Chương 10 Uống hai nguyên tố và sáng mai gọi tôi

Bảng tuần hoàn là một thứ “tiền hậu bất nhất”, và những nguyên tố độc hại ra mặt như “hành lang độc” vẫn còn rất dễ hiểu so với hầu hết các nguyên tố khác. Các nguyên tố ít được biết tới gây ra những thứ khó nắm bắt bên trong cơ thể: thường là xấu, nhưng đôi khi cũng tốt. Tùy từng trường hợp, một nguyên tố có thể là độc dược hoặc cũng có thể là liều thuốc cải tử hoàn sinh. Các nguyên tố được chuyển hóa theo cách bất ngờ có thể mang đến những công cụ chẩn bệnh mới. Dược tính của các nguyên tố thậm chí có thể cho ta thấy cơ chế hình thành sự sống từ những mảnh vụn hóa học vô tri của bảng tuần hoàn.

Một số nguyên tố đã xác lập danh tiếng trong vai trò là thuốc từ rất lâu rồi. Các tướng lĩnh La Mã được cho là có sức khỏe tốt hơn binh sĩ vì họ dùng bữa bằng đĩa bạc. Và mặc dù tiền xu chẳng có tác dụng gì tại những nơi hoang dã, hầu hết các gia đình châu Âu đi khai hoang châu Mỹ trước đây đều có ít nhất một đồng xu bạc xịn đồng hành trong chuyến rong ruổi trên xe ngựa Conestoga. Đồng xu nắm dưới đáy bình sữa, nhằm giữ sữa không bị hỏng chứ chẳng phải giấu giếm gì. Nhà thiên văn học nổi tiếng Tycho Brahe – bị xẻo mất mũi vì quyết đấu khi say xỉn vào năm 1566 trong một phòng tiệc có ánh đèn lờ mờ – thậm chí còn được cho là đã đặt làm một chiếc mũi bạc để thay cho chiếc mũi cũ. Bạc là thứ đồ trang sức thời thượng, và quan trọng hơn là có thể giảm nhiễm trùng. Hạn chế duy nhất là màu bạc đặc hữu đã khiến Brahe phải mang theo phấn nền để bôi lên chiếc mũi giả đó.

Các nhà khảo cổ học hiếu kỳ sau này đã khai quật mộ của Brahe và tìm thấy một lớp màu xanh lá cây ở phía trước hộp sọ của ông – nghĩa là Brahe không mang mũi bạc, mà mang mũi đồng nhẹ và rẻ tiền hơn.* (Hoặc có thể ông đã thay mũi tùy theo người mà mình sẽ gặp, giống như thay bông tai.) Nhưng dù là đồng hay bạc thì ý nghĩa của câu chuyện cũng không khác nhiều. Mặc dù cả hai “phương thuốc dân gian” này đã không còn được sử dụng từ lâu, nhưng khoa học ngày nay đã xác nhận rằng các nguyên tố này có khả năng diệt khuẩn. Bạc quá đắt để sử dụng hằng ngày, nhưng ống đồng là tiêu chuẩn an toàn không thể thiếu trong các tòa nhà ngày nay. Đồng bắt đầu sự nghiệp vì sức khỏe cộng đồng vào khoảng tháng bảy năm 1976, khi một bệnh dịch bùng phát từ một khách sạn ở Philadelphia. Vi khuẩn chưa từng thấy này len lỏi theo đường thông khí ẩm ướt của hệ thống điều hòa không khí, sinh sôi và theo luồng khí lạnh tràn qua các khe điều hòa. Chỉ trong vài ngày, hàng trăm người tại khách sạn đã bị “cúm” và có 34 người thiệt mạng. Khi ấy, khách sạn này đang cho một nhóm cựu binh lê dương Mỹ (American Legion) thuê trung tâm hội nghị; nên dù không phải mọi nạn nhân đều là lính nhưng bệnh này vẫn được gọi là bệnh Lê dương (Legionnaires) .

Các đạo luật được đưa ra nhằm đối phó bệnh dịch yêu cầu làm sạch hệ thống ống nước và điều hòa không khí. Đồng đã chứng minh rằng nó là cách đơn giản nhất và rẻ nhất để cải thiện tình hình. Nếu vi khuẩn, nấm hoặc tảo di chuyển trên một thứ làm bằng đồng, chúng sẽ hấp thụ các nguyên tử đồng. Sự trao đổi chất của các tế bào đã hấp thụ đồng sẽ bị phá vỡ (tế bào người không bị ảnh hưởng) và giết chết vi khuẩn sau vài giờ. Hiệu ứng “tự khử trùng” (oligodynamic) này giúp kim loại ít vi trùng hơn gỗ hay nhựa. Đây là lý do chúng ta có các tay nắm cửa bằng đồng và thanh chắn kim loại ở nơi công cộng. Nó cũng giải thích lý do tại sao hầu hết đồng xu được xử lý cẩn thận ở Mỹ lại chứa tới 90% đồng hoặc được tráng đồng* (như đồng xu một cent). Ống đồng trong hệ thống điều hòa cũng giúp làm sạch những vi khuẩn khó chịu ẩn nấp ở đó.

