Max Perutz và con đường từ Vienna đến cấu trúc hemoglobin

Mô hình myoglobin của Max Perutz và John Kendrew từng hiện lên như một “rừng thanh”: hàng loạt que nhỏ nối với nhau, biến cấu trúc protein vô hình thành vật thể có thể cùng quan sát. Đằng sau hình ảnh ấy là câu hỏi trung tâm của cả sự nghiệp Perutz: làm thế nào con người có thể lần ra cách hemoglobin, protein vận chuyển oxy, được tổ chức trong không gian? Câu trả lời không xuất hiện từ một khoảnh khắc đơn độc, mà hình thành qua cơ duyên, gián đoạn và nhiều năm kiên trì. [1]

Perutz rời Vienna để tìm một môi trường nghiên cứu rộng hơn, rồi tình cờ bước vào tinh thể học tại Cambridge. Chiến tranh đưa ông tới trại giam ở Canada và sau đó là một dự án tàu làm bằng băng. Khi trở lại phòng thí nghiệm, ông theo đuổi hemoglobin, một mục tiêu từng bị xem là quá tham vọng. Chính những khúc quanh ấy giúp nhìn thành tựu khoa học như một quá trình có cả năng lực, hoàn cảnh và quan hệ cộng tác. [1]

Vì sao Perutz rời Vienna?

Perutz sinh trong một gia đình kinh doanh có vị thế ở Vienna và ban đầu chọn hóa học, dù đó là nghề nghiệp không mấy thực dụng theo kỳ vọng gia đình. Hứng thú của ông bắt đầu từ một giáo viên hóa học, người khiến các thí nghiệm nhiều màu trong lớp luôn có vẻ cụ thể và đáng tin cậy. Khi chuẩn bị làm nghiên cứu tiến sĩ vào năm 1936, Perutz rời Áo. Ông giải thích quyết định này trước hết bằng sự ngột ngạt trong môi trường hóa hữu cơ: các nghiên cứu sinh sống quá khuôn phép và có tầm nhìn trí tuệ hạn hẹp. [1]

Bối cảnh chính trị ở châu Âu khi ấy đang trở nên nguy hiểm, nhưng động cơ của Perutz không được kể như một quyết định chính trị đơn giản. Đây là chi tiết quan trọng: lựa chọn nghề nghiệp thường có nhiều lớp nguyên nhân. Mong muốn tìm một phòng thí nghiệm cởi mở hơn có thể cùng tồn tại với áp lực xã hội đang gia tăng. Việc rời Vienna vì thế vừa là một bước chuyển nghề nghiệp, vừa mở ra lối thoát khỏi một hoàn cảnh ngày càng bất ổn. [1]

Cơ duyên nào đưa ông đến Cambridge?

Tại Cambridge, Perutz bước vào tinh thể học gần như tình cờ. Nhà vật lý J. D. Bernal cần một nghiên cứu sinh có thể tự trang trải kinh phí, còn Perutz phù hợp với điều kiện đó. Từ một cơ hội mang tính thực dụng, ông chuyển sang nghiên cứu cấu trúc vật chất bằng tinh thể học. Ngành định hình sự nghiệp của ông không bắt đầu bằng một kế hoạch dài hạn hoàn chỉnh, mà từ sự gặp nhau giữa nhu cầu của một phòng thí nghiệm và khả năng của một người di cư. [1]

Tinh thể học có thể được hiểu đơn giản là cách tìm trật tự bên trong những thứ mắt thường không nhìn thấy. Với protein, câu hỏi không chỉ là nó gồm những thành phần nào, mà còn là các thành phần ấy sắp xếp ra sao trong không gian. Mô hình “rừng thanh” của myoglobin giúp biến kết quả trừu tượng thành một cấu trúc có thể quan sát, trao đổi và chỉnh sửa. Nó là công cụ suy nghĩ về phân tử, không phải bản sao tự nhiên của phân tử. [1]

Chiến tranh đã thay đổi con đường ấy thế nào?

