Feng Zhang - một trong những nhà khoa học xuất sắc nhất thế giới đương thời

Sống, đừng chỉ đến và đi như những chiếc lá.

"Lách cách, lách cách", trong một nhà hàng ồn ào của khu phố người Hoa ở Boston, một bé gái tinh nghịch đang gõ hai chiếc đũa lên đĩa chân gà hấp. Không một ai để ý đến anh chàng trẻ tuổi, mặc một chiếc áo polo với quần jean, đang ngồi thưởng thức món điểm tâm với con gái, vợ và mẹ của mình.

Cũng phải thôi, ai không quen Feng Zhang thì làm sao đoán nổi, người đàn ông Châu Á mới có 35 tuổi này lại là một nhà sinh học lỗi lạc ở thế hệ của anh. Nếu so sánh với một ai đó sắp sửa đoạt giải Nobel, Zhang sẽ có gấp đôi cơ hội.

Những khám phá của anh trong khoa học sẽ là sự khởi đầu cho một kỷ nguyên mà con người có thể chữa trị mọi bệnh tật, mọi nỗi khổ đau: từ chứng tự kỷ, tâm thần phân liệt cho đến mù lòa và cả ung thư.

Hoặc trong một kịch bản khác, Zhang sẽ trở thành một "kẻ tội đồ" tầm cỡ, khi công nghệ chỉnh sửa gene mà anh phát triển có thể mở ra một thời đại đen tối. Ở đó, mọi đứa trẻ trước khi sinh ra đều có thể được "lập trình" một cách tùy thích.

Nhưng mọi thứ hãy còn là chuyện của tương lai. Ngay lúc này, trong một nhà hàng ở khu phố người Hoa, Zhang đơn giản chỉ là một người cha, một người chồng và một người con đang cố gắng giải thích sự bận rộn của mình. Tại sao anh luôn về nhà vào lúc hai ba giờ sáng? Có biết bao nhiêu việc ở phòng thí nghiệm, và một bữa ăn bên gia đình thế này quả là khoảnh khắc đáng trân trọng.

Tuổi 35, Feng Zhang đã sớm trở thành một nhà sinh học lỗi lạc trong thế hệ của anh.

Năm Zhang 11 tuổi, mẹ anh quyết định rời Trung Quốc. Bà Shujun Zhou mang theo đứa con trai bé bỏng của mình tới định cư tại Des Moines, một thành phố thuộc bang Iowa, Hoa Kỳ. Mặc dù có bằng kỹ sư máy tính nhưng khi đó, bà Shujun Zhou chỉ xin được một công việc quản lý nhà nghỉ. Cuộc sống của mọi gia đình người Châu Á nhập cư tại Mỹ, có lẽ, đều bắt đầu một cách khó khăn như vậy.

Vài năm sau ổn định cuộc sống, cũng là lúc, cậu bé Zhang bước vào trường trung học. Đó là khoảng thời gian mà người ta luôn thấy một người phụ nữ Châu Á đậu xe hàng giờ trước cổng trường mỗi tối. Bà chờ cậu con trai của mình làm việc ca muộn trong một phòng thí nghiệm liệu pháp gene.

Chỉ đến khi bầu trời mùa thu ở Des Moines đã tối sập, chiếc xe mới lăn bánh. Từ khung cửa sổ, Zhang có thể thấy hai bên đường những chiếc lá vàng rơi đập cả vào cửa chắn gió, che khuất tầm nhìn của bà Zhou.

Những chiếc lá vàng chết đi sau một cuộc đời chỉ kéo dài vài tháng. Mẹ Zhang khi đó đã nói về sự ngắn ngủi của cuộc sống, giảng giải cho anh rằng một người thật dễ dàng ra đi khỏi cõi đời này mà chẳng để lại một dấu ấn gì trên đó.

Bài học đã ăn sâu vào trong tiềm thức của Zhang. Cho tới tận bây giờ, bà Zhou thỉnh thoảng vẫn nhắc lại câu chuyện về "những chiếc lá mùa thu", và cậu con trai bà sẽ hiểu. "Tôi muốn cố gắng hết khả năng của mình để làm một thứ gì đó khác biệt", Zhang nói.

Đừng chỉ đến và đi như những chiếc lá. Anh đã sống để cống hiến biết bao nhiêu năm tháng đam mê của mình cho khoa học, và rồi in được lên đó những dấu ấn vĩ đại từ khi tuổi đời còn rất trẻ.

