của họ. Cô muốn dành những ngày cuối tuần và đêm trong phòng thí nghiệm. Không phải ai cũng nên như vậy. Nhưng một số người nên. Sau một vài năm, họ quyết định đường ai nấy đi và ly hôn. Cô nói: “Tôi bị ám ảnh bởi thử nghiệm tiếp theo sẽ như thế nào. Anh ấy không có cường độ như vậy. Điều đó chỉ tạo ra khoảng cách không thể lấp đầy.” Cấu trúc của ribozyme Nhiệm vụ của Doudna khi cô đến Đại học Colorado với tư cách là một trợ lý là lập bản đồ intron mà Cech đã phát hiện ra có thể là một đoạn RNA tự nối, cho thấy tất cả các nguyên tử, liên kết và hình dạng của nó. Nếu cô thành công trong việc tìm ra cấu trúc ba chiều của nó, điều đó sẽ giúp chỉ ra cách xoắn và gấp của nó có thể mang các nguyên tử phù hợp lại với nhau để gây ra các phản ứng hóa học và cho phép đoạn mã RNA tự tái tạo. Đó là một mạo hiểm rủi ro cao, liên quan đến việc đi đến một khu vực của sân chơi mà ít người khác muốn tham gia. Vào thời điểm đó, không có nhiều công việc được thực hiện về tinh thể học RNA, và hầu hết mọi người sẽ nhìn cô như thể người dở hơi. Nhưng nếu cô thành công, sẽ có một phần thưởng rất lớn cho khoa học. Trong những năm 1970, các nhà sinh học đã tìm ra cấu trúc của một phân tử RNA nhỏ hơn và đơn giản hơn. Nhưng rất ít tiến bộ đã đạt được trong hai mươi năm kể từ đó vì các nhà khoa học nhận thấy rất khó để phân lập và thu được hình ảnh của các RNA lớn hơn. Các đồng nghiệp nói với Doudna việc có được hình ảnh tốt về một phân tử RNA lớn vào thời điểm đó sẽ là một việc ‘vặt vãnh’. Như Cech đã nói,“Nếu chúng tôi yêu cầu Viện Y tế Quốc gia tài trợ cho dự án, chúng tôi sẽ bị cười chê.” Bước đầu tiên là tinh thể hóa RNA - nói cách khác, chuyển đổi phân tử RNA lỏng thành một cấu trúc rắn có tổ chức tốt. Điều đó là cần thiết để sử dụng tinh thể tia X và các kỹ thuật hình ảnh khác để phân biệt các thành phần và hình dạng của nó. Giúp đỡ cô là một sinh viên tốt nghiệp ít nói nhưng vui vẻ tên là Jamie Cate. Anh ấy đã sử dụng tinh thể học tia X để nghiên cứu cấu trúc của protein, nhưng khi gặp Doudna, anh ấy đã tham gia vào nhiệm vụ của cô là tập trung vào RNA. “Tôi đã nói với anh ấy về dự án mà tôi đang thực hiện và anh ấy rất hứng thú,” cô nói. “Nó thực sự ở ngoài đó. Chúng tôi không biết mình sẽ tìm gì." Họ đã đi tiên phong trong một lĩnh vực mới. Thậm chí không rõ các phân tử RNA sẽ có cấu trúc được xác định rõ ràng giống như protein. Không giống như Tom Griffin, Cate thích tập trung vào công việc trong phòng thí nghiệm. Anh và Doudna nói chuyện hàng ngày về cách kết tinh RNA, và chẳng mấy chốc họ tiếp tục thảo luận với cà phê và đôi khi là ăn tối. [và tình yêu tới ] Một bước đột phá đã đến là kết quả của những điều ngẫu nhiên thường xảy ra trong khoa học: một sai sót nhỏ, như nấm mốc bám trên đĩa Petri của Alexander Fleming và dẫn đến việc phát hiện ra penicillin. Một ngày nọ, một kỹ thuật viên đang làm việc với Doudna để cố gắng