Phơi nhiễm bức xạ vũ trụ trong không gian có thể gây ung thư và nhiều loại bênh tật. Các nhà khoa học đang nghiên cứu một protein tự nhiên trong cơ thể người, có khả năng bảo vệ các phi hành gia trước mối nguy hiểm này.
Trong tương lai gần, các phi hành gia sẽ tiến hành một số chương trình không gian kéo dài nhiều tháng tới Mặt trăng, Sao Hỏa và có thể xa hơn thế nữa. Tuy nhiên, tất cả những cuộc phiêu lưu này đều có những mối nguy hiểm tiềm ẩn đằng sau. Một trong những mối nguy hiểm trên những chuyến du hành không gian dài ngày chính là bức xạ vũ trụ (hay bức xạ không gian) mà họ sẽ tiếp xúc trong quá trình.
Một thí nghiệm mới đã được tiến hành trên Trạm Vũ trụ Quốc tế ISS – Nghiên cứu nhằm Nuôi trồng các Tinh thể Protein Lớn, Hoàn hảo cho Kỹ thuật Tinh thể học Neutron (gọi tắt là Thí nghiệm Tinh thể Hoàn hảo) – nhằm mục đích giúp các nhà khoa học tìm ra cách giải quyết vấn đề sử dụng một loại protein đã hoạt động tốt trong cơ thể chúng ta.
Dẫn đầu bởi trưởng nhóm nghiên cứu Gloria Borgstahl, nhân viên kỹ thuật phòng thí nghiệm William Lutz, và nghiên cứu sinh tiến sĩ Jahaun Azadmanesh từ Trung tâm Y tế Đại học Nebraska (Mỹ), thí nghiệm Tinh thể Hoàn hảo sẽ được triển khai trong phòng thí nghiệm trên quỹ đạo trong Chiến dịch Tiếp tế Thương mại thứ 16 của SpaceX (CRS-16).
Bức xạ vũ trụ: Nguy hại như thế nào?
Tiếp xúc với bức xạ vũ trụ có thể tạo ra các hợp chất hóa học nguy hiểm trong cơ thể gọi là các Gốc tự do ôxy hóa (ROS).
Azadmanesh cho biết, bức xạ vũ trụ là một vấn đề lớn, đặc biệt đối với các phi hành gia. ROS làm hỏng DNA của chúng ta và gây nên nhiều loại bệnh ở đây trên Trái đất, bao gồm bệnh tim và ung thư.
Mối đe dọa sức khỏe nghiêm trọng này thúc đẩy NASA tìm ra cách bảo vệ các phi hành gia khỏi bức xạ. Tìm ra cách đối phó với mối nguy hiểm từ ROS cũng giúp các nhà khoa học điều trị và ngăn ngừa các loại bệnh ung thư trên Trái Đất.
Câu trả lời có thể đến từ cách cơ thể chúng ta đang đối phó với bức xạ vũ trụ cường độ thấp vốn đi xuyên qua bầu khí quyển và tiếp cận chúng ta trên Trái Đất. Khả năng bảo vệ hay sức đề kháng đến từ một loại protein tự nhiên trong tế bào của chúng ta gọi là mangan superoxide effutase (MnSOD), có vai trò phân tách các ROS thành các hợp chất lành tính hơn mà cơ thể chúng ta có thể xử lý một cách an toàn.
Lutz cho biết: “Mọi người trên Trái Đất đang liên tục chịu ảnh hưởng của bức xạ mặt trời và superoxide disutase sẽ giúp chúng ta đối phó với điều đó. Trong bối cảnh NASA rất kiên quyết trong việc đưa con người lên Mặt Trăng và Sao Hỏa, chúng tôi hy vọng sẽ giúp tìm ra cách bảo vệ các phi hành gia khỏi loại bức xạ có hại này và chúng tôi nghĩ rằng superoxide disutase là giải pháp tiềm năng”.
Bước đầu tiên là tìm hiểu là cách thức hoạt động của MnSOD, tận cho đến cấp độ nguyên tử.
