Paul Selvin và cơ chế hoạt động của kinesin và myosin

Trở lại với series về các nhà sinh học và các cống hiến tuyệt vời của họ, hôm nay tôi xin giới thiệu với mọi người giáo sư Paul Selvin.

Paul hiện đang là giáo sư Lý Sinh (Biophysics) tại Đại Học Illinois at Urbana-Champaign. Ông lấy bằng cử nhân ngành Vật Lý tại Đại Học Michigan, và theo sau đó là bằng tiến sỹ về Lý Sinh tại Đại Học California, Berkeley.

Khi còn là sinh viên tại California, đề tài nghiên cứu của Paul là về ứng dụng hiệu ứng cộng hưởng từ electron và các phân tử huỳnh quang nhằm nghiên cứu tính năng động của các phân tử sinh học in vitro và in vivo. Paul làm việc dưới sự chỉ dẫn của giáo sư Mel Klein, một nhà Lý Sinh nổi tiếng trong việc sử dụng kĩ thuật cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) trong xác định cấu trúc và tính động của các phân tử sinh học. Đề tài tiến sỹ của Paul được công bố trên tạp chí Science. Sau đó, ông tiếp tục ở lại Berkeley và phát triển nhiều kĩ thuật huỳnh quang mới ứng dụng trong sinh học, một trong số đó là kĩ thuật cộng hưởng huỳnh quang sử dụng kim loại Lanthanide, gọi tắt là LRET. Kĩ thuât này đã giúp ông xác định được cơ chế sinh học của kênh K+ phản ứng với điện thế màng trên neuron, công bố trên tạp chí Nature.

Năm 1997, ông gia nhập Khoa Lý tại Illinois và chuyển hướng nghiên cứu sang các protein motor, mở đầu cho một cuộc cách mạng trong sinh học về cơ chế hoạt động của các protein này trong tế bào.

Chắc hẳn, không ai trong chúng ta quên được hai protein động cơ nổi tiếng kinesin và myosin. Nhưng liệu đã có bạn nào biết hai protein này hoạt động ra sao, di chuyển thế nào trong tế bào? Chính Paul là người đã làm sáng tỏ cơ chế tuyệt vời này. Ở thời điểm này, có hai giả thuyết cho sự di chuyển của kinesin và myosin, giả thuyết đi bộ (walking) và giả thuyết sâu đo (inchworm). Giả thuyết đi bộ cho rằng các protein motor di chuyển giống như người đi bộ, với một chân làm trụ cho phép chân còn lại bước lên với khoảng cách bằng hai lần khoảng cách giữa hai chân. Giả thuyết sâu đo lại cho rằng chân sau di chuyển lên vị trí chân trụ, rồi chân trụ bước đi lên một đoạn bằng đúng khoảng cách giữa chân sau và chân trụ trước đó, sau đó chân sau lại kéo lên vị trí chân trụ, giống như con sâu co dãn để đi lên vậy.

Lý do chưa có ai trả lời được câu hỏi này lúc bấy giờ bởi lẽ khoảng cách bước chân của các protein này là quá nhỏ, nhỏ hơn giới hạn bước sóng của ánh sáng, khiến ta không thể nhìn thấy được. Paul đã nảy ra một ý tưởng bằng cách sử dụng mô hình xác suất, ông có thể thu gọn một khối ánh sáng xuống chỉ còn một điểm duy nhất, tương tự như kiểu ta gán một cái bóng đèn với một điểm sáng, một ngọn núi thành một điểm duy nhất vậy. Kĩ thuật này được biết đến với cái tên FIONA (hay tạm dịch là Phát xạ huỳnh quang chính xác tới 1 nanomet). Sử dụng FIONA, Paul gắn hai phân tử huỳnh quang vào hai chân của protein và theo dõi chúng di chuyển trên vi ống, hai đốm sáng bước đi so le nhau khẳng định cho giả thuyết đi bộ, chính xác theo nghĩa đen!

Bài báo này được công bố trên tạp chí Science với tiêu đề “Myosin V walks hand-over-hand: single fluorophore imaging with 1.5-nm localization” là một trong những bài báo kinh điển nhất trong giới khoa học. Phát hiện quan trọng này được công nhận là một trong 10 phát hiện kinh điển và quan trọng nhất năm 2003. Năm 2004, cơ chế tương tự được tìm thấy ở kinesin, cũng được công bố trên tạp chí Science, tiêu đề “Kinesin walks hand-over-hand.”

Paul hiện đang là giáo sư và giảng viên tại Illinois, và trên Youtube có một series về Biophysics mà Paul giảng dạy, nếu các bạn nào cảm thấy thú vịcó thể lên học.

Lê Hoàng Anh

PhD at Cancer Research UK Beatson Institute

Nguồn hình cover: ks.uiuc.edu