Vanadi (nguyên tố thứ 23) cũng có hiệu quả sát khuẩn tương tự nhưng kém hơn đôi chút. Nó còn có tác dụng phụ khá kỳ lạ ở nam giới: vanadi là chất diệt tinh trùng tốt nhất từng được phát minh. Hầu hết các chất diệt tinh trùng đều hòa tan lớp màng chất béo bao quanh tế bào tinh trùng và khiến chúng hoàn toàn tan rã. Không may là mọi tế bào đều có màng chất béo, nên chất diệt tinh trùng thường gây kích ứng niêm mạc âm đạo và khiến phụ nữ dễ bị nhiễm trùng nấm. Chuyện này không vui chút nào. Vanadi thì tránh hòa tan vô tội vạ mà chỉ đơn giản làm rụng đuôi tinh trùng và khiến chúng bơi vòng như những chiếc thuyền lẻ mái.*

Vanadi đã không được thương mại hóa dưới dạng thuốc diệt tinh trùng, vì biết một loại thuốc hay nguyên tố cho tác dụng mong muốn trong phòng thí nghiệm và biết cách tận dụng tác dụng này để làm ra loại thuốc an toàn với con người là hai việc rất khác nhau. Và đây là một điều hiển nhiên trong y học. Tuy dược tính là vậy nhưng khả năng chuyển hóa sinh học của nguyên tố vanadi vẫn chưa rõ ràng. Ngoài ra, khả năng điều hòa đường huyết của nó vẫn còn là một bí ẩn. Vậy nên dù có độc tính nhẹ, nước giàu vanadi từ các con suối của núi Phú Sĩ vẫn được quảng cáo là có tác dụng chữa bệnh tiểu đường (như vài trang web tuyên bố).

Một số nguyên tố cũng chuyển mình thành những loại thuốc hiệu quả, như nguyên tố gadolini từng bị coi là vô dụng nay đã trở thành một loại thuốc diệt ung thư tiềm năng. Giá trị của gadolini đến từ nhiều electron chưa ghép đôi. Dù luôn sẵn sàng liên kết với electron của các nguyên tử khác, electron trong cùng một nguyên tử lại “xa cách” nhau hết mức có thể. Hãy nhớ rằng electron tồn tại trong các lớp và mỗi lớp tiếp tục chia thành các orbital, mỗi orbital chứa tối đa hai electron. Thật kỳ lạ, cách các electron lấp đầy orbital cũng giống như cách hành khách tìm chỗ ngồi trên xe buýt: mỗi electron tự “ngồi” vào một orbital cho đến khi buộc phải ghép cặp với một electron khác.* Kể cả khi đó, chúng vẫn rất “kén cá chọn canh”: hai electron trong cùng một orbital luôn có spin ngược nhau. Spin là thuộc tính liên quan đến từ trường của electron. Liên hệ electron, spin và từ tính có vẻ kỳ lạ nhưng các hạt tích điện có spin luôn có từ trường vĩnh cửu, giống như những Trái Đất tí hon vậy. Khi hai electron có spin ngược chiều ghép đôi với nhau, từ trường của chúng sẽ tự triệt tiêu nhau.

Gadolini là một nguyên tố nằm ở giữa các nguyên tố đất hiếm và có số lượng electron chưa ghép đôi lớn nhất. Số lượng lớn electron chưa ghép đôi này cho phép gadolini có khả năng từ hóa mạnh hơn bất kỳ nguyên tố nào khác. Một tính năng tuyệt vời để chụp cộng hưởng từ (MRI). Máy MRI hoạt động bằng cách dùng nam châm cực mạnh để từ hóa nhẹ mô trong cơ thể, sau đó ngắt các nam châm. Khi tắt nam châm, các mô sẽ thư giãn, tự định hướng lại một cách ngẫu nhiên và trở nên vô hình với từ trường. Gadolini có từ tính cao nên mất nhiều thời gian hơn để thư giãn, và máy MRI nhận ra sự khác biệt đó. Bằng cách thêm gadolini vào các chất tìm kiếm khối u – chất chỉ tìm kiếm và liên kết với các khối u – bác sĩ có thể xác định được khối u khi quét MRI. Về cơ bản, gadolini tạo ra sự tương phản giữa khối u và mô bình thường; khối u sẽ nổi bật như một hòn đảo trắng trong biển mô màu xám hoặc như một đám mây đen trên bầu trời trắng sáng (tùy máy).

Gadolini còn có thể làm được nhiều điều hơn là chỉ chẩn đoán khối u. Nó có thể giúp các bác sĩ tiêu diệt những khối u đó bằng bức xạ mạnh. Các electron chưa ghép đôi cho phép gadolini hấp thụ các neutron mà mô bình thường không thể hấp thụ tốt. Việc hấp thụ neutron biến gadolini thành chất phóng xạ, và sẽ phá hủy các mô xung quanh khi phân rã. Thường thì kích hoạt những “quả bom hạt nhân nano” như vậy bên trong cơ thể không phải là điều tốt, nhưng nếu các bác sĩ có thể khiến các khối u hấp thụ gadolini thì đây là cách lấy độc trị độc hiệu quả. Thêm nữa, gadolini cũng ức chế các protein sửa chữa ADN của tế bào ung thư, khiến chúng không thể xây dựng lại nhiễm sắc thể đã hỏng của mình. Bất cứ ai từng bị ung thư đều có thể chứng thực rằng gadolini nồng độ cao sẽ tiêu diệt tế bào bệnh hiệu quả hơn hóa trị và xạ trị bình thường (tiêu diệt cả tế bào ung thư lẫn tế bào lành xung quanh) rất nhiều. Trong khi hai kỹ thuật kia như bom cháy, một ngày nào đó, gadolini có thể cho phép các bác sĩ chữa trị ung thư mà không cần phẫu thuật.*

Điều này không có nghĩa nguyên tố thứ 64 là thuốc tiên. Các nguyên tố thường sẽ có một số tác dụng không mong muốn trong cơ thể, và gadolini cũng có tác dụng phụ như bất kỳ nguyên tố nào mà chúng ta không tiêu thụ thường xuyên. Một số bệnh nhân không thể thải nó ra khỏi cơ thể và gặp phải các vấn đề về thận. Nhiều người khác cho biết nó khiến cơ bắp họ cứng như khi mới chết, da đanh lại như da thuộc (gây khó thở ở một số trường hợp). Có vẻ có một cộng đồng mạng đông đảo cho rằng uống gadolini khi chụp MRI đã hủy hoại sức khỏe của họ.