Feng Zhang góp sức mình trong 2 phát hiện khoa học lớn, cả hai đều có cơ hội giành giải thưởng Nobel.

Zhang đã phát minh ra 2 công nghệ mang tính cách mạng trong khoa học thần kinh và di truyền học. Từ khi còn là một sinh viên mới tốt nghiệp, anh đã là một thành viên chủ chốt trong một nhóm nghiên cứu tại Đại học Stanford.

Dưới sự dẫn dắt của giáo sư Karl Deisseroth, Zhang làm việc với Edward Boyden, một nhà khoa học trẻ tuổi nhưng cũng rất tài ba của Mỹ. Họ đã cùng nhau tạo ra được "một chiếc công tắc" cho các nơron thần kinh gọi là optogenetics.

Với phương pháp này, Zhang có thể chứng minh rằng ánh sáng điều khiển được hoạt động thần kinh. Cho đến ngày hôm nay, optogenetics vẫn đang được sử dụng rộng rãi bởi các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới, giúp họ lập các bản đồ mạch thần kinh, ứng dụng trong nghiên cứu chữa trị tâm thần phân liệt, trầm cảm và tự kỷ.

Những công trình nghiên cứu của Zhang gây rất nhiều sự chú ý và đưa tên tuổi anh nhanh chóng được biết đến. Robert Desimone, giám đốc Viện thần kinh McGovern tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) thậm chí còn khen ngợi Zhang là một nhà khoa học trẻ lỗi lạc, "người sở hữu một danh sách các công trình công bố mạnh nhất [ở độ tuổi của anh] trong lịch sử ngành khoa học thần kinh".

Feng Zhang được coi là người thành công nhất trong lịch sử ngành khoa học thần kinh, tính ở độ tuổi của anh.

Thế nhưng, câu chuyện không chỉ dừng lại ở đó. Vài năm sau, Zhang còn tạo thêm được một đột phá ở tầm cỡ lớn hơn cả optogenetics. Thứ mà ngay lập tức đưa nhà khoa học trẻ, khi đó mới 30 tuổi, đứng vào hàng ngũ của những nhà sinh học xuất sắc nhất thế giới. Làm thế nào để chỉnh sửa bộ gen của thực vật, động vật và kể cả con người một cách nhanh chóng, dễ dàng nhưng vẫn vô cùng hiệu quả? Zhang đã có câu trả lời với CRISPR-Cas9.

Kỹ thuật chỉnh sửa gene dựa trên hệ thống này được sử dụng trong phòng thí nghiệm để tạo ra những tế bào con người miễn nhiễm với HIV, chữa khỏi cho những con chuột bị loạn dưỡng cơ, đục thủy tinh thể và mắc bệnh gan di truyền. Nó cũng đã được sử dụng để cải tiến các loại cây trồng như gạo, cà chua, cam, thuốc lá và lúa mì.

Không dừng lại ở đó, CRISPR-Cas9 còn mở ra khả năng sửa đổi các gene trong trứng, tinh trùng và phôi người. Với nó, bạn có thể tưởng tượng ra một tương lai khi mà cha mẹ có thể lựa chọn việc con cái họ sinh ra như thế nào. Bạn có muốn con mình cá tính một chút, cao hơn một chút, chơi thể thao giỏi và dĩ nhiên là trông thật xinh đẹp? Tất cả có thể được thực hiện với CRISPR-Cas9, dễ dàng như lựa chọn phiên bản tùy chỉnh của một chiếc máy tính hay dòng xe hơi.

CRISPR-Cas9 "đang thay đổi cách con người làm khoa học", nhà sinh học Phillip Sharp từng đoạt giải Nobel năm 1993, cho biết. Nó đã mở ra cả một kỷ nguyên mới trong sinh học phân tử. Ít nhất 3 công ty với vốn mạo hiểm hàng trăm triệu USD đã được thành lập trong lĩnh vực CRISPR-Cas9.

Kỹ thuật chỉnh sửa gene này phát triển mạnh mẽ đến nỗi người ta phải trách rằng kỷ nguyên mới của nó đến một cách quá vội vàng, như ở ngưỡng cửa tuổi 30 của Zhang vậy. Các nhà khoa học đã phải triệu tập cả những cuộc hội thảo toàn cầu để kêu gọi nhân loại sử dụng nó một cách có trách nhiệm.