tạo ra các tinh thể, và cô ấy đã đưa thí nghiệm vào một cái lồng ấp không hoạt động bình thường. Họ nghĩ thí nghiệm đã hỏng, nhưng khi quan sát các mẫu qua kính hiển vi, họ có thể thấy các tinh thể đang lớn dần lên. “Các tinh thể có RNA trong chúng và rất đẹp,” Doudna nhớ lại,“và đó là bước đột phá đầu tiên cho chúng tôi thấy để có được những tinh thể này, chúng tôi phải nâng nhiệt độ lên.” Một tiến bộ khác cho thấy sức mạnh lâu bền của việc ở cùng một vị trí với những người thông minh khác. Tom và Joan Steitz, một nhóm gồm vợ và chồng của các nhà hóa sinh Yale đang nghiên cứu RNA. Tom đặc biệt hòa đồng và thích quanh quẩn trong phòng ăn trưa của phòng thí nghiệm Cech cầm một cốc cà phê. Một buổi sáng, Doudna nói với anh, cô đã có thể lấy được những tinh thể tốt của phân tử RNA mà cô đang nghiên cứu, nhưng chúng có xu hướng bị phá vỡ quá nhanh khi tiếp xúc với tia X. Steitz trả lời trong phòng thí nghiệm Yale của mình, anh đã thử nghiệm một kỹ thuật mới để làm lạnh các tinh thể. Họ thả các tinh thể vào nitơ lỏng để chúng đóng băng. Điều đó giúp bảo tồn cấu trúc trong các tinh thể ngay cả khi chúng được chiếu tia X. Anh đã sắp xếp để Doudna bay đến Yale và dành thời gian với các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, những người đi tiên phong trong kỹ thuật này. Nó hoạt động tuyệt vời. “Tại thời điểm đó, chúng tôi biết mình có các tinh thể được sắp xếp đủ để cuối cùng chúng tôi có thể giải quyết cấu trúc,” cô nói. Yale Chuyến thăm của cô đến phòng thí nghiệm của Tom Steitz tại Yale, nơi các kỹ thuật và thiết bị cải tiến như máy làm lạnh đang được tài trợ, đã giúp thuyết phục Doudna nhận công việc ở đó vào mùa thu năm 1993 với tư cách là một giáo sư theo nhiệm kỳ. Không ngạc nhiên khi Jamie Cate muốn đi cùng cô. Cô đã liên hệ với Yale và giúp sắp xếp để anh chuyển đến đó làm nghiên cứu sinh trong phòng thí nghiệm của cô. “Họ yêu cầu anh ấy phải thực hiện lại các bài kiểm tra,” cô nói,“và như tôi chắc bạn có thể tưởng tượng, anh đã vượt qua dễ dàng.” Viện Đại học Yale là viện đại học tư thục ở New Haven, Connecticut. Thành lập năm 1701 ở Khu định cư Connecticut, Yale là một trong những viện đại học lâu đời nhất ở Hoa Kỳ, chỉ sau Trường Đại học Harvard (1636) và Trường Đại học William & Mary (1693). Năm 1718, trường đổi tên thành ‘Yale College’ nhằm vinh danh Elihu Yale, Thống đốc Công ty Đông Ấn Anh Quốc. Năm 1861, Trường Cao học Nghệ thuật và Khoa học là học viện đầu tiên ở Hoa Kỳ cấp bằng Tiến sĩ (PhD.). Đại học Yale là thành viên sáng lập của Hiệp hội các Viện Đại học Mỹ vào năm 1900. Từ đầu thập niên 1930, Yale College được cải tổ thông qua việc thành lập các cơ sở đại học (residential college): hiện có 12 cơ sở, dự định sẽ thành lập thêm hai cơ sở nữa. Yale sử dụng hơn 1100 nhân sự để giảng dạy và tư vấn cho khoảng 5300 sinh viên chương trình cử nhân, và 6100 sinh viên cao học. Tài sản