Và như một điều hết sức hiển nhiên, Internet là nơi thú vị để tìm hiểu những tuyên bố chung chung về các nguyên tố chữa bệnh ít người biết. Hầu hết mọi nguyên tố không phải là kim loại độc (thỉnh thoảng cả những nguyên tố có độc) được một số trang web y học thay thế rao bán như thực phẩm chức năng.* Cũng chẳng ngẫu nhiên khi bạn thấy các công ty luật chuyên về thương tích cá nhân trên Internet sẵn sàng kiện mọi pháp nhân vì đã khiến thân chủ của mình phơi nhiễm với gần như mọi nguyên tố. Dường như thông điệp của những “bậc thầy sức khỏe” đã lan truyền sâu rộng hơn giới luật gia, nên các nguyên tố chữa bệnh (như viên ngậm kẽm) ngày một phổ biến hơn, đặc biệt khi chúng là phương thuốc dân gian. Trong một thế kỷ qua, thuốc kê theo toa của bác sĩ đã dần thay thế các phương thuốc dân gian; nhưng niềm tin sa sút với thuốc Tây đã khiến một số người quay lại tự kê các “phương thuốc” như bạc.*

Nói đi cũng phải nói lại, việc dùng bạc không hẳn là không có căn cứ khoa học, vì nó cũng có tác dụng tự khử trùng tương tự đồng. Điều khác biệt là hợp chất chứa bạc sẽ khiến da bạn chuyển thành màu xanh lam vĩnh viễn nếu nuốt phải. Nghe đã tệ, sự thật còn tệ hơn. “Da xanh” chỉ là cách nói rất giản lược mà thôi. Nó có thể khiến mọi người liên tưởng tới màu lam neon vui nhộn, nhưng thực ra thì những xác sống Xì Trum xám ngoét xanh lè ghê rợn mới là hình ảnh chính xác.

Rất may là căn bệnh argyria (bệnh sạm da do bạc) này không nguy hiểm tới tính mạng và không làm tổn thương nội tạng. Đầu thế kỷ 20, một người đàn ông thậm chí còn kiếm sống trong gánh tạp kỹ nhờ làn da xanh của mình sau khi dùng bạc nitrat quá liều để chữa bệnh giang mai (và cách này không hiệu quả). Thời nay, Stan Jones – một người theo chủ nghĩa sinh tồn, đảng viên Đảng Tự Do – đến từ Montana đã chạy đua vào Thượng viện Mỹ vào năm 2002 và 2006, bất chấp màu da xanh kỳ lạ của mình. Quá trình này đã đem lại cho Jones và cả giới truyền thông nhiều niềm vui. Khi được hỏi về cảm nhận của bản thân khi bị trẻ em và người lớn trên đường chỉ trỏ, ông điềm nhiên trả lời “tôi nói với họ rằng mình đang thử trang điểm cho Halloween”.

Jones cũng vui vẻ giải thích về cách mình nhiễm bệnh argyria. Nghe phong thanh được về các thuyết âm mưu, Jones đã bị ám ảnh với sự cố máy tính Y2K 1 từ năm 1995, đặc biệt là khả năng thiếu kháng sinh trong thảm họa cận kề ấy. Ông tin rằng hệ miễn dịch của mình nên được chuẩn bị sẵn sàng, và bắt đầu điều chế một loại rượu lậu chứa bạc tại nhà bằng cách nhúng pin 9 volt quấn dây bạc vào bồn nước. Ngay cả những người có niềm đam mê bạc mãnh liệt cũng không khuyến khích phương thức này, vì dòng điện mạnh cỡ đó sẽ hòa tan cực nhiều ion bạc vào nước. Jones uống dung dịch đặc biệt ấy đều đặn suốt bốn năm rưỡi và chỉ dừng lại vào tháng 1 năm 2000, khi Y2K không xảy ra.

1 . Y2K là tên gọi dùng để chỉ sự cố máy tính diễn ra vào thời khắc đầu tiên bước sang năm 2000. Nhiều dự báo bi quan được đưa ra như hệ thống máy tính sẽ sụp đổ hoàn toàn, hệ thống giao thông ngưng trệ, ngân hàng, chính phủ, các tập đoàn sản xuất và những nơi sử dụng máy tính vào quản lý công việc sẽ phải đóng cửa. (BTV)

Bất chấp sự ngờ nghệch ấy và mặc dù bị trêu chọc trong suốt các chiến dịch tranh cử vào Thượng viện Mỹ, Jones vẫn không hề hối hận. Ông chắc chắn không tranh cử để thức tỉnh Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm – với phong cách của chủ nghĩa tự do, chỉ can thiệp khi các phương pháp chữa trị gây ra tác hại cấp tính hay hứa hẹn viển vông. Một năm sau khi thua cuộc trong kỳ bầu cử năm 2002, Jones đã phát biểu với một tạp chí quốc gia của Mỹ: “Dùng [bạc] quá liều là lỗi của tôi, nhưng tôi vẫn tin đó là loại kháng sinh tốt nhất thế giới. Nếu nước Mỹ bị tấn công bởi vũ khí sinh học, hoặc bản thân mắc bất kỳ loại bệnh nào, tôi sẽ lập tức dùng lại nó. Chỉ cần được sống thì da chuyển sang màu tím cũng chẳng sá gì.”

