Không có nhà toán học Leonhard Euler (1707–1783) thì đã không có vaccine cho Covid-19, mà nếu có thì cũng phải hàng mấy năm sau mới có được.
Nhờ Euler giải một bài toán mà ngày nay mình gọi là “Eulerian path” và “Eulerian circuit” – tiếng Việt gọi là đường đi Euler và chu trình Euler – và qua đó mở ra cả một ngành Toán học mới, ngành graph theory – lý thuyết đồ thị – nên mới có được vaccine cho Covid-19.
Để hiểu mối quan hệ cách xa 300 năm này, phải tìm hiểu từng bước một. Bước thứ nhất là tìm hiểu vaccine cho Covid-19, cụ thể là vaccine của Pfizer/BioNTech. Thông tin dưới đây tôi tổng hợp từ nhiều nguồn tìm được trong thư viện và qua thảo luận với TS Stacey Raimondi, giáo sư sinh vật đại học Elmhurst University. Bước thứ nhì giới thiệu công trình của Euler sáng lập ngành graph theory. Bước thứ ba giải thích graph theory thì liên quan gì tới vaccine. Bài này là bước thứ nhất. Bước thứ nhì và thứ ba sẽ nằm trong hai bài sau.
Lý do con người miễn nhiễm với một con virus hoặc vi khuẩn nào đó thường là do đã bị bệnh, hệ miễn nhiễm tạo ra kháng thể, rồi sau này con virus có trở lại thì kháng thể đã có sẵn bèn đánh chết con virus.
Vaccine truyền thống, theo kiểu của Edward Jenner thế kỷ 18 và Louis Pasteur sau đó, là dùng một dạng yếu (tiếng Anh là attenuated) của con ký sinh, kích thích cho hệ miễn nhiễm tạo kháng thể mà không phải bị bệnh. Jenner dùng dạng yếu của virus đậu mùa. Pasteur suy ra là nếu ngừa được đậu mùa là ngừa được các bệnh khác, và dùng dạng yếu của vi khuẩn chó dại, tìm ra thuốc chích ngừa. Sau này, người ta dùng thêm virus hoặc vi khuẩn chết, dùng cái vỏ của nó kích thích hệ miễn nhiễm tạo ra kháng thể.
Vaccine SARS-Cov-2 (Covid-19 là tên bệnh; tên con virus là SARS-Cov-2) của Pfizer, do BioNTech ở Đức nghiên cứu, không dùng con virus mà dùng cơ thể bệnh nhân để tạo ra protein giả danh con virus, đánh lừa hệ miễn nhiễm tạo ra kháng thể. Vaccine của Moderna cũng dùng phương pháp tương tự.
Hình ảnh con SARS-Cov-2 nhiều người đã thấy rồi. Chung quanh nó có mấy cái như cây cọc lòi ra. Cây cọc này làm bằng chất protein, bám vào phân tử ACE-2 bên ngoài tế bào người và qua đường đó xâm nhập.
Sáng kiến của TS Katalin Kariko và TS Ugur Sahin, người sáng lập BioNTech, là dùng chính tế bào người để chế tạo ra mấy cây cọc đó. Lúc tế bào chết đi, nhả những cây cọc này ra, hệ miễn nhiễm thấy hàng lạ bèn nhào vô đánh, từ đó cơ thể có kháng thể. Nếu chẳng may bị nhiễm virus thật, có sẵn kháng thể, chúng nhìn thấy mấy cây cọc chúng lại nhào vô đánh, thì tránh bệnh được ngay từ đầu. Quá trình thử trên người cho thấy người có chích vaccine đỡ nhiễm 95% so với người chích placebo (thuốc giả không có gì trong đó hết).
Mấu chốt trong việc này, và cũng là mối liên quan tới Euler, là khả năng biết gien của con SARS-Cov-2. Cấu trúc của DNA vả RNA là một chuỗi nucleotide; của DNA là A, G, C, T, còn của RNA là A, G, C, U. Chuỗi này cố định cho từng loài. DNA của người, chẳng hạn, là một chuỗi A, G, C, T, nhất định theo thứ tự như thế như thế. Viết ra được chuỗi A, G, C, T theo đúng thứ tự như thế là một ngành sinh vật học gọi là gene sequencing.
Chỉ mới cách đây vài mươi năm khi tôi còn học đại học, phải mất rất nhiều năm mới viết ra được sequence cho một loài. Khi thầy tôi, John Johnson và Michael Rossman, đại học Purdue University, viết ra đầy đủ gene sequence cho virus bệnh cảm, cả giới sinh vật học xôn xao. Họ đã mất cả chục năm để làm việc này. Nhưng ngày nay, với kỹ thuật tân tiến hơn – cộng với đóng góp toán học của Euler – làm gene sequencing cho một con virus chỉ mất vài giờ.
Bà đồng nghiệp dạy sinh vật, TS Raimondi, giải thích là lý do mình có vaccine nhanh là vì kỹ thuật gene sequencing làm được nhanh, chứ không phải có ai làm gấp, làm dối, đốt giai đoạn gì cả. “Ngày nay mình có thể làm gene sequencing một con virus trong 3 tiếng đồng hồ và đưa lên database trên mạng cho các nhà khoa học toàn thế giới biết nội trong vài phút.”
Biết được gene của con SARS-Cov-2, các nhà khoa học tính ra gene của mRNA (messenger RNA hay RNA thông tin) tương xứng. mRNA giống như một người đốc công, mang chỉ thị của sếp tới cho tế bào biểu tế bào làm cái này cái này. Khi chích vào người, mRNA bảo tế bào người chế ra protein giống hệt như cây cọc của con SARS-Cov-2, rồi từ đó người ta có kháng thể chuyên dùng để tấn công các cây cọc.
Nói tóm lại, nhờ có gene sequencing nhanh mới có vaccine cho Covid-19. Đóng góp của Euler là, nhờ có Euler mới có gene sequencing nhanh.
Xem tiếp kỳ 2 và 3.
