Trong quá trình khám phá những khái niệm phức tạp của sinh học hiện đại, tôi đã tình cờ gặp bộ ba thuật ngữ “in vivo, in vitro, in silico”. Chúng không chỉ là những khái niệm trừu tượng, mà còn là chìa khóa để lý giải sự trỗi dậy mạnh mẽ của sinh học trong thế kỷ 21, cho phép chúng ta giải thích, dự đoán và thậm chí mô phỏng các hiện tượng sinh học từ phòng thí nghiệm đến thế giới máy tính.
Tôi bắt gặp những thuật ngữ này lần đầu tiên trong một tờ rơi quảng cáo hội nghị về small RNA tại IMBA, với khẩu hiệu hấp dẫn “in vivo, in vitro, in situ, in silico, in Vienna…”. Quá trình tìm hiểu ý nghĩa của chúng đã giúp tôi trả lời những câu hỏi mà mình tự đặt ra về khả năng của sinh học hiện đại. Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào ba thuật ngữ quan trọng nhất: in vivo, in vitro và in silico, bỏ qua “in situ” vì cho rằng nó là một giai đoạn trung gian ít hấp dẫn hơn.
Khi tìm kiếm định nghĩa trên Google, tôi nhận thấy những giải thích còn khá trừu tượng, đặc biệt là thiếu các ví dụ điển hình. Wikipedia cung cấp các định nghĩa sau:
- In vivo: (tiếng Latinh nghĩa là “bên trong cơ thể sống”) đề cập đến các thí nghiệm sử dụng toàn bộ cơ thể sống, trái ngược với một phần cơ thể đã chết hoặc môi trường kiểm soát in vitro.
- In vitro: (tiếng Latinh nghĩa là “bên trong ống nghiệm”) đề cập đến kỹ thuật thực hiện một quy trình cụ thể trong môi trường được kiểm soát bên ngoài cơ thể sống.
- In silico: là một cách diễn đạt có nghĩa là “được thực hiện trên máy tính hoặc thông qua mô phỏng máy tính”.
Một ví dụ điển hình có đoạn: “Mục tiêu tái tạo các quá trình sinh lý không chỉ in vivo (trong cơ thể sống) và in vitro (trong ống nghiệm), mà còn in silico (trong máy tính), đã đến gần hơn”. Ví dụ này phản ánh được ý nghĩa của ba thuật ngữ trong một ngữ cảnh chung.
Để hiểu rõ hơn, tôi đã thảo luận với một đồng nghiệp làm việc trong phòng thí nghiệm sinh học. Tôi nhận ra rằng dự án mà chúng tôi đang thực hiện cũng bao gồm cả ba yếu tố này. Tóm tắt dự án của chúng tôi như sau: phòng thí nghiệm của chúng tôi nghiên cứu về việc duy trì sự im lặng của gen phiên mã (transcriptional gene silencing) (polypoidisation, sự nhân lên của các bổ thể nhiễm sắc thể, một hiện tượng khá phổ biến ở thực vật bậc cao) trong Arabidopsis bằng cách sử dụng transgene kháng hygromycin (HPT, một loại chất độc hại cho sự phát triển của thực vật; phòng thí nghiệm của chúng tôi là một trong số ít nơi trên thế giới nghiên cứu về sự thay đổi kiểu hình của thực vật sau khi xử lý HPT). Kết quả hiện tại khá hứa hẹn.
-
In vivo: Phòng thí nghiệm của tôi nuôi một quần thể lớn thực vật trong điều kiện tự nhiên, sau đó chiết xuất mRNA và sử dụng phương pháp qPCR để khuếch đại sự thay đổi của các hoạt động gen mà chúng tôi quan tâm.
-
In vitro: Sau khi xử lý HPT, phòng thí nghiệm của tôi tạo ra một số đột biến (vài trăm dòng), sau đó lai chúng để tạo ra vài thế hệ để theo dõi sự thay đổi từ polyploidisation đến tetraploidisation.
-
In silico: Đây là giai đoạn tôi tham gia. Chúng tôi có một số (hơn 10) arrays về dữ liệu microarrays, kết hợp với các available dataset, chúng tôi dùng các phương pháp xác định các genes mà expessions của nó thay đổi (statistically significant), đây là task quan trọng nhất sau đó với các kỹ thuật xác suất khác.
Hai bài thuyết trình này cung cấp thêm một vài ví dụ về “in vivo, in vitro, in silico” trong cùng một câu chuyện sinh học.
Vậy “in vivo, in vitro, in silico” trong khoa học máy tính là gì? Có lẽ là một phương pháp tiên phong để giải quyết một bài toán NP với chứng minh lý thuyết đầy đủ, phương pháp đó với một vài sửa đổi để áp dụng giải bài toán ứng dụng khác, và với phương pháp này được dữ liệu simulation chứng tỏ hơn các phương pháp khác.
Tóm lại, “in vivo, in vitro, in silico” là bộ ba khái niệm thể hiện sự tiến bộ vượt bậc của sinh học hiện đại. Chúng cho phép các nhà khoa học nghiên cứu các hiện tượng sinh học ở nhiều cấp độ khác nhau, từ cơ thể sống đến ống nghiệm và mô phỏng máy tính, mở ra những cánh cửa mới cho việc khám phá và ứng dụng trong lĩnh vực này.