Khi chiến tranh bắt đầu, Perutz trở thành một người di cư nói tiếng Đức, có gốc Do Thái và trên danh nghĩa là người Công giáo. Giống nhiều người tị nạn chống Đức Quốc xã, ông bị Anh xếp vào diện ngoại kiều thù địch, bị đưa đi giam và cuối cùng tới một trại ở Canada. Ông còn chịu những thái độ kỳ thị nhắm vào người Công giáo, người Do Thái và người nói tiếng Đức. Khoảng thời gian này làm gián đoạn nghiên cứu, nhưng không xóa bỏ sự gắn bó của ông với Cambridge. [1]

Sau chiến tranh, Perutz được đón trở lại Anh, nhập quốc tịch và tham gia Project Habbakuk, một dự án quân sự nhằm thiết kế một tàu khổng lồ làm bằng băng, có chức năng như sân bay nổi. Ý tưởng bị bỏ sau chiến thắng của phe Đồng minh ở châu Âu. Dù không dẫn tới một công trình thành công, dự án cho thấy nghiên cứu thời chiến có thể kéo nhà khoa học vào một bài toán rất xa chuyên môn ban đầu. Sự gián đoạn ấy cũng trở thành một phần trong chân dung khoa học của Perutz. [1]

Điều gì nối dự án tàu băng với hemoglobin?

Tàu băng và hemoglobin dường như không liên quan, nhưng cả hai đều đòi hỏi khả năng theo đuổi một mục tiêu ban đầu trông thiếu thực tế. Project Habbakuk hình thành từ nhiều yếu tố cá nhân: niềm say mê của Perutz với núi và băng, trí tưởng tượng rộng của Bernal, cùng tham vọng khác thường của Geoffrey Pyke, người đề xuất ý tưởng. Những yếu tố ấy không thay thế việc kiểm tra khoa học, nhưng có thể ảnh hưởng đến câu hỏi mà một nhóm dám đặt ra. [1]

Sau chiến tranh, Perutz trở lại nghiên cứu cấu trúc hemoglobin. Thành tựu này không phải một phát hiện đơn lẻ hoàn tất trong chốc lát, mà là quá trình từng bước thu hẹp những khả năng về cấu trúc phân tử. Giải Nobel năm 1962 đánh dấu một bước ngoặt trong sự nghiệp, nhưng công việc với hemoglobin vẫn tiếp tục sau đó và còn đạt những tiến bộ lớn hơn. Vì vậy, giải thưởng không nên được hiểu như đường ranh khép lại toàn bộ bài toán. [1]

Vì sao tính cách có ảnh hưởng đến khoa học?

Perutz tin mạnh vào khả năng cuối cùng sự thật sẽ thắng, một niềm tin vừa lạc quan vừa có phần ngây thơ. Niềm tin ấy giúp ông bám lấy hemoglobin khi nhiều người cho rằng mục tiêu quá tham vọng. Về sau, trong vai trò lãnh đạo Laboratory of Molecular Biology tại Cambridge, ông làm việc cùng một tập thể có nhiều nhà khoa học nổi bật, trong đó có Francis Crick, Frederick Sanger và Sydney Brenner. [1]

Cách lãnh đạo của Perutz dựa trên giả định rằng các nhà nghiên cứu sẽ làm tốt hơn khi được tự chủ và không bị quan liêu cản trở. Thực tế của một phòng thí nghiệm đông người phức tạp hơn một nguyên tắc đơn giản, nhưng câu chuyện vẫn gợi ra một điểm đáng chú ý: thành tựu không chỉ phụ thuộc vào thiết bị hay phương pháp. Sự tin tưởng, cộng tác, tính bền bỉ và chỗ dành cho những ý tưởng khác thường đều có thể góp phần kéo dài một dự án đủ lâu để nó trưởng thành. [1]

Nhìn lại “rừng thanh”

Mô hình myoglobin đáng nhớ vì nó cho thấy một cấu trúc phân tử có thể trở thành đối tượng làm việc chung. Các nhà nghiên cứu có thể đứng trước mô hình, hình dung quan hệ giữa những phần tử và tiếp tục sửa cách hiểu của mình. Đằng sau vẻ lạ mắt ấy là nhiều năm nghiên cứu một đối tượng không thể nhìn trực tiếp, cùng những quyết định chịu ảnh hưởng bởi giáo dục, di cư, chiến tranh và cộng tác. [1]

Cuộc đời Perutz không chứng minh rằng mọi ý tưởng khác thường đều thành công. Nó cho thấy một kết quả lớn đôi khi được chuẩn bị bởi những bước ngoặt không ai dự đoán: một lớp hóa học nhiều màu, một cơ hội ở Cambridge, thời gian bị giam giữ, dự án tàu băng rồi sự trở lại với hemoglobin. Khi nhìn vào “rừng thanh”, ta không chỉ thấy hình dạng của protein, mà còn thấy cách một câu hỏi khó được giữ lại đủ lâu để con người dần hiểu nó. [1]