Lần cuối cùng chúng ta chứng kiến một điều gì đó tương tự xảy ra là khi nào? Sử dụng một thứ gì đó của khoa học một cách có trách nhiệm? Đó là câu chuyện sau khi Otto Frisch, một nhà vật lý người Do Thái, thiết kế được cơ chế lý thuyết đầu tiên cho một vụ nổ bom nguyên tử.

Mối lương duyên của Zhang và CRISPR-Cas9 bắt đầu rất tình cờ từ một ngày tháng 2 năm 2011. Khi đó, có một nhà khoa học ghé thăm Viện Broad, nơi Zhang đang làm việc, trong một đợt công tác ngắn hạn. Ông trình bày nghiên cứu của mình về hệ gen vi khuẩn có chứa một hệ thống miễn dịch được gọi là CRISPR.

Khi đó, Zhang ngồi khiêm tốn ở một hàng ghế phía cuối phòng, tâm trí của nhà khoa học trẻ trôi nổi đâu đó, cho đến khi anh bắt được từ "CRISPR". Nó ngay lập tức làm dấy lên sự tò mò luôn thường trực trong đầu của một người làm khoa học.

"Tôi không có ý niệm gì về CRISPR, nhưng tôi đã tra nó trên Google và cảm thấy rất hứng thú. Quả là một điều may mắn, lĩnh vực nghiên cứu này còn khá mới và không có nhiều tài liệu để đọc", Zhang nói. Anh đã trốn vài ngày của chương trình hội thảo sau đó, ở lỳ trong phòng khách sạn để nghiền ngẫm những bài báo khoa học về CRISPR.

Những gì mà Zhang đã học được sau một khóa tự đào tạo vài ngày trong khách sạn: CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats - Nhóm các đoạn ngắn đối xứng lặp lại thường xuyên) đã được phát hiện bởi các nhà vi sinh vật học. Nó là một cơ chế miễn dịch của vi khuẩn chống lại virus, cho phép vi khuẩn cắt các DNA của virus và vô hiệu hóa chúng.

Trở lại thời điểm đó thì gần như chỉ có vậy. Cho tới sau này Zhang mới nhận ra, nếu khéo léo một chút, anh có thể sử dụng một protein gọi là Cas9 để cắt ghép và chỉnh sửa các DNA của con người dựa trên hệ thống CRISPR. Mà đó thực sự là những gì mà anh đã làm được.

CRISPR có thể tiêu diệt virus, "nhờ thế mà sữa chua mới có cái hương vị thật vui nhộn", Zhang nói. "Nghiên cứu trong lĩnh vực CRISPR cốt chỉ nhằm tạo được loại sữa chua tốt hơn mà thôi".

Dĩ nhiên đó chỉ là một lời nói đùa, còn mục tiêu của Zhang đã vượt ra bên ngoài những gì các nhà khoa học khác có thể làm được tại thời điểm đó. "Chúng tôi muốn xem xem liệu có thể khiến CRISPR hoạt động trên tế bào con người?", anh nhớ lại một đoạn trong email đã gửi cho Le Cong, một đồng nghiệp cũng làm trong lĩnh vực công nghệ sinh học. "Điều này là một bước đột phá mà chắc chắn sẽ gây được tiếng vang lớn".

Trở lại Cambridge thời điểm đó, Le Cong ngay lập tức nhận ra lý do tại sao Zhang lại vô cùng phấn khích với CRISPR. Các nhà khoa học khác đang chỉ tập trung vào nghiên cứu CRISPR trên vi khuẩn, anh và Zhang có thể làm điều này trên tế bào chuột và người. Chỉ có vậy, khi mà CRISPR làm việc thành công trên tế bào bậc cao, nó mới trở thành một đột phá y học.

Zhang trở về văn phòng, nơi anh có một chiếc bảng trắng và gặp Cong. Anh liệt kê trên khuôn bảng chi chít các thí nghiệm và nhiệm vụ mà hai người sẽ phải thực hiện. Công việc được chia đều cho cả hai. "Đó là điểm khởi đầu của tôi và Zhang, sau đó chúng tôi đã làm việc một cách điên cuồng", Cong cho biết.

