Gerty Theresa Cori-nhà khoa học nữ đầu tiên nhận giải Nobel Y học

Kề vai sát cánh bên nhau từ giảng đường đến bục vinh quang

Gerty Theresa Cori là một nhà hóa sinh người Mỹ gốc Do Thái, đã đoạt giải Nobel Sinh lý và Y khoa (hay gọi là Nobel Y học) năm 1947, cùng với chồng bà là Carl Ferdinand Cori, cho phát hiện về quá trình xúc tác chuyển đổi glycogen. Họ nhận một nửa giải, còn một nửa giải được trao cho nhà sinh học người Argentina Bernardo Houssay.
Bà là nhà khoa học nữ đầu tiên đạt giải Nobel trong Y học, là nhà khoa học nữ đầu tiên của Mỹ đạt giải Nobel, và là nhà khoa học nữ thứ ba đạt giải Nobel (sau Marie Curie đạt giải Nobel vật lý năm 1903 và Nobel hóa học năm 1911, và Irene Curie đạt giải Nobel hóa học năm 1935).
Cặp đôi Carl Ferdinand Cori và Gerty Theresa Cori là “cặp vợ chồng giải Nobel” rất đặc biệt. Cả hai đều sinh năm 1896 và cả hai đều đến từ các gia đình gốc Áo nhưng đã sống ở Prague qua nhiều thế hệ. Họ gặp nhau khi học ở trường đại học Y ở Prague, cùng tốt nghiệp rồi kết hôn năm 1920, cùng nhập cư vào Mỹ năm 1922, cùng vượt qua hết mọi rào cản ngăn cách họ làm việc cùng nhau, để luôn cùng làm việc bên nhau, cùng theo đuổi và say mê nỗ lực tìm hiểu cách mà năng lượng được sản xuất trong cơ thể con người, và rồi cùng nhau tiến đến bục vinh quang khi cùng được trao tặng giải Nobel danh giá.
Tính đến thời điểm hiện tại, chỉ có 6 cặp vợ chồng đạt giải Nobel, trong đó 5 cặp đạt giải cùng nhau:
1) sự hợp tác khoa học hiệu quả đã mang lại giải Nobel vật lý năm 1903 (một nửa giải) cho vợ chồng Marie-Piere Curie về nghiên cứu của họ về tia phóng xạ từ uran,
2) cặp vợ chồng khoa học Frederic và Irene Joliot-Curie đã cùng nhận giải Nobel hóa học năm 1935 (toàn bộ giải) cho phát hiện các nguyên tố phóng xạ nhân tạo,
3) vợ chồng Gerty Theresa và Carl Ferdinand Cori, đối tác trong khoa học, khi "một cây thì chẳng nên non, hai cây chụm lại nên hòn núi cao”, đã cùng nhận giải Nobel Y học năm 1947 (một nửa giải) cho nghiên cứu về chuyển hóa glycogen và glucose,
4) vợ chồng Alva và Gunnar Myrdal, quan tâm sâu sắc đến cùng một lĩnh vực là chính trị gia đình và các vấn đề phúc lợi, cả hai đã nhận được giải Nobel dù là không cùng nhau. Ông Gunnar đã được trao giải Nobel Kinh tế năm 1974 (một nửa giải), còn bà Alva được trao giải Nobel Hòa bình năm 1982 (một nửa giải). Cho đến nay, họ là cặp vợ chồng duy nhất giành được hai giải Nobel trong hai lĩnh vực khác nhau,  
5) vợ chồng May-Britt và Edvard Ingjald Moser, dù rất khác biệt về tính cách nhưng lại luôn đồng tâm nhất trí trong công việc, đã cùng được trao giải Nobel Y học năm 2014 (một nửa giải) vì đã khám phá ra khả năng định hướng trong không gian của động vật và con người (hay hệ thống định vị của thần kinh gọi nôm na là “GPS bên trong cơ thể” (GPS là từ viết tắt của Global Positioning System)),
6) vợ chồng Abhijit Banerjee và Esther Duflo, khi công việc chung của họ giống như là tiến hành toàn bộ doanh nghiệp gia đình, đã cùng nhận giải Nobel kinh tế năm 2019 (2/3 giải) cho công trình nghiên cứu nhằm giảm nghèo trên toàn cầu. Nhà nữ kinh tế học Esther Duflo cũng là người phụ nữ thứ hai nhận giải Nobel Kinh tế danh giá (sau Elinor Claire Ostrom đạt giải năm 2009) và trẻ tuổi nhất đạt giải Nobel Kinh tế (ở tuổi 47).
Mối quan hệ đối tác của vợ chồng Cori được ông Carl tóm tắt trong phát biểu của ông tại bữa tiệc Nobel năm 1947: "Chúng tôi cùng hợp tác với nhau từ cách đây 30 năm,  khi chúng tôi còn là sinh viên y khoa tại Đại học Prague, và liên tục kể từ đó tới nay. Những nỗ lực của chúng tôi phần lớn bổ sung cho nhau, một người trong chúng tôi mà không có người kia sẽ không thể tiến xa như khi chúng tôi "tay trong tay” với nhau”.