của viện đại học bao gồm 19,4 tỉ USD tiền hiến tặng, đứng thứ hai trong số các học viện nhận tiền hiến tặng nhiều nhất. Có 12,5 triệu đầu sách được phân phối cho hơn hai mươi thư viện của viện đại học. Trong số những quán quân giải Nobel, 51 người có quan hệ với Yale như là sinh viên, giáo sư, hay nhân viên. Những nhân vật nổi tiếng xuất thân từ Yale có 5 tổng thống Hoa Kỳ, 19 thẩm phán Tối cao và vài nguyên thủ quốc gia nước ngoài. Trường Luật danh giá của Yale là trường tuyển sinh gắt gao nhất nước Mỹ. Đội thể thao Yale Bulldogs thi đấu liên trường trong Bảng 1 Ivy League thuộc Hiệp hội Thể thao Đại học Quốc gia (NCAA). Yale và Harvard là hai đối thủ cạnh tranh khốc liệt, với những đỉnh cao truyền thống là The Game (trận đấu bóng bầu dục hằng năm giữa hai viện đại học), và Harvard-Yale Regretta (cuộc đua thuyền hằng năm cũng giữa hai trường). Màu sắc chính thức của viện đại học và các đội thể thao là màu Lam Yale. Yale Bulldogs Bằng cách sử dụng các kỹ thuật siêu làm lạnh, Doudna và Cate đã có thể tạo ra các tinh thể làm nhiễu xạ tia X tốt. Nhưng họ đã bị cản trở bởi những gì được biết đến trong tinh thể học là ‘vấn đề pha’. Máy dò tia X chỉ có thể đo đúng cường độ của sóng chứ không thể đo đúng phần pha của sóng. Một cách để giải quyết vấn đề là đưa một ion kim loại vào một vài vùng của tinh thể. Hình ảnh nhiễu xạ tia X cho thấy vị trí của các ion kim loại và có thể được sử dụng để giúp tính toán phần còn lại của cấu trúc phân tử. Điều đó đã được thực hiện với các phân tử protein, nhưng không ai tìm ra cách thực hiện với RNA. Cate đã giải quyết vấn đề. Anh đã làm điều đó bằng cách sử dụng một phân tử gọi là osmium hexamine, có cấu trúc thú vị cho phép tương tác trong một vài ngóc ngách của phân tử RNA. Kết quả là, sự nhiễu xạ tia X có thể tạo ra một bản đồ mật độ điện tử cung cấp manh mối về cấu trúc của một vùng gấp khúc quan trọng của RNA mà họ đang nghiên cứu. Họ bắt đầu quá trình tạo các bản đồ mật độ và sau đó xây dựng các mô hình cấu trúc tiềm năng, giống như Watson và Crick đã làm đối với DNA. Lời chia tay của cha cô ấy Khi công việc của họ đang đạt đến đỉnh điểm vào mùa thu năm 1995, Doudna nhận được cuộc gọi từ cha cô. Ông đã được chẩn đoán mắc ung thư, và nó đã di căn đến não. Ông nói chỉ còn sống được ba tháng. Cô đã dành phần còn lại của mùa thu đó để bay đi bay lại từ New Haven đến Hilo, một hành trình kéo dài hơn mười hai giờ. Những khoảng thời gian bên giường bố, xen kẽ với hàng giờ đồng hồ trên điện thoại với Cate. Mỗi ngày, Cate sẽ gửi cho cô một bản đồ mật độ electron mới qua fax hoặc email, và họ sẽ trao đổi. Cô nhớ lại: “Đó là khoảng thời gian khó tin của những thăng trầm và biến động cảm xúc mãnh liệt.” May mắn thay, cha cô thực sự tò mò về công việc của cô, và điều đó đã làm cho thử thách bớt đau đớn hơn. Giữa những khoảng thời gian đau đớn, ông sẽ yêu cầu cô giải thích những hình