Cả hai đã dành nhiều tháng chỉ để thử nghiệm enzyme Cas9, trông đợi kết quả của từng ngày xem nó có thể làm gì với nhân tế bào người, nơi mà chỉ ngay bên trong đó thôi, người ta có thể tưởng tượng ra một chiếc chìa khóa vạn năng đang xoay tròn lơ lửng trong một chất dịch lỏng, các đoạn mã di truyền mà vẫn thường được gọi là gene.

CRISPR làm việc với vi khuẩn, những sinh vật không có nhân. Đó là những gì mà tự nhiên đã an bài. Nhiều nhà khoa học khắp nơi trên thế giới, bấy giờ, cũng không gặp nhiều khó khăn khi thực hiện công trình chỉnh sửa gen vi khuẩn. Thế nhưng với các tế bào bậc cao như của con người thì khác, chẳng ai đảm bảo CRISPR và Cas9 sẽ làm việc.

"Chúng tôi muốn chứng minh rằng CRISPR là công cụ tốt hơn TALE [một công cụ chỉnh sửa gen cũng được Zhang và Cong nghiên cứu trước đó], rằng nó sẽ trở thành cuộc cách mạng, trở thành sự lựa chọn cho mọi nhà khoa học nếu họ có ý muốn chỉnh sửa gene", Cong nói.

Feng Zhang tới Viện Board trong một ngày làm việc của anh.

Ở Viện Board, Zhang và Cong thường làm việc tới 11 giờ đêm, có khi muộn hơn thế. Zhang có công việc, anh vẫn phải lên giảng đường trong cương vị một giáo sư và chỉ có thể bắt đầu các thí nghiệm vào buổi chiều muộn. Thông thường, anh và Cong sẽ ăn tạm một bát mỳ ramen hoặc vài món đồ ăn nhanh Trung Quốc, trước khi bắt đầu buổi thí nghiệm đêm.

Chỉ có một lần duy nhất, họ tổ chức một buổi tiệc trong chung cư của Zhang. Mỗi người làm một ly rượu Tequila, chỉ một ly duy nhất trong lần đầu tiên họ thử loại rượu Mexico này. Đêm đó, Zhang và Cong trở lại phòng thí nghiệm như thường lệ, họ tiếp tục làm việc.

Có hai điều quan trọng mà bộ đôi nhà khoa học trẻ phải chứng minh được: CRISPR có khả năng chỉnh sửa các gene trong tế bào chuột và người, và các gene này thực hiện được chức năng của chúng. Họ đã nhắm mục tiêu vào các gene protein huỳnh quang, thứ mà đã gắn bó với Zhang từ những thí nghiệm thời trung học.

Một kính hiển vi và camera được sử dụng để quan sát các đốm sáng màu xanh lá. Công việc của họ nói ra thì rất đơn giản, khi Zhang và Cong nhìn thấy thấy các tế bào phát sáng càng ít, CRISPR đã chỉnh sửa được càng nhiều các gene huỳnh quang.

Năm 2012, công việc của họ đạt tới một điểm đầu của sự thành công. Zhang có thể lựa chọn xuất bản một bài báo khoa học, nhưng anh nhẫn nại và muốn chờ đợi. Nhà khoa học trẻ không muốn gửi một kết quả nào đó chỉ đủ để được xuất bản, bởi tham vọng của anh là tạo nên một đột phá. Zhang nói: "Tôi muốn chờ đợi cho đến khi công việc đạt tới ngưỡng tạo ra sự khác biệt đáng kể".

Thế nhưng, dường như cả anh và Le Cong đã không biết bên ngoài phòng thí nghiệm của họ đang tồn tại một cuộc đua trong công nghệ CRISPR.

Khi mà CRISPR làm việc thành công trên tế bào bậc cao, nó mới trở thành một đột phá y học.

Tháng 6 năm 2012, một nhóm các nhà khoa học khác dẫn đầu bởi Emmanuelle Charpentier đến từ Đại học Umea Thụy Điển và Jennifer Doudna từ Đại Học California Berkeley (UC Berkeley) công bố một bài báo cũng sử dụng kỹ thuật CRISPR-Cas9 để cắt thành công DNA trong môi trường ống nghiệm.