Bất chấp lời khuyên của Stan Jones, các loại thuốc tốt nhất ngày nay vẫn ở dạng hợp chất chứ không phải là đơn chất. Tuy nhiên, một số nguyên tố lại có vai trò lớn trong lịch sử y dược hiện đại. Chúng chủ yếu liên quan tới những người hùng khoa học lặng lẽ giống như Gerhard Domagk, nhưng lại bắt đầu từ Louis Pasteur và khám phá kỳ lạ về một tính chất cơ bản của các phân tử sinh học gọi là “tính thuận” (handedness) có trong mọi sinh vật sống.

Lạ thay, trong khi đa phần chúng ta xem ra đều thuận tay phải thì thực ra lại không. Các amino axit trong mọi protein của cơ thể bạn đều có khuynh hướng thuận trái. Trên thực tế, hầu hết protein trong các dạng sống từng tồn tại trên Trái Đất đều thuận trái. Nếu giới sinh học thiên văn tìm thấy một vi khuẩn trên sao băng hoặc vệ tinh của Sao Mộc, thì gần như chắc chắn rằng họ sẽ kiểm tra tính thuận trong các protein của nó đầu tiên. Nếu các protein thuận trái, nhiều khả năng là vi khuẩn đó bắt nguồn từ Trái Đất. Nếu thuận phải thì đó chắc chắn là sự sống ngoài hành tinh.

Pasteur nhận ra tính thuận này vì sự nghiệp nghiên cứu các mảnh nhỏ của sự sống của ông bắt đầu với tư cách là một nhà hóa học. Năm 1849, ở tuổi 26, ông được một nhà máy rượu đề nghị nghiên cứu axit tactric – một chất thải vô hại trong quy trình sản xuất rượu vang. Hạt nho và thân nấm men phân hủy thành axit tactric dạng tinh thể trong cặn của thùng rượu. Loại axit tactric lên men tự nhiên từ nấm men này có một tính chất thú vị. Nếu hòa nó vào nước và chiếu một tia sáng phân cực qua dung dịch, thì tia sáng sẽ quay thuận chiều kim đồng hồ theo phương thẳng đứng (giống như quay mặt số của điện thoại bàn cổ). Axit tactric nhân tạo trong công nghiệp hoàn toàn không có tính chất ấy: tia sáng phân cực chiếu vào nó sẽ đi thẳng từ dưới lên trên. Pasteur muốn tìm ra nguyên nhân.

Ông cho rằng điều này không liên quan gì đến thành phần và tính chất hóa học vốn giống hệt nhau của hai loại axit tactric này. Chỉ khi soi các tinh thể dưới kính lúp, ông mới nhận thấy sự khác biệt. Các tinh thể axit tactric tự nhiên từ nấm men đều thuận trái, giống như những nắm tay trái nhỏ bị đứt lìa vậy. Axit tactric nhân tạo trong công nghiệp thuận cả trái và phải. Bị hiện tượng này hấp dẫn, Pasteur bắt đầu việc tẻ nhạt ngoài sức tưởng tượng là dùng nhíp gắp riêng các tinh thể thuận trái và thuận phải nhỏ như hạt muối ra khỏi nhau. Sau đó, ông hòa tan từng loại vào nước và thử với nhiều chùm sáng. Đúng như ông nghi ngờ, tinh thể axit tactric sinh ra từ nấm men khiến ánh sáng phân cực chiếu vào quay theo chiều kim đồng hồ, còn tinh thể thuận phải khiến ánh sáng phân cực quay theo chiều ngược lại (độ lớn của các góc này đều bằng nhau).

Pasteur đề cập đến những kết quả này với người thầy Jean Baptiste Biot, người mà trước đó đã phát hiện ra một số hợp chất có thể làm quay ánh sáng. Biot yêu cầu Pasteur làm lại thí nghiệm này và đã vỡ òa trước sự tráng lệ của nó. Pasteur đã chỉ ra rằng hai loại axit tactric này giống hệt nhau về bản chất, nhưng có tính thuận khác nhau. Quan trọng hơn, Pasteur sau đó đã mở rộng ý tưởng này và cho thấy tự nhiên có sự thiên vị mạnh mẽ với các phân tử chỉ thuận một bên, hay còn gọi là “thủ tính” ( chirality ).*

Sau này Pasteur thừa nhận rằng ông đã gặp may với công trình tuyệt vời này; vì không như hầu hết phân tử, thủ tính của axit tactric rất dễ phát hiện. Và dù không ai lường trước được mối liên hệ giữa thủ tính và ánh sáng phân cực, Pasteur đã có người thầy Biot hướng dẫn trong các thí nghiệm quang học cần thiết. Trùng hợp là ngay cả thời tiết cũng ủng hộ ông. Khi chuẩn bị axit tactric nhân tạo, Pasteur đã làm mát nó trên bệ cửa sổ. Loại axit này chỉ phân tách thành các tinh thể thuận trái và thuận phải ở dưới 26°C, và ông sẽ không bao giờ phát hiện ra thủ tính nếu trời ấm hơn. Tuy nhiên, Pasteur biết rằng may mắn chỉ là một phần trong thành công của mình. Như chính ông từng nói: “Cơ hội chỉ đến với trí tuệ chuyên cần.”

Pasteur đã có đủ kỹ năng để đón nhận những “may mắn” trong suốt cuộc đời mình. Dù không phải là người đầu tiên, nhưng ông đã thực hiện thí nghiệm với nước thịt trong các bình vô trùng và bác bỏ sự tồn tại của “nguyên tố sinh lực” trong không khí một cách hùng hồn. Không thế lực siêu nhiên nào có thể hồi sinh vật chất đã chết. Sự sống chỉ được tạo nên từ các nguyên tố trên bảng tuần hoàn, dù đây vẫn còn là bí ẩn. Pasteur cũng phát triển quá trình thanh trùng: tiêu diệt các mầm bệnh truyền nhiễm trong sữa nhờ gia nhiệt. Thành tựu lẫy lừng nhất của ông lúc bấy giờ là cứu sống một cậu bé bằng vaccine bệnh dại, và được nước Pháp tôn vinh là anh hùng dân tộc. Dựa vào danh tiếng đó, ông mở viện nghiên cứu mang tên mình ở ngoại ô Paris để tiếp tục phát triển lý thuyết mang tính cách mạng về mầm bệnh của mình.

Không phải ngẫu nhiên mà vào những năm 1930, một số nhà khoa học cay độc tại Viện Pasteur đã tìm ra cơ chế hoạt động của loại kháng sinh nhân tạo đầu tiên và “tròng thêm ách lên cổ” truyền nhân của Pasteur: Gerhard Domagk – nhà vi trùng học vĩ đại thời đó.

Đầu tháng 12 năm 1935, con gái Hildegard của Domagk đã trượt chân ngã cầu thang tại nhà ở Wuppertal (Đức), chiếc kim khâu trên tay đâm ngược vào tay, rồi gãy và yên vị trong đó. Một bác sĩ đã gắp mảnh kim gãy ra, nhưng vài ngày sau, Hildegard vẫn lờ đờ, sốt cao và nhiễm liên cầu khuẩn nghiêm trọng trên toàn cánh tay. Khi tình trạng của con gái ngày càng tồi tệ, Domagk đau lòng cực độ bởi ông biết rõ rằng những bệnh nhiễm trùng như vậy sẽ dẫn tới cái chết đau đớn. Một khi vi khuẩn bắt đầu sinh sôi, không loại thuốc nào ngăn được chúng.

Ngoại trừ một loại thuốc, hay đúng hơn nó chỉ là một loại thuốc “có thể sẽ hữu dụng”. Đó thực ra là một loại thuốc nhuộm công nghiệp màu đỏ mà Domagk âm thầm thử nghiệm trong phòng thí nghiệm trước đó. Ngày 20/12/1932, ông đã tiêm lượng liên cầu khuẩn cao gấp mười lần mức gây tử vong vào một lứa chuột, rồi làm tương tự với một lứa khác. Sau 90 phút, ông tiêm tiếp thuốc nhuộm công nghiệp prontosil vào lứa thứ hai. Vào đêm Giáng sinh, Domagk – lúc đó chỉ là một nhà hóa học không có gì nổi bật – đã quay lại phòng thí nghiệm của mình để xem xét. Tất cả chuột trong lứa thứ hai đều sống. Lứa đầu tiên đã chết hết.

Đó không phải điều duy nhất mà Domagk đắn đo trong lúc ông thức trông con gái mình. Prontosil là phân tử hữu cơ chứa vòng benzen cùng một nguyên tử lưu huỳnh (điều này có chút bất thường) với đặc tính không thể đoán trước. Người Đức lúc bấy giờ có niềm tin hơi lạ lùng rằng thuốc nhuộm giết chết các vi khuẩn bằng cách nhuộm sai màu cho các cơ quan quan trọng của chúng. Nhưng prontosil lại không hiệu quả với vi khuẩn trong ống nghiệm dù nó giết được vi khuẩn ở chuột. Các vi khuẩn trong ống nghiệm vẫn thản nhiên bơi tung tăng trong màu đỏ. Không ai biết nguyên nhân của hiện tượng này; thế nên nhiều bác sĩ châu Âu phản đối và bài xích phương pháp “hóa trị liệu” này của người Đức, cho rằng nó kém xa cách điều trị nhiễm trùng bằng phẫu thuật. Thực ra thì ngay bản thân Domagk cũng không mấy tin tưởng vào loại thuốc của mình. Từ thí nghiệm trên chuột vào năm 1932 đến khi Hidegard gặp tai nạn, các thử nghiệm lâm sàng tạm thời ở người diễn ra tốt đẹp, nhưng đôi khi vẫn có tác dụng phụ nghiêm trọng (chưa kể đến chuyện nó khiến mặt bệnh nhân đỏ như tôm luộc). Vì mục đích cao cả, Domagk sẵn sàng chấp nhận sự thật rằng bệnh nhân thử nghiệm lâm sàng có thể thiệt mạng bất cứ lúc nào; nhưng ông không đành lòng mạo hiểm với mạng sống của chính con gái mình.

Domagk thấy mình đang ở trong tình huống tiến thoái lưỡng nan hệt như Pasteur 50 năm trước, khi một bà mẹ đưa con trai bị chó dại cắn đến Viện Pasteur ở Pháp. Cậu bé gần như không thể đi được nữa. Pasteur đã tiêm vaccine bệnh dại mới chỉ thử nghiệm trên động vật vào cơ thể bệnh nhân này và cậu bé đã sống.* Pasteur lúc đó vẫn chưa được cấp phép hành nghề bác sĩ, và sẽ đối mặt nguy cơ bị truy tố hình sự nếu thất bại. Còn nếu Domagk thất bại, ông sẽ phải chịu thêm nỗi dằn vặt khi chính tay hại chết con gái mình. Nhưng khi tình trạng của Hildegard mỗi lúc một tệ hơn thì ông càng lúc càng bị ám ảnh bởi ký ức về hai chuồng chuột trong đêm Giáng sinh: một chuồng đầy những con còn sống và đang mải ăn, chuồng kia thì im ắng. Khi bác sĩ của Hildegard tuyên bố sẽ phải cắt bỏ cánh tay cô, Domagk không thể do dự được nữa. Ông vi phạm hầu hết quy tắc nghiên cứu để lén lấy một số liều thuốc thử nghiệm từ phòng thí nghiệm và tiêm thứ chất lỏng có màu máu cho con gái.