ảnh mới nhất mà cô nhận được. Cô bước vào phòng ngủ của ông, và ông sẽ nằm đó xem dữ liệu mới nhất. Trước khi họ có thể thảo luận về sức khỏe, ông sẽ bắt đầu đặt câu hỏi. Cô nói: “Nó gợi cho tôi sự tò mò về khoa học của ông và cách ông đã chia sẻ điều đó với tôi khi tôi còn nhỏ.” Trong một chuyến thăm vào tháng 11 năm đó, kéo dài đến hết Lễ Tạ ơn, một bản đồ mật độ điện tử từ New Haven mà cô nhận ra là đủ tốt để xác định cấu trúc của phân tử RNA. Cô thực sự có thể thấy RNA được gấp lại thành hình dạng ba chiều tuyệt vời như thế nào. Cô và Cate đã làm việc đó trong hơn hai năm, trong khi vô số đồng nghiệp đã tuyên bố những gì họ đang làm là không thể, và bây giờ dữ liệu mới nhất cho thấy họ đã chiến thắng. Sự khác nhau giữa DNA và RNA Lúc đó cha cô đã hoàn toàn nằm liệt giường và hầu như không thể cử động được. Nhưng ông còn minh mẫn. Cô bước vào phòng và cho ông xem một bản in màu mà cô đã làm từ một tệp dữ liệu của bản đồ mới nhất. Nó trông giống như một dải ruy băng màu xanh lá cây được xoắn lại thành một hình dạng rất bắt mắt. “Nó trông giống như fettuccini màu xanh lá cây,” ông nói đùa. Sau đó, ông trở nên nghiêm túc. "Nó có nghĩa là gì?" ông hỏi. Fettuccini là một loại mì ống phổ biến trong ẩm thực La Mã và Tuscan, Ý. Nó là một loại mì ống dày, dẹt theo truyền thống được làm từ trứng và bột mì, hẹp hơn, nhưng tương tự như tagliatelle đặc trưng của Bologna. Bằng cách cố gắng giải thích điều đó cho ông, cô đã có thể làm rõ ý tưởng của mình về ý nghĩa của dữ liệu. Họ đã xem xét một khu vực trên bản đồ được tạo ra bởi một cụm ion kim loại và cô suy đoán về các cách RNA có thể gấp lại xung quanh một cụm như vậy. “Có thể có một lõi kim loại ở đây giúp RNA gấp lại thành kiểu xoắn này,” cô gợi ý. "Tại sao điều đó lại quan trọng?" ông hỏi. Cô giải thích RNA được tạo thành từ rất ít hóa chất, vì vậy nó hoàn thành các nhiệm vụ phức tạp dựa trên các cách khác nhau mà nó được gấp lại. Một trong những thách thức với RNA vì nó là một phân tử chỉ được tạo ra từ bốn khối cấu tạo hóa học, không giống như protein, có hai mươi khối. Cô nói: “Bởi vì RNA có cấu trúc hóa học ít phức tạp hơn, thách thức là phải nghĩ xem làm thế nào để nó gấp lại thành một hình dạng độc đáo.” Chuyến thăm đã làm sâu sắc thêm mối quan hệ của cô với cha. Ông coi trọng khoa học, và cũng coi trọng cô. Ông bị thu hút bởi tất cả các chi tiết, nhưng cũng tìm kiếm bức tranh lớn hơn. Cô nhớ lại những lần cô đến thăm lớp học của ông và thấy sự hào hứng của ông khi truyền đạt niềm đam mê của mình. Cô cũng nhớ lại, không mấy vui vẻ hơn là những lần cô giận ông vì cho rằng ông có những đánh giá phiến diện, một số là thành kiến, về con người. Liên kết có thể có nhiều dạng khác nhau, cả trong hóa học và trong cuộc sống. Đôi khi liên kết trí tuệ là mạnh nhất. Khi Martin Doudna qua đời vài tháng sau đó, Jennifer cùng mẹ và các em gái rải tro cốt của ông lên