Zhang không cảm thấy quá hụt hẫng, bởi những thủ tục sinh hóa làm việc trong môi trường ống nghiệm nhiều khi thất bại trên tế bào thực của con người. Mặc dù cả hai nhóm nghiên cứu đều sử dụng kỹ thuật CRISPR-Cas9, Cong cho biết công việc độc lập của anh và Zhang có khá nhiều khác biệt.

Điều họ cần làm bây giờ chỉ là trở lại cuộc đua. "Chúng tôi đã từng nghĩ mình có thừa thời gian nhởn nhơ", Cong cho biết. Nhưng lúc này họ cần làm việc tích cực hơn nữa. Zhang tuyển thêm nhiều thành viên vào phòng thí nghiệm, tích lũy các số liệu và cuối cùng xuất bản công trình nghiên cứu của anh trên tạp chí Science.

Đó là khoảng đầu năm 2013, đúng ngày mà bài báo của Zhang và Cong được xuất bản, một công trình khác, từ nhóm UC Berkeley của giáo sư Jennifer Doudna mà cũng sử dụng CRSPR-Cas9, đăng trên cùng tạp chí Science. Định mệnh này đã mở ra một vụ tranh chấp bằng sáng chế nổi cộm trong giới khoa học, giữa hai cơ sở nghiên cứu hàng đầu nước Mỹ: Đại Học California Berkeley và Viện Broad của MIT và Đại học Harvard.

Feng Zhang và Jennifer Doudna, hai nhà khoa học đã độc lập nghiên cứu các công trình CRISPR-Cas9.

Thế nhưng, tạm bỏ qua những tranh chấp cho đến tận bây giờ vẫn chưa kết thúc, hãy tiếp tục dõi theo con đường của Feng Zhang, những gì anh đã làm được sau khi tuyên bố: "Chúng tôi đã cho mọi người thấy chúng tôi có thể chỉnh sửa được gene của con người".

Sau đột phá của Zhang, công nghệ chỉnh sửa gene nói riêng và khoa học nói chung đã lật hẳn sang một trang mới. Các bài báo khoa học, nơi kết tinh mọi thành quả nghiên cứu trên thế giới, có thuật ngữ CRISPR trong tiêu đề tăng mạnh, từ 90 bài năm 2012 lên tới 741 bài đếm tới năm 2015.

Dĩ nhiên Zhang có góp phần mình trong số đó, anh công bố hơn 38 xuất bản khoa học.Thông qua một tổ chức phi lợi nhuận có tên AddGene, Zhang còn cung cấp các gene và thuốc thử cho rất nhiều nhà khoa học và cơ sở nghiên cứu trên toàn thế giới.

Sự quan tâm tới sức mạnh đánh kinh ngạc của CRISPR đi từ nghiên cứu cơ bản sang lĩnh vực thương mại hóa. CRISPR xuất hiện trên tất cả các phương tiện truyền thông và được miêu tả là một công nghệ của tương lai, phát hiện sinh học phân tử vĩ đại nhất thế kỷ 21.

Feng Zhang hiện đang là trưởng phòng thí nghiệm trẻ nhất tại Viện Board của MIT và Harvard.

Là người tiên phong trong nghiên cứu công nghệ chỉnh sửa gene dựa trên CRISPR, hiện tại, Feng Zhang cũng đang tiếp tục gặt hái được nhiều thành công trong lĩnh vực này. Năm 2016, anh công bố thêm 10 bài báo khoa học về chỉnh sửa gene, trong đó đáng chú ý là một hệ thống CRISPR nhắm RNA gọi là C2c2.

Zhang hiện đang là trưởng phòng thí nghiệm trẻ tuổi nhất tại Viện Broad, trung tâm nghiên cứu công nghệ gene hàng đầu thế giới đặt dưới sự hợp tác giữa MIT và Đại học Harvard, nơi mà anh cũng trở thành một trong tám "giáo sư nòng cốt". Nhiều nghiên cứu sinh sau tiến sĩ mà Zhang hướng dẫn còn nhiều tuổi hơn cả anh.

Với những công trình nghiên cứu ấn tượng về kỹ thuật chỉnh sửa gene CRISPR, Zhang đang trên con đường trở thành một nhà khoa học lớn, một doanh nhân giàu có thuộc thế hệ trẻ nhất tại MIT. Đó hẳn đã là một tương lai khó tưởng tượng được với Feng Zhang, ngày nào, còn là một cậu bé Châu Á mới bỡ ngỡ đặt chân đến Des Moines.