Ban đầu, tình trạng của Hildegard xấu đi: cơn sốt tăng vọt và mê man trong vài tuần sau đó, nhưng cô đột nhiên ổn định đúng ba năm sau thí nghiệm trên chuột của cha mình. Cô vẫn sống với hai cánh tay còn nguyên vẹn.

Dù rất phấn khích, nhưng Domagk không đề cập đến thí nghiệm bí mật của mình với các đồng nghiệp để không làm sai lệch kết quả của các bệnh nhân thử nghiệm lâm sàng. Nhưng dù không hề hay tin về Hildegard, đồng nghiệp vẫn biết rằng Domagk đã đạt được một bước đột phá vĩ đại: thuốc kháng sinh nhân tạo đầu tiên. Vai trò của loại thuốc này không hề bị thổi phồng một chút nào. Thời Domagk đã có nhiều nhiều lĩnh vực hiện đại hóa: vận chuyển liên lục địa bằng tàu hỏa và liên lạc quốc tế nhanh chóng qua điện báo. Nhưng điều còn thiếu là hy vọng sống sót trước những bệnh nhiễm trùng, dù là thông thường nhất. Có prontosil, loại bệnh tàn phá loài người từ buổi đầu của lịch sử dường như đã bị chinh phục, thậm chí có thể bị xóa sổ hoàn toàn. Câu hỏi duy nhất còn lại là prontosil hoạt động như thế nào.

Để giải thích điều này, tôi phải xin lỗi độc giả trước. Tôi ghét phải nói rằng quy tắc bát tử có những trường hợp ngoại lệ sau khi đã trình bày chi tiết về tính thiết thực của nó trong các phần trước, và prontosil có được khả năng kháng sinh chính là nhờ vi phạm quy tắc ấy. Cụ thể thì khi được bao quanh bởi nguyên tử của các nguyên tố hoạt động hóa học mạnh, lưu huỳnh sẽ dùng cả 6 electron ở lớp ngoài cùng để tham gia liên kết với chúng và nâng tổng số electron trong các liên kết đó lên 12 chứ không phải 8. Trong trường hợp prontosil, lưu huỳnh chia sẻ một electron với cacbon của vòng benzen, một electron với nitơ và hai electron với mỗi (trong hai) nguyên tử oxy tham lam. Sáu liên kết này có tổng cộng là 12 electron. Chỉ lưu huỳnh mới làm được điều này. Lưu huỳnh nằm ở chu kỳ ba của bảng tuần hoàn nên đủ lớn để nhận nhiều hơn 8 electron, qua đó gắn kết tất cả những phần quan trọng trong prontosil với nhau; và vẫn đủ nhỏ để mọi thứ vừa vào trong sắp xếp không gian ba chiều.

Vốn là một nhà vi khuẩn học và không rành về hóa học, Domagk cuối cùng đã quyết định công bố kết quả của mình để các nhà khoa học khác giúp ông tìm ra cách thức prontosil hoạt động. Nhưng prontosil gặp phải những trở ngại thương mại nhạy cảm. Công ty hóa chất I.G. Farbenindustrie (nơi sản xuất Zyklon B của Fritz Haber sau này) mà Domagk làm việc đã bán prontosil ra thị trường dưới danh nghĩa thuốc nhuộm, nhưng họ lại nộp đơn xin gia hạn bằng sáng chế dưới danh nghĩa dược phẩm ngay sau Giáng sinh năm 1932. Khi bằng chứng lâm sàng cho thấy thuốc hoạt động tốt ở người, IGF càng tích cực giữ chặt quyền sở hữu trí tuệ với protosil dược phẩm. Domagk muốn công bố kết quả của mình, nhưng công ty đã buộc ông phải trì hoãn đến khi bằng sáng chế prontosil dược phẩm được thông qua. Điều này khiến Domagk và IGF bị chỉ trích, vì trong khi các luật sư còn đang mải tranh luận thì nhiều người vẫn tiếp tục chết vì nhiễm trùng. Sau đó, IGF đã để Domagk xuất bản công trình trên một tạp chí ít người biết và viết bằng tiếng Đức, nhằm ngăn các công ty khác tìm hiểu về prontosil.

Bất chấp sự đề phòng và lời hứa hẹn rằng prontosil sẽ làm nên cách mạng y học, thuốc đã thất bại khi tung ra thị trường. Các bác sĩ nước ngoài tiếp tục bài xích và nhiều người không tin rằng nó hiệu quả. Mãi cho đến khi thuốc cứu được Franklin Delano Roosevelt Jr. khỏi bệnh viêm họng liên cầu khuẩn nghiêm trọng vào năm 1936 và được giật tít trên The New York Times , prontosil và nguyên tử lưu huỳnh đặc biệt của nó mới giành được sự tôn trọng. Domagk đột nhiên trở thành “con gà đẻ trứng vàng” của IGF, và mọi điều chưa rõ trong cách thức hoạt động của prontosil dường như không còn quan trọng nữa. Chẳng ai thèm quan tâm khi doanh số bán hàng năm 1936 tăng gấp năm lần, và doanh số năm 1937 tiếp tục tăng gấp năm lần năm 1936.

Cùng lúc đó, các nhà khoa học tại Viện Pasteur ở Pháp đã đọc được bài đăng tạp chí ít người biết của Domagk. Khi việc chống lại quyền sở hữu trí tuệ (họ ghét các bằng sáng chế vì chúng cản trở nghiên cứu cơ bản) và sự thù ghét người Đức gặp nhau, những người Pháp này lập tức “thọc gậy bánh xe” bằng sáng chế của IGF. (Hiềm khích cũng là một động lực sinh ra thiên tài, đừng bao giờ đánh giá thấp nó.)