Thung lũng Waipio gần Hilo. Waipio có nghĩa là ‘xoắn ốc’ và con sông uốn lượn qua vùng hoang dã tươi tốt của nó có nhiều thác nước tuyệt đẹp. Trong số những người tham gia cùng họ có Don Hemmes, giáo sư sinh học, người đã cố vấn cho Jennifer, và người bạn thời thơ ấu thân nhất của cô, Lisa Hinkley Twigg-Smith. “Khi chúng tôi thả tro của ông vào gió,” Twigg-Smith nhớ lại,“một loài diều hâu đặc hữu được gọi là io, được liên kết với các vị thần, vừa bay vút lên trên đầu.” “Chỉ sau khi ông ấy qua đời, tôi mới biết ông có ảnh hưởng như thế nào đến quyết định trở thành nhà khoa học của tôi,” Doudna nói. Trong số rất nhiều món quà mà ông đã tặng cô là tình yêu về nhân văn và cách nó giao thoa với khoa học. Nhu cầu về điều đó ngày càng trở nên rõ ràng hơn đối với cô khi nghiên cứu đã đưa cô vào những lĩnh vực cần có sách hướng dẫn đạo đức cũng như bản đồ mật độ điện tử. “Tôi nghĩ cha sẽ rất thích tìm hiểu CRISPR. Ông là một nhà nhân văn, một giáo sư nhân văn, người cũng yêu khoa học. Khi tôi nói về ảnh hưởng của CRISPR đối với xã hội của chúng ta, tôi có thể nghe thấy giọng nói của cha trong đầu mình.” Thung lũng Waipio Chiến thắng Cái chết của cha trùng với thành công khoa học lớn đầu tiên của cô. Doudna và Cate, cùng với các đồng nghiệp trong phòng thí nghiệm đã có thể xác định vị trí của mọi nguyên tử trong phân tử RNA tự nối. Cụ thể, họ đã chỉ ra cách cấu trúc của một miền chính của phân tử cho phép RNA đóng gói các vòng xoắn lại với nhau để tạo ra hình dạng ba chiều của nó. Một đám các ion kim loại trong miền đó hình thành một lõi xung quanh có cấu trúc gấp khúc. Cũng giống như cấu trúc chuỗi xoắn kép của DNA tiết lộ cách nó có thể lưu trữ và truyền tải thông tin di truyền, cấu trúc do Doudna và nhóm của cô phát hiện đã giải thích cách RNA có thể là một loại enzyme và có thể cắt, nối và tự sao chép. Khi bài báo của họ được xuất bản, Yale đã gửi một thông cáo báo chí thu hút sự chú ý của một đài truyền hình địa phương New Haven. Sau khi cố gắng giải thích ribozyme là gì, tin tức đã khiến các nhà khoa học bối rối vì họ chưa bao giờ có thể nhìn thấy hình dạng của nó. “Nhưng bây giờ một nhóm do nhà khoa học Yale Jennifer Doudna dẫn đầu cuối cùng đã có thể chụp được một bức ảnh của phân tử.” Câu chuyện kể về một Doudna trẻ, tóc đen trong phòng thí nghiệm, hiển thị một hình ảnh mờ trên màn hình máy tính của cô. “Chúng tôi hy vọng khám phá của mình sẽ cung cấp manh mối về cách chúng ta có thể sửa đổi ribozyme để nó có thể sửa chữa các gen bị lỗi,” cô nói. Đó là một tuyên bố quan trọng, mặc dù cô không nghĩ về nó nhiều vào thời điểm đó. Đó sẽ là sự khởi đầu của nhiệm vụ chuyển dịch khoa học cơ bản về RNA thành một công cụ có thể chỉnh sửa gen. Trong một phóng sự truyền hình khác, phức tạp hơn, được thực hiện bởi một chương trình tin tức khoa học tổng hợp, Doudna xuất hiện trong một chiếc áo khoác phòng thí nghiệm màu