Công trình tiên phong của nhà khoa học Zhang Kai tập trung vào việc quan sát trực tiếp protein bên trong cơ thể trong quá trình vận động, qua đó ghi lại hoạt động của chúng trong trạng thái tự nhiên, điều trước đây rất khó thực hiện.

Đối với Zhang Kai, người đang xây dựng một “ngân hàng dữ liệu cấu trúc tế bào siêu quy mô” với độ chính xác chưa từng có, quyết định trở về Trung Quốc là bước đi tất yếu để theo đuổi tham vọng khoa học. Trong một cuộc phỏng vấn ngày 26/3 với Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), ông cho biết môi trường tại Mỹ khiến các nhà khoa học Trung Quốc khó có cơ hội dẫn dắt những dự án quy mô lớn như vậy.

Ngày 12/1, Zhang chính thức rời khỏi vị trí giảng viên biên chế tại Đại học Yale để gia nhập Trường Khoa học Sự sống và Y học thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) tại Hợp Phì, tỉnh An Huy.

Chỉ một tháng sau, nhóm nghiên cứu do ông phụ trách đã công bố một bài báo trên tạp chí danh tiếng Nature, ghi nhận bước đột phá trong công nghệ hiển vi điện tử độ phân giải cao và phân tích hình ảnh.

Thành tựu này được đánh giá có ý nghĩa quan trọng trong việc giải mã các cơ chế sống ở cấp độ phân tử, mở đường cho các phương pháp chẩn đoán và điều trị mới, đồng thời nâng cao hiệu quả quản lý sức khỏe trong tương lai.

Hành trình 20 năm từ điểm xuất phát khiêm tốn

Ít ai biết rằng hành trình khoa học của Zhang bắt đầu từ hơn 20 năm trước, trong hoàn cảnh không mấy thuận lợi. Sinh ra tại một vùng nông thôn nghèo ở tỉnh Thiểm Tây, ông trúng tuyển vào Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân năm 2004 sau kỳ thi đại học. Sau khi tốt nghiệp năm 2008, Zhang tiếp tục theo học tại Viện Sinh lý học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, nơi ông lần đầu tiếp cận với công nghệ hiển vi điện tử lạnh (cryo-EM), lĩnh vực sau này trở thành trung tâm sự nghiệp của mình.

Khác với nhiều hướng nghiên cứu sinh học truyền thống chủ yếu dựa vào thí nghiệm, cryo-EM là sự kết hợp giữa thực nghiệm, lý thuyết và tính toán. Ngay từ sớm, Zhang đã nuôi tham vọng mang màu sắc “khoa học viễn tưởng”: trực tiếp quan sát cấu trúc nguyên tử của các phức hợp trong chuỗi hô hấp của ty thể, “nhà máy năng lượng” của tế bào.

Sau khi hoàn thành tiến sĩ vào năm 2013, ông tiếp tục nghiên cứu hậu tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Sinh học Phân tử thuộc Hội đồng Nghiên cứu Y khoa Anh (MRC) tại Cambridge. Đến năm 2019, Zhang gia nhập Đại học Yale với vai trò trợ lý giáo sư. Tại đây, ông liên tục công bố nhiều công trình sử dụng cryo-EM để nghiên cứu cấu trúc tế bào, bao gồm bài đăng trang bìa trên tạp chí Science và các nghiên cứu trên những tạp chí hàng đầu như Nature và Cell.

Bước ngoặt trong cách con người quan sát sự sống

Năm 2024, Zhang hợp tác với Zhu Jiapeng để công bố một nghiên cứu trên Nature được giới phản biện đánh giá là “tiên phong”. Khác với phương pháp truyền thống, vốn tách protein ra khỏi môi trường tự nhiên để quan sát, nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách theo dõi protein ngay trong cơ thể khi đang vận động. Điều này giúp ghi lại trạng thái “động” của protein, thay vì những hình ảnh “tĩnh” vốn không phản ánh đầy đủ bản chất sinh học. Như cách nhóm nghiên cứu ví von, đây là bước chuyển từ “ảnh dàn dựng” sang “ảnh chụp tự nhiên”, mang lại dữ liệu chân thực và đáng tin cậy hơn cho phân tích khoa học.

Trong công trình mới nhất công bố tháng 2, Zhang tiếp tục gây chú ý khi bác bỏ giả thuyết “lắp ráp trong bào tương” đã tồn tại hơn một thập kỷ. Trước đây, các nghiên cứu cho rằng protein kết nối đóng vai trò trung tâm trong quá trình lắp ráp. Tuy nhiên, kết quả của Zhang cho thấy vi ống mới là yếu tố đóng góp tới khoảng 97% hiệu suất, trong khi các protein kết nối chỉ tham gia sau khi cấu trúc đã hình thành.

Được xem là một trong những nhà khoa học hàng đầu thế giới trong lĩnh vực cryo-EM, quyết định rời Đại học Yale giữa chặng đường sự nghiệp của Zhang khiến nhiều người bất ngờ. Ông không chờ đợi cơ hội thăng tiến tại một trường Ivy League, mà lựa chọn trở về Trung Quốc sớm hơn dự kiến. Theo ông, môi trường tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc mang tính học thuật thuần túy, giàu nhiệt huyết và tạo điều kiện tối đa cho các nhà khoa học trẻ.

Mục tiêu lớn nhất của Zhang vẫn là quan sát trực tiếp các hoạt động sống của tế bào ở cấp độ nguyên tử. “Tôi không biết sẽ mất bao lâu, nhưng tôi có đủ niềm tin để làm được điều đó”, ông nói.