Đúng là prontosil có khả năng sát khuẩn tốt như quảng cáo, nhưng các nhà khoa học tại Viện Pasteur nhận thấy một số điều kỳ lạ khi lần theo dấu vết của nó trong cơ thể. Đầu tiên: tác dụng sát khuẩn không trực tiếp đến từ prontosil mà từ sunfonamit (một dẫn xuất của protosil chỉ xuất hiện khi có tác động hóa học từ tế bào của động vật có vú). Điều này lập tức giải thích tại sao vi khuẩn trong ống nghiệm không bị ảnh hưởng: vì không có tế bào động vật có vú để tác động hóa học tới prontosil. Thứ hai: sunfonamit – với một nguyên tử lưu huỳnh trung tâm liên kết với vòng benzen – ngăn cản việc sản xuất axit folic mà mọi tế bào đều cần để làm dưỡng chất cho quá trình sao chép ADN và phân bào. Động vật có vú phải thu thập axit folic từ thức ăn nên không sợ sunfonamit làm hỏng tế bào của mình. Nhưng vi khuẩn phải tự sản xuất axit folic nếu muốn nhân lên nhờ quá trình nguyên phân. Các nhà khoa học Pháp đã chứng minh rằng Domagk không phát hiện ra chất sát khuẩn, mà là chất “tránh thai” cho vi khuẩn!

Phân tích này về prontosil là một tin cực kỳ tuyệt vời, không chỉ về mặt y tế. Sunfonamit (phần quan trọng nhất của prontosil) được phát minh từ nhiều năm trước và bằng sáng chế được cấp cho I.G. Farbenindustrie năm 1909*, nhưng bị lãng quên vì IGF chỉ thử nghiệm nó để làm thuốc nhuộm. Đến giữa những năm 1930, bằng sáng chế đã hết hạn. Các nhà khoa học của Viện Pasteur công bố kết quả của họ với vẻ dương dương tự đắc, cho phép mọi người lờ đi bằng sáng chế prontosil. Domagk và IGF tất nhiên phản đối, cho rằng prontosil mới là yếu tố quan trọng chứ không phải sunfonamit. Nhưng trước các bằng chứng chồng chất, họ đã từ bỏ tuyên bố của mình. Công ty đã mất hàng triệu đô la Mỹ đầu tư sản phẩm và có thể là thêm hàng trăm triệu lợi nhuận, khi các đối thủ cạnh tranh tham gia thị trường và tổng hợp “các loại thuốc sunfa khác”.

Bất chấp sự thất vọng về chuyên môn của Domagk, giới khoa học vẫn hiểu được sự quan trọng trong công trình của ông, và truyền nhân của Pasteur đã được trao giải Nobel Y-Sinh năm 1939 (chỉ bảy năm sau thí nghiệm với chuột đêm Giáng sinh). Nhưng giải Nobel này lại vô tình khiến Domagk gặp tai họa. Căm ghét Ủy ban Nobel vì đã trao giải Nobel Hòa bình năm 1935 cho một nhà báo chống phát xít và theo chủ nghĩa hòa bình, nên ngài Quốc Trưởng đã quy định rằng bất kỳ người Đức nào nhận được giải Nobel đều là có tội. Cơ quan mật vụ Gestapo của Đức đã bắt giam và tra tấn Domagk vì “tội” này. Khi Thế Chiến II nổ ra, Domagk đã chuộc lỗi một chút bằng cách thuyết phục Đức Quốc Xã (lúc đầu họ không tin) rằng thuốc của ông có thể cứu binh lính khỏi bị hoại tử. Nhưng khi đó quân Đồng minh cũng có thuốc sunfa, và danh tiếng của Domagk lên tới tột đỉnh khi thuốc của ông cứu sống Thủ tướng Anh Winston Churchill – người đã góp phần vào sự thất bại của nước Đức sau này – vào năm 1942.

Chuyện ngày càng tệ hơn khi loại thuốc mà Domagk dùng để cứu mạng con gái trở thành một “trào lưu” nhất thời nguy hiểm. Mọi người uống sunfonamit mỗi khi đau họng, sổ mũi và coi nó là thuốc tiên. Niềm tin của họ đã phải trả giá khi những gian thương ở Mỹ kiếm lợi từ trào lưu này nhờ bán thuốc sunfa được làm ngọt bằng chất chống đông. Hàng trăm người đã chết trong vòng vài tuần, một bằng chứng nữa cho thấy sự nhẹ dạ của con người với những loại thuốc “chữa bách bệnh”.

Kháng sinh là đỉnh cao của những khám phá của Pasteur về vi trùng. Nhưng không phải bệnh nào cũng do vi trùng; nhiều bệnh có nguồn gốc từ các vấn đề hóa học hoặc hormone. Và y học hiện đại bắt đầu nhắm đến loại bệnh thứ hai này chỉ sau khi thừa nhận một khám phá vĩ đại khác của Pasteur trong sinh học: thủ tính. Không lâu sau câu nói nổi tiếng về cơ hội và sự chuyên cần, Pasteur đề cập đến một bí ẩn thực sự: điều gì cấu thành sự sống? Sau khi xác định tự nhiên có sự thiên vị sâu sắc với thủ tính, Pasteur cho rằng thủ tính là “lằn ranh rõ ràng duy nhất cho đến thời điểm hiện tại giữa tính chất hóa học của chất sống và chất không sống ”.* Nếu bạn từng tự hỏi về định nghĩa “sự sống” thì đây chính là đáp án về mặt hóa học.