trắng, sử dụng một pipet để đưa dung dịch vào một ống nghiệm. Cô giải thích: “Người ta đã biết trong mười lăm năm rằng các phân tử RNA có thể hoạt động giống như protein trong tế bào, nhưng không ai biết điều đó có thể xảy ra như thế nào, bởi vì chưa ai thực sự biết các phân tử RNA trông như thế nào. Giờ đây, chúng tôi đã có thể thấy làm thế nào mà một phân tử RNA có thể tự hình thành một cấu trúc ba chiều phức tạp.” Khi được hỏi ý nghĩa của nó là gì, cô một lần nữa chỉ ra công việc trong tương lai: “Một khả năng là chúng tôi có thể chữa khỏi hoặc chữa trị cho những người bị khiếm khuyết về gen.” Trong hai thập kỷ tới, nhiều người sẽ đóng góp phần vào sự phát triển của công nghệ chỉnh sửa gen. Điều khác biệt trong câu chuyện của Doudna là vào thời điểm cô bước vào lĩnh vực chỉnh sửa gen, cô đã tạo dựng được danh tiếng của mình và có được sự khác biệt trong ngành khoa học cơ bản nhất: cấu trúc của RNA. CHƯƠNG 8 Berkeley Đi về phía tây Trong bài báo Doudna và các đồng nghiệp của cô đã viết về khám phá cấu trúc RNA của họ, được xuất bản trên tạp chí Science vào tháng 9 năm 1996, tên của cô được liệt kê cuối cùng, có nghĩa cô là người nghiên cứu chính đứng đầu phòng thí nghiệm. Tên của Jamie Cate được liệt kê đầu tiên vì anh đã thực hiện những thí nghiệm quan trọng nhất. Vào thời điểm đó, họ còn hơn cả những đối tác khoa học; họ đã trở nên ‘lãng mạn’. Họ kết hôn vào mùa hè năm 2000 tại khách sạn Bãi biển Melaka trên Đảo Lớn Hawaii từ Hilo. Hai năm sau, họ có đứa con duy nhất, Andrew. Lúc đó, Cate đã trở thành trợ lý giáo sư tại MIT, vì vậy họ đang đi lại giữa New Haven và Cambridge. Đi tàu chỉ mất chưa đầy ba giờ, nhưng đối với một cặp vợ chồng mới cưới thì cảm thấy mệt mỏi, vì vậy họ quyết định xem liệu họ có thể nhận được các cuộc hẹn ở cùng một thành phố hay không. Yale đã cố gắng hết sức để giữ Doudna, thăng chức cho cô lên chức vụ giáo sư quan trọng. Để giải quyết những gì được gọi là ‘vấn đề hai cơ thể’ trong học thuật, và cũng đã đề nghị Cate một vị trí. Tuy nhiên, Tom Steitz, nhà sinh học cấu trúc, người đã chỉ cho họ các kỹ thuật làm lạnh, đã thực hiện cùng một loại nghiên cứu mà Cate muốn làm, và anh cảm thấy điều đó sẽ hạn chế cơ hội phát triển của mình. “Đối thủ cạnh tranh trực tiếp của tôi đã ở đó,” Cate nói. “Anh ấy là một chàng trai tuyệt vời, nhưng sẽ rất khó để làm chung một cơ sở.” Harvard đề nghị cho Doudna một vị trí trong Khoa Sinh Hóa học, khoa vừa được đổi tên và đang phát triển. Cô đến đó với tư cách là một giáo sư thỉnh giảng, và vào ngày đầu tiên, trưởng khoa đã trao cho cô một lá thư mời cho một vị trí cố định. Với Cate tại MIT, đó dường như là một sự sắp xếp lý tưởng. “Tôi đã nghĩ thật tuyệt khi đến Boston, trở lại nơi tôi đã học sau đại học và đã có một khoảng thời gian vui vẻ.” Thật thú vị khi tưởng tượng sự nghiệp của cô sẽ khác như thế nào nếu ở lại Harvard. Cùng với MIT và Viện