Phương pháp mà nhóm muốn sử dụng để nghiên cứu cấu trúc nguyên tử của MnSOD là một kỹ thuật rất mạnh gọi là Tinh thể học (crystallography). Để sử dụng Tinh thể học, các nhà nghiên cứu phải áp dụng hóa học lỏng để khiến các phân tử MnSOD xếp chồng lên nhau một cách rất đồng đều, giống như những viên gạch xây tường, cho đến khi chúng tạo nên các tinh thể tương tự một hạt muối. Sau đó, họ có thể đưa các tinh thể vào một phòng thí nghiệm đặc biệt, nơi chúng tạo ra những vụ nổ neutron cực mạnh và theo dõi cách các neutron bật ra khỏi chúng bằng các máy dò xung quanh. Cách các tinh thể làm nhiễu xạ neutron có thể cho các nhà nghiên cứu biết rất nhiều về hình dạng và vị trí của các nguyên tử trong các chồng MnSOD, cung cấp manh mối về cách thức hoạt động của nó.
Vấn đề là việc phát triển protein thành các tinh thể lớn và đồng đều rất khó thực hiện trên Trái đất. Rung động từ máy móc, sự hiện diện của tạp chất và thậm chí cả trọng lực có thể cản trở việc tinh thể hình thành một cách ngay ngắn. Do đó, một điểm khiếm khuyết trong một tinh thể, chẳng hạn như một hạt bụi hoặc các phân tử được xếp chồng lên nhau một cách cẩu thả, có thể phá vỡ cách thức một tinh thể uốn cong các đường của neutron, mang lại các kết quả dang dở.
Tìm kiếm giải pháp hoàn hảo
Trạm vũ trụ, với môi trường vi trọng lực siêu sạch, có thể là nơi lý tưởng để tạo ra các tinh thể MnSOD đủ lớn để cho các nhà khoa học thấy chúng thực sự hoạt động như thế nào.
Azadmanesh chia sẻ: “Một điều thú vị là, vấn đề bức xạ vũ trụ có thể được giải quyết chính nhờ sự trợ giúp của môi trường không gian. Môi trường vi trọng lực mà trạm vũ trụ cung cấp làm giảm đáng kể cường độ rung động, điều này thúc đẩy một môi trường nơi các tinh thể có thể phát triển với ít khiếm khuyết nhất.”
Để thử ý tưởng này, một cuộc điều tra đang thử nghiệm các phương pháp khác nhau để phát triển tinh thể MnSOD qua nhiều tuần và nhiều tháng trên trạm. Sau khi tàu vũ trụ tiếp tế SpaceX đến nơi, các hộp đệm chứa đầy lọ dung dịch nuôi tinh thể MnSOD đã được tháo ra từ tàu chở hàng Dragon và đặt trong tủ khóa EXPRESS bên trong phòng thí nghiệm quỹ đạo để cách ly chúng khỏi các rung động có thể. Các lọ chứa các công thức khác nhau của dung dịch sẽ bắt đầu phát triển các tinh thể ở các thời điểm khác nhau.
Borgstahl nói: “Một nửa trong số các lọ thuốc sẽ phát triển tinh thể sau khi đến trạm trong vòng 30 ngày. Một nửa còn lại sẽ mất vài tháng để phát triển. Chúng tôi sẽ xem cách tiếp cận nào hiệu quả nhất.”
Khi các tinh thể đã sẵn sàng, chúng sẽ được đưa trở lại Trái đất trong các chuyến bay sau. Azadmanesh sau đó sẽ đưa các tinh thể tốt nhất đến Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge ở Tennessee và phân tích cấu trúc nguyên tử MnSODs bằng cách sử dụng thiết bị tinh thể học cơ sở. Kết quả phân tích của ông sẽ được sử dụng trong các ứng dụng y tế và chia sẻ với các nhà nghiên cứu khác để giúp giải thích cách thức hoạt động của MnSOD và có khả năng tạo ra các phương pháp để giúp các phi hành đoàn trên không gian, xử lý các mối nguy liên quan đến bức xạ và đảm bảo sức khỏe trong nhiệm vụ của họ.
Câu trả lời có thể đến từ cách cơ thể chúng ta đang đối phó với bức xạ vũ trụ cường độ thấp vốn đi xuyên qua bầu khí quyển và tiếp cận chúng ta trên Trái Đất. Khả năng bảo vệ hay sức đề kháng đến từ một loại protein tự nhiên trong tế bào của chúng ta gọi là mangan superoxide effutase (MnSOD), có vai trò phân tách các ROS thành các hợp chất lành tính hơn mà cơ thể chúng ta có thể xử lý một cách an toàn.
Nhật Quang (theo NASA)