Gerty và Carl Cori trong buổi lễ nhận giải Nobel Y học năm 1947.

Vượt qua rào cản ngăn cách họ làm việc cùng nhau

Tỉ lệ các nhà khoa học đạt giải Nobel là nữ giới là rất thấp, chỉ chiếm khoảng 3.6 % số lượng người thắng giải. Từ năm 1901 cho tới nay (năm 2020), chỉ có 25 lần giải Nobel khoa học (Vật lý, hóa học, Y học, Kinh tế học) được trao tặng cho 24 nhà khoa học nữ (Marie Curie đạt giải hai lần) so với số lượng 685 nhà khoa học nam đạt giải.
Lý do có phải là phụ nữ kém cỏi hơn nam giới không? Có phải vì không tìm được các ứng viên nữ xứng đáng cho giải Nobel không? Lịch sử đã có câu trả lời rõ ràng là không. Vậy thì tại sao tỉ lệ lại thấp đến mức như thế? Lẽ dĩ nhiên ai cũng biết là không thể chỉ đổ lỗi sự bất bình đẳng lên những người cầm trịch của giải Nobel. Nên nhớ rằng vào đầu thế kỷ hai mươi, số phụ nữ được tiếp nhận vào học ở các trường đại học mới chỉ có thể đếm trên đầu ngón tay.
Các nữ khoa học đã từng được vinh danh ở giải Nobel và rất nhiều các nhà nữ khoa học xứng đáng với giải Nobel mà đã không được vinh danh đều là những những nhà khoa học lỗi lạc, xuất chúng, luôn tràn đầy khao khát hiểu biết và niềm đam mê chinh phục tri thức. Nhưng họ đâu chỉ gặp khó khăn trong công việc khoa học, mà họ còn phải vượt qua rất nhiều những rào cản, thậm chí bị phân biệt đối xử giới tính.
Có lẽ điều đặc biệt nhất về vợ chồng Cori không chỉ là sự cộng tác hiệu quả trong nghiên cứu khoa học, mà còn là sự đồng tâm nhất trí cao khi vượt qua mọi rào cản ngăn cách họ cùng làm việc với nhau. Sau khi nhập cư vào Mỹ, trong thời gian 1922-1931, vợ chồng Cori làm việc ở Viện nghiên cứu các bệnh ác tính, nay là Viện nghiên cứu Ung thư mang tên Roswell Park (Roswell Park Cancer Institute), ở Buffalo, New York. Giám đốc của Viện dọa sẽ sa thải bà Gerty nếu bà không ngừng hợp tác nghiên cứu với chồng mình. Mặc những sự ngăn cản, họ vẫn tiếp tục làm việc cùng nhau, nỗ lực tìm hiểu cách mà năng lượng được sản xuất và truyền đi trong cơ thể con người.
Ông Carl nhận được nhiều lời mời làm việc tại các trường đại học. Nhưng cả đại học Cornell và đại học Toronto đều từ chối nhận bà Gerty. Đại học Rochester đã cảnh báo Gerty rằng bà có thể hủy hoại sự nghiệp của chồng. Trong cuốn tự truyện của mình, Carl kể lại chuyện ông được mời vào một vị trí tại một trường đại học danh tiếng, với ba quy định: 1) ông phải tham gia các bài học về diễn thuyết, 2) ông phải ngừng làm việc với insulin và 3) ông phải ngừng cộng tác với vợ của mình. Ông đã từ chối, vì hai quy định cuối cùng là không thể chấp nhận được.
Năm 1931, họ chuyển đến St. Louis, Missouri, khi cùng được nhận vào làm việc tại đại học Y Washington. Mặc dù có cùng trình độ cũng như thành tựu khoa học, ông Carl được mời làm giáo sư dược lý học, còn bà Gerty chỉ được mời làm cộng tác viên nghiên cứu với mức lương bằng một phần mười so với mức lương của chồng.
Cũng là rất đặc biệt khi Arthur Compton-hiệu trưởng của Đại học Washington, đi ngược lại các quy tắc về chủ nghĩa gia đình của trường đại học, đã dành trợ cấp đặc biệt cho Gerty để giữ được vị trí ở trường. Rồi cuối cùng, hầu hết sự phản đối về việc họ làm việc cùng nhau cũng biến mất. Vài tháng trước khi đoạt giải Nobel, bà được thăng giáo sư. Bà giữ chức vụ này cho đến khi qua đời vào năm 1957.