Broad được quản lý chung, trường đại học là một vạc dầu trong nghiên cứu công nghệ sinh học, đặc biệt là trong lĩnh vực kỹ thuật gen. Một thập kỷ sau, cô thấy mình đang trong cuộc chạy đua để phát triển CRISPR thành một công cụ chỉnh sửa gen với nhiều nhà nghiên cứu khác nhau ở Cambridge, bao gồm George Church của Harvard và những người đàn ông sẽ trở thành đối thủ cay đắng của cô, Feng Zhang và Eric Lander của Viện Broad. Viện Công nghệ Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology hay MIT) là một viện đại học nghiên cứu tư thục ở thành phố Cambridge, bang Massachusetts, Hoa Kỳ. MIT nổi tiếng nhờ hoạt động nghiên cứu và giáo dục trong các ngành khoa học vật lý, kỹ thuật, cũng như trong các ngành sinh học, kinh tế học, ngôn ngữ học, và quản lý. MIT được thành lập vào năm 1861 nhằm đáp ứng nhu cầu công nghiệp hóa của Hoa Kỳ, dựa trên mô hình viện đại học bách khoa (polytechnic university) và nhấn mạnh đến việc giảng dạy trong phòng thí nghiệm. MIT ban đầu nhấn mạnh đến các ngành công nghệ ứng dụng ở bậc đại học và sau đại học, và chính điều này giúp thiết lập sự hợp tác gần gũi với các công ty công nghiệp. Những cải cách chương trình học dưới thời các Viện trưởng Karl Compton và Vannevar Bush trong thập niên 1930 nhấn mạnh các ngành khoa học cơ bản. MIT gia nhập Hiệp hội Viện Đại học Bắc Mỹ vào năm 1934. Các nhà nghiên cứu ở MIT nghiên cứu và thiết kế máy tính, radar, và hệ thống định vị trong suốt Chiến tranh thế giới thứ hai và thời Chiến tranh lạnh. Hoạt động nghiên cứu quốc phòng thời hậu chiến đã đóng góp vào sự gia tăng nhanh chóng số lượng giảng viên và sự phát triển của khuôn viên viện đại học dưới thời Viện trưởng James Killian. Khuôn viên hiện tại rộng 168 mẫu Anh (68 ha) mở cửa vào năm 1916 và mở rộng hơn 1 dặm (1,6 km) theo bờ bắc sông Charles. Ngày nay MIT bao gồm nhiều khoa học thuật khác nhau, nhấn mạnh đến nghiên cứu và giáo dục trong các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật, công nghệ, kinh tế, quản lý và khoa học xã hội. MIT có năm trường (Trường Khoa học, Trường Kỹ thuật, Trường Kiến trúc và Quy hoạch, Trường Quản lý, và Trường Nhân văn, Nghệ thuật, và Khoa học Xã hội) và một trường đại học (Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Y tế), bao gồm tổng cộng 32 khoa. Viện đại học có 93 người được giải Nobel, 25 người nhận giải thưởng Turing, 58 người nhận Huân chương Khoa học Quốc gia (National Medal of Science), 29 người nhận Huân chương Công nghệ và Sáng tạo Quốc gia (National Medal of Technology and Innovation) 45 Học giả Rhodes (Rhodes Scholars), và 50 Học giả MacArthur (MacArthur Fellows). MIT và cựu sinh viên đóng vai trò lớn trong nhiều phát kiến khoa học công nghệ hiện đại. Viện MIT cũng là đối tác nghiên cứu quốc phòng quan trọng của chính phủ Mĩ, đặc biệt trong các dự án về hạt nhân, khoa học không gian, khoa học máy tính và công nghệ nano. 41 cựu sinh viên MIT đã trở thành phi hành gia của Hoa Kì và các nước khác. Trong số 12 người đã từng đặt chân lên Mặt Trăng, 4 trong số đó có bằng cấp từ MIT. Cựu sinh viên và cựu giảng viên Tiền Học Sâm khi trở về Trung Quốc đã lãnh đạo chương trình không gian và đạn tự hành và bom hạt nhân, được mệnh danh là "Cha đẻ của ngành tên lửa Trung Quốc" (hoặc "Vua tên lửa"). MIT là một trong những cơ sở giáo dục bậc cao có tiêu chuẩn tuyển chọn sinh viên khắt khe nhất; chẳng hạn, khóa sẽ tốt nghiệp vào năm 2016 có 1.620 sinh viên được tuyển chọn từ 18.109 thí sinh, như vậy tỷ lệ được nhận vào chỉ 8.95%. Sau đó, cô nhận được cuộc gọi từ Đại học California ở Berkeley. Phản ứng đầu tiên của cô là từ chối bất kỳ lời đề nghị nào, nhưng khi cô nói với Cate, anh đã bị sốc. “Em nên gọi lại cho họ,” anh nói. “Berkeley thật tuyệt”. Khi còn là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ ở Santa Cruz, anh thường đến Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley, do trường quản lý, để thực hiện các thí nghiệm tại cyclotron, máy gia tốc hạt. Khi họ đến thăm khuôn viên trường, Doudna vẫn không muốn chuyển đến đó. Nhưng Cate trở nên nhiệt tình hơn. “Tôi giống một chàng trai phương Tây hơn,” anh nói. “Tôi thấy Cambridge hơi ngột ngạt. Giám đốc của tôi lúc đó luôn thắt nơ. Tôi cảm thấy hạnh phúc hơn khi nghĩ đến Berkeley, nơi có mức năng lượng tuyệt vời.” Doudna thích sự thật Berkeley là một trường đại học công lập, và cô dễ dàng bị thuyết phục. Vào mùa hè năm 2002, họ đã chuyển đi. Việc họ lựa chọn Berkeley là minh chứng cho sự đầu tư của Mỹ vào giáo dục đại học công lập. Nguồn gốc của nó bắt nguồn từ khi Abraham Lincoln, ở giữa Nội chiến, nghĩ giáo dục công là đủ quan trọng nên ông đã thông qua Đạo luật Morrill Land-Grant năm 1862, sử dụng tiền từ việc bán đất liên bang để thành lập các trường cao đẳng nông nghiệp và cơ khí mới. Trong số đó có Trường Cao đẳng Nghệ thuật Nông nghiệp, Khai thác và Cơ khí gần Oakland, California, được thành lập vào năm 1866, hai năm sau đó sát nhập với Trường Cao đẳng tư thục California gần đó. Nó đã trở thành Đại học California, Berkeley và phát triển thành một trong những tổ chức nghiên cứu và học tập vĩ đại nhất thế giới. Trong những năm 1980, hơn một nửa nguồn tài trợ của Berkeley đến từ nhà nước. Tuy nhiên, kể từ đó Berkeley, giống như hầu hết các trường đại học công lập khác, phải đối mặt với việc cắt giảm. Khi Doudna đến, tài trợ của nhà nước chỉ chiếm 30% ngân sách của Berkeley. Vào năm 2018, nguồn tài trợ của nhà nước lại bị cắt giảm, và nó chỉ còn dưới 14%. Do đó, học phí đại học của Berkeley cho một cư dân California vào năm 2020 là 14.250 đô la mỗi năm, cao hơn gấp ba lần so với năm 2000. Tiền ăn, ở và các khoản phí khác đã nâng tổng chi phí lên khoảng 36.264 đô la. Đối với một sinh viên ngoại bang, tổng chi phí vào khoảng 66.000 đô một năm. Đại học Berkeley """