Nhà khoa học gốc Việt giải mã bí ẩn cách cây cỏ tạo hợp chất chống ung thư

Các nhà nghiên cứu tại Đại học British Columbia (UBC) Okanagan, Canada vừa công bố phát hiện cơ chế thực vật tạo ra mitraphylline, một hợp chất tự nhiên hiếm có khả năng chống ung thư và kháng viêm mạnh mẽ.

Công trình là kết quả hợp tác giữa nhóm của Tiến sĩ Thu – Thuy Dang tại UBC Okanagan và nhóm của Tiến sĩ Satya Nadakuduti tại Đại học Florida (Mỹ), với sự hỗ trợ từ Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Tự nhiên và Kỹ thuật Canada (NSERC), Quỹ Đổi mới Canada (CFI), Chương trình Học giả Y tế BC Michael Smith, và Viện Nông nghiệp và Thực phẩm Quốc gia thuộc Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA NIFA).

Nghiên cứu sinh tiến sĩ Tuan-Anh Nguyen (trái) và tiến sĩ Thu-Thuy Dang đang kiểm tra các mẫu thực vật trong phòng thí nghiệm. Ảnh: UBC Okanagan

Tìm thấy “mắt xích còn thiếu” trong dây chuyền tạo hợp chất chữa bệnh của tự nhiên

Mitraphylline thuộc nhóm alkaloid spirooxindole, nhóm phân tử có cấu trúc “xoắn” đặc biệt và hiệu ứng sinh học mạnh. Dù được biết đến từ lâu, quá trình hình thành loại hợp chất này trong tự nhiên vẫn là bí ẩn cho đến khi nhóm của TS Thu - Thuy Dang, Trưởng nhóm Nghiên cứu Công nghệ sinh học sản phẩm tự nhiên tại UBC Okanagan, xác định được enzyme đầu tiên có khả năng “vặn xoắn” phân tử để tạo cấu trúc spiro vào năm 2023.

Tiếp nối kết quả đó, nghiên cứu sinh Tuan Anh Nguyen đã dẫn đầu giai đoạn tiếp theo và phát hiện hai enzyme then chốt phối hợp với nhau trong quá trình tổng hợp mitraphylline một enzyme quyết định cấu trúc ba chiều, enzyme còn lại hoàn thiện bước xoắn cuối cùng để tạo nên phân tử hoàn chỉnh.

“Phát hiện này giống như tìm thấy mắt xích còn thiếu trong dây chuyền lắp ráp. Nó giúp giải đáp cách tự nhiên tạo ra những phân tử phức tạp này, đồng thời mở ra hướng mô phỏng quy trình đó trong phòng thí nghiệm”, TS Dang chia sẻ.

Mitraphylline tự nhiên chỉ có ở lượng rất nhỏ trong một số loài cây nhiệt đới thuộc họ càphê như Mitragyna (cây kratom) và Uncaria (móng mèo). (Nguồn: Shutterstock).

Mitraphylline chỉ tồn tại với lượng rất nhỏ trong một số loài cây nhiệt đới thuộc họ Cà phê như Mitragyna (kratom) và Uncaria (móng mèo), khiến việc chiết xuất hoặc tổng hợp quy mô lớn trước đây vô cùng khó khăn và tốn kém. Việc xác định được hai enzyme chủ chốt đã mở đường cho quy trình sản xuất hợp chất tự nhiên hiệu quả, thân thiện môi trường hơn.

Theo nghiên cứu sinh Tuan - Anh Nguyen, đây là một bước tiến quan trọng hướng tới hóa học xanh, giúp tạo ra các hợp chất dược phẩm giá trị bằng phương pháp sinh học thay vì hóa học nặng. Thành công này cũng phản ánh môi trường nghiên cứu cởi mở, hợp tác giữa sinh viên và giảng viên tại UBC Okanagan cùng nhau giải quyết những vấn đề mang tầm toàn cầu.

Bày tỏ niềm tự hào trước phát hiện này, một bằng chứng cho thấy thực vật là những nhà hóa học thiên tài của tự nhiên, TS Dang cho hay, bước tiếp theo, bà và nhóm nghiên cứu sẽ tìm cách ứng dụng các enzyme này để tạo ra thêm nhiều hợp chất điều trị có giá trị khác.

Hành trình giải mã “nhà máy sinh học” của tự nhiên

TS Thu-Thuy Dang – Đặng Thị Thu Thủy, là cựu sinh viên ngành công nghệ sinh học của Trường ĐH Khoa học Tự nhiên (ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia TP Hồ Chí Minh).