Chu trình Cori

Năm 1929, khi làm việc tại viện Roswell Park, vợ chồng Cori khám phá chu trình mang tên họ: chu trình Cori (Cori cycle). Chu trình Cori (còn được gọi là chu trình axit lactic) là một chu trình chuyển hóa năng lượng diễn ra trong cơ thể sinh vật, từ cơ bắp đến gan và trở lại cơ. Nó mô tả quá trình phân hủy và tái tổng hợp glycogen trong cơ thể, để dùng như một nguồn dự trữ và cung cấp năng lượng.
Khám phá này sau đó đã mang lại cho họ giải Nobel Y học.
Chuyển hóa đường cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống. Cơ thể con người không thể thực hiện chuyển động cơ bắp dù là nhỏ nhất nếu không có đường đốt cháy. Vào thế kỷ 19, Claude Bernard-nhà sinh lý học người Pháp đã phát hiện ra glycogen được tìm thấy trong cơ và gan.
Glycogen là một dạng tinh bột trong cơ thể, được hình thành bằng cách liên kết các phân tử glucose thành các chuỗi dài (gọi là quá trình tổng hợp glycogen). Glucose là một loại đường mà cơ thể sử dụng để chuyển hóa thành năng lượng. Glycogen được lưu trữ trong các tế bào cơ và gan. Khi cơ thể cần năng lượng, glycogen sẽ bị phân hủy và chuyển đổi thành glucose và sử dụng để làm nguyên liệu.
Cặp Cori đã phát hiện ra rằng nội tiết tố (hormone) insulin làm tăng quá trình oxy hóa glucose và chuyển hóa nó thành glycogen trong cơ cũng như trong gan. Nội tiết tố epinephrine hay adrenaline làm giảm glycogen cơ và glycogen gan. Các nhà nghiên cứu khác đã xác định được rằng glycogen trong cơ không có đóng góp đáng kể vào lượng glucose trong máu. Nên vợ chồng Cori dự đoán rằng glycogen trong cơ phải tạo thành một chất trung gian mà sau đó sẽ lưu thông qua máu đến gan. Coris đã đưa ra giả thuyết và cuối cùng đã chứng minh được rằng chất trung gian này là axit lactic (hay axit sữa).
Điều gì xảy ra trong chu trình Cori? Glycogen được phân hủy thành glucose (C6H12O6), rồi glucose được chuyển hóa thành pyruvate (ion CH3COCOO−), sau đó pyruvate chuyển thành lactate (ion CH3CH(OH)COO−) trong cơ (nhờ sự lên men của axit lactic (CH3CH(OH)COOH (C3H6O3)). Lactate được giải phóng vào máu và mang đến gan, nơi nó được chuyển hóa trở lại thành pyruvate và được sử dụng để tạo glucose, và glucose được tạo thành trong gan, lưu thông qua máu đi ngược lại đến cơ bắp, rồi lại tiếp tục chuyển hóa theo chu kỳ thành lactate.
Tế bào nào sử dụng chu trình Cori? Trên thực tế là glycogen bị phân hủy trong hầu hết các tế bào chứ không chỉ riêng tế bào cơ bắp, rồi lại được tái tổng hợp thành glucose trong tế bào gan.

Gerty và Carl Cori trong phòng thí nghiệm tại đai học Y khoa Washington, ở St. Louis, bang Missouri, Mỹ. Ảnh chụp năm 1947.