Chị học Thạc sĩ, rồi bảo vệ Tiến sĩ ngành sinh học phân tử / sinh hóa tại ĐH Calgary (tỉnh Alberta, Canada) và hoàn thành chương trình nghiên cứu sau tiến sĩ về Hóa sinh tại Trung tâm John Innes (Vương quốc Anh).

Nhắc lại cơ duyên đến với con đường nghiên cứu, chị kể rằng từ nhỏ đã quen với văn hóa sử dụng cây cỏ làm thuốc trong dân gian, và sớm tiếp xúc với kỹ thuật nuôi cấy mô cây dược liệu khi còn là sinh viên. Tuy nhiên, bước ngoặt chỉ đến khi đang học cao học, chị tình cờ thấy phòng thí nghiệm bên cạnh đang nghiên cứu về quá trình sinh tổng hợp các hợp chất tự nhiên trong thực vật.

Lúc đó chị mới nhận ra, bên cạnh những kiến thức cơ bản về sinh lý thực vật mà mình được học, còn có cả một lĩnh vực mới, nơi người ta tìm hiểu cách cây cỏ tạo ra các hợp chất quý.

Từ đó, chị quyết định theo đuổi hướng nghiên cứu tìm hiểu các gene và enzyme mới tham gia vào quá trình sinh tổng hợp alkaloid nhóm hợp chất có hoạt tính sinh học mạnh và tiềm năng ứng dụng trong dược phẩm.

Suốt nhiều năm, Tiến sĩ Thủy tập trung giải mã các con đường sinh tổng hợp alkaloid trong thực vật, sử dụng sinh học phân tử, phân tích RNA-seq, dữ liệu gen và cấu trúc enzyme để tìm hiểu cách cây dược liệu tạo ra các hợp chất quý. Chị cũng là đồng tác giả của một số bằng sáng chế liên quan đến việc sản xuất hợp chất chống ung thư từ cây trồng.

“Tôi luôn tự hỏi, tại sao chỉ với nước, ánh sáng và không khí, cây cỏ có thể tạo ra những hợp chất có khả năng điều trị bệnh phức tạp như ung thư?”, chị chia sẻ. Theo chị, nếu ví mỗi phân tử là một ngôi nhà, thì các enzyme trong cây chính là những người thợ xây khéo léo. Công việc của nhà nghiên cứu là tìm hiểu từng ‘thợ xây’ đó làm gì, theo trình tự nào, để từ đó có thể mô phỏng hoặc cải tiến lại quy trình mà tự nhiên đã tạo ra.

Những hiểu biết đó là nền tảng để chị cùng cộng sự tái tạo quá trình tạo hoạt chất tự nhiên trong phòng thí nghiệm, giúp giảm việc khai thác cây thuốc quý, hạn chế sử dụng hóa chất độc hại, đồng thời mở hướng tạo ra những hợp chất tương tự nhưng có hoạt tính mạnh hơn.

Tại Đại học British Columbia (UBC) Okanagan, chị thành lập Phòng thí nghiệm Nghiên cứu các hợp chất hoạt tính sinh học thực vật (Plant Bioactive Compounds Research Laboratory – PlantBioCoRe), nơi kết hợp hóa sinh, hóa học, tin sinh học và di truyền học phân tử để tìm hiểu cơ chế tạo ra các hợp chất có giá trị sinh học trong thảo dược.

Nhóm của chị đã đạt được nhiều kết quả ấn tượng, trong đó, đã có những kết quả mới về con đường chuyển hoá chất chống ung thư từ hỷ thụ (Camptotheca acuminata). Phát hiện này giúp tạo dược chất thân thiện, dễ ứng dụng lâm sàng hơn, công bố trên tạp chí quốc tế, đăng ký bằng sáng chế.

Có dịp trao đổi học thuật với các nhà nghiên cứu trong nước, như ở Trường Đại học Dược Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TP.HCM, hay Viện Khoa học Tây Nguyên, chị nhận thấy, ở Việt Nam có rất nhiều công trình nghiên cứu giá trị về cây thuốc.

“Tôi mong có thể góp phần nhỏ làm phong phú thêm kiến thức và ứng dụng từ nguồn tài nguyên thực vật của quê hương mình”, chị chia sẻ.

Nguồn: https://khoahocdoisong.vn/nha-khoa-hoc-goc-viet-giai-ma-bi-an-cach-cay-co-tao-hop-chat-chong-ung-thu-post2149060401.html