Hoạt động của cơ đòi hỏi bổ sung liên tục ATP (Adenosin triphosphat) cho tế bào cơ như một nguồn năng lượng,  được cung cấp từ quá trình phân hủy glycogen. Sự phân giải glycogen (glycogenolysis) sẽ sản sinh glucose dưới dạng glucose 1-phosphate (G1P). G1P được chuyển đổi thành glucose-6-phosphate (G6P). G6P sau đó sẽ tham gia vào quá trình đường phân (glycolysis)-quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng diễn ra trong tế bào, khi biến đổi một phân tử glucose thành hai phân tử axit pyruvic. Năng lượng tự do giải phóng từ quá trình này được sử dụng để tạo ra các ATP cho các tế bào cơ. Khi cơ đang hoạt động, nguồn ATP này phải cần được cung cấp liên tục.
Trong trường hợp ôxi được cung cấp đầy đủ, số ATP này được cung cấp từ quá trình ôxi hóa axit pyruvic-sản phẩm của quá trình đường phân theo chu trình Krebs, hay còn gọi là chu trình axit citric. Chu trình này do Hans Krebs tìm ra năm 1937. Trong trường hợp nguồn ôxi cung cấp cho cơ bắp trở nên thiếu hụt, thường là trong quá trình hoạt động cơ bắp cường độ cao, cơ thể phải sản sinh ra năng lượng thông qua quá trình kỵ khí, chuyển đổi pyruvate thành lactate để đảm bảo sao cho phân hủy glycogen diễn ra liên tục, theo chu trình Cori.
Hay với cách diễn đạt đơn giản hơn là, khi chúng ta thực hiện các hoạt động hiếu khí (aerobic excercises) như bơi, chạy hoặc đạp xe, thì việc cung cấp năng lượng cho cơ là theo chu trình Krebs, cần đến oxi. Khi chúng ra thực hiện các hoạt động kỵ khí (anaerobic excesises) liên quan đến việc bùng nổ năng lượng nhanh chóng và được thực hiện với nỗ lực tối đa trong một thời gian ngắn, ví dụ như nhảy, chạy nước rút hoặc nâng tạ nặng, thì việc cung cấp năng lượng cho cơ là theo chu trình Cori, một chu trình mà không có oxi tham gia. Trong chu trình Krebs, lactate được chuyển hóa thành nước và CO2, còn trong chu trình Cori, lactate chuyển hóa thành pyruvate.

 
Hình ảnh chụp tinh thể glucose-1-phosphate (G1P), của Carl và Gerty Cori, năm 1947.

Trong thời kỳ làm việc tại Đại học Y học Washington, vượt qua mọi khó khăn, họ vẫn bền bỉ làm việc bên nhau. Năm 1936 họ đã phát hiện ra chất trung gian hoạt hóa giúp phân hủy glycogen, là G1P kể trên, ngày nay được gọi là este Cori (Cori ester, C6H13Na2O10P).
Họ đã đã thiết lập cấu trúc của hợp chất, và phát hiện ra chất xúc tác sinh học (enzyme) mà họ đặt tên là glycogen phosphorylase, chịu trách nhiệm xúc tác phản ứng glycogen-Cori ester, Họ nhận thấy rằng este Cori là bước khởi đầu trong quá trình chuyển đổi glycogen carbohydrate thành glucose (tức là phá vỡ dạng dự trữ năng lượng thành một định dạng mà có thể được sử dụng). Họ cũng chứng minh rằng sự đảo ngược của phản ứng xúc tác bởi phosphorylase tạo ra glycogen. Năm 1942, họ đã phân lập và kết tinh được enzyme glycogen phosphorylase và nghiên cứu đặc tính hóa học của nó. Năm 1943 họ đã tổng hợp glycogen trong ống nghiệm.
Những năm tháng cùng làm việc tại trường đại học Y Washington rất hiệu quả, đến nỗi họ đã từ chối những lời mời danh giá từ Harvard, Berkeley và Viện Rockefeller. Rất nhiều nhà khoa học đã đổ xô đến phòng thí nghiệm của họ ở St. Louis để nghiên cứu và làm việc với họ, trong đó có bảy nhà khoa học đoạt giải Nobel sau này.
Năm 2008, bưu điện Mỹ đã phát hành loạt tem với chân dung 4 nhà khoa học Mỹ để ghi nhận những thành tựu khoa học ấn tượng nhất của thế kỷ 20:  nhà vật lý lý thuyết John Bardeen (1908-1991), nhà thiên văn học Edwin Hubble (1889-1953), nhà hóa học Linus Pauling (1901-1994) và nhà sinh hóa học Gerty Cori (1896-1957). Trên chiếc tem có chân dung bà có in cả công thức hóa học của este Cori.

Tem do bưu điện Mỹ phát hành năm 2008 với chân dung Gerty Cori
và công thức hóa học của este Cori (G1P).