Tuyên bố của Pasteur trở thành kim chỉ nam cho ngành hóa sinh trong suốt một thế kỷ, và các bác sĩ đã đạt được tiến bộ đáng kinh ngạc trong việc tìm hiểu bệnh. Cùng lúc đó, nhận thức này cũng ngụ ý rằng việc chữa bệnh (mục tiêu chính) cần các hormone và phân tử hóa sinh có thủ tính. Châm ngôn sâu sắc và hữu ích của Pasteur kín đáo chỉ ra sự kém cỏi của giới khoa học. Ông cũng cho rằng sự khác biệt giữa hóa học “chết” trong phòng thí nghiệm và hóa học trên các tế bào của cơ thể sống là không dễ gì khỏa lấp.

Điều này không ngăn được những nỗ lực thử nghiệm. Một số nhà khoa học đã thu được các chất có thủ tính nhờ chưng cất tinh chất và hormone từ động vật, nhưng cách thực hiện quá vất vả. (Vào những năm 1920, hai nhà hóa học ở Chicago đã phải ép vài tấn tinh hoàn bò để có được vài chục gram testosterone tinh khiết đầu tiên.) Một cách tiếp cận khả thi khác là bỏ qua sự phân biệt của Pasteur và sản xuất cả phân tử hóa sinh thuận phải và phân tử thuận trái. Điều này khá dễ dàng, bởi theo thống kê thì lượng phân tử thuận trái và thuận phải tạo thành trong phản ứng có tỷ lệ gần như nhau. Vấn đề là các phân tử có tính thuận khác nhau sẽ thể hiện tính chất khác nhau trong cơ thể. Mùi của vỏ cam và vỏ chanh bắt nguồn từ hai phiên bản khác thủ tính của cùng một chất: một thuận phải và một thuận trái. Các phân tử có tính thuận không phù hợp thậm chí còn phá hủy đặc tính sinh học của những phân tử thuận trái cấu thành các sinh vật trên Trái Đất. Vào những năm 1950, một công ty dược phẩm của Đức đã tung ra thị trường một loại thuốc chữa nghén cho phụ nữ mang thai; nhưng những hoạt chất có tác dụng chữa bệnh bị lẫn với dạng có tính thuận sai vì các nhà khoa học không thể tách chúng ra. Những dị tật bẩm sinh kỳ lạ ở trẻ sinh ra sau đó – đặc biệt là thiếu chân tay hoặc tay chân dính vào thân như vây cá – đã biến thalidomit thành thảm họa dược phẩm tồi tệ nhất thế kỷ 20.*

Thảm họa thalidomit khiến triển vọng của các loại thuốc mang thủ tính trở nên mờ mịt hơn bao giờ hết. Nhưng trong lúc mọi người đang khóc thương cho những đứa trẻ phải chịu ảnh hưởng của thảm họa thalidomit, nhà hóa học William Knowles ở St. Louis đã bắt đầu thử nghiệm rodi – “người hùng nguyên tố” không ngờ tới – trong một phòng thí nghiệm tư nhân tại công ty nông nghiệp Monsanto. Knowles đã lẳng lặng phớt lờ quan niệm của Pasteur và chứng minh rằng chất “không sống” vẫn có thể tiếp thêm sinh lực cho “chất sống”, miễn là bạn hiểu rõ về nó.

Knowles có một phân tử hai chiều và muốn biến nó thành ba chiều, bởi phiên bản thuận trái của phân tử ba chiều cho thấy những tác dụng đầy hứa hẹn với các bệnh về não như Parkinson. Điểm mấu chốt là tạo ra phân tử ba chiều có tính thuận như mong muốn. Cần lưu ý rằng phân tử hai chiều không thể có thủ tính, chỉ phân tử ba chiều mới có (ví dụ: mảnh bìa phẳng thuận phải luôn có thể lật để thuận trái). Nhưng các chất vô tri trong một phản ứng hóa học thì làm sao biết phân biệt thủ tính?* Chúng luôn tạo ra cả hai, trừ khi bị lừa.

“Cú lừa” của Knowles là chất xúc tác rodi. Chất xúc tác khiến tốc độ phản ứng tăng nhanh đến mức khó mà hình dung nổi. Một số chất xúc tác làm tốc độ phản ứng tăng gấp hàng triệu, hàng tỷ, thậm chí hàng ngàn tỷ lần. Tác động của rodi tới phản ứng là khá nhanh, và Knowles phát hiện ra rằng một nguyên tử rodi có thể “gắn thêm một chiều” cho vô số phân tử hai chiều của mình. Vì vậy, ông gắn rodi vào tâm một hợp chất có sẵn thủ tính để tạo ra một chất xúc tác có thủ tính.

Hay ở chỗ là cả chất xúc tác được gắn rodi và phân tử đích hai chiều đều cồng kềnh, nên khi chúng tiếp cận nhau để phản ứng, ta có thể mường tượng như hai con vật béo múp đang cố gắng “yêu đương”. Tức là chất xúc tác có thủ tính chỉ có thể gắn nguyên tử rodi của nó vào phân tử hai chiều tại đúng một vị trí. Và từ vị trí đó, do vướng víu mà phân tử hai chiều sẽ “phình lên” thành một phân tử ba chiều có thủ tính chỉ theo một hướng.

Khả năng kết hợp hạn chế cùng khả năng tăng tốc phản ứng của chất xúc tác gắn rodi đồng nghĩa với việc Knowles chỉ còn phải thực hiện một phần nhỏ của quá trình khó khăn là tạo ra chất xúc tác rodi có thủ tính, và vẫn thu được nhiều nhiều phân tử thuận đúng bên.

Đó là năm 1968 và công cuộc tổng hợp thuốc hiện đại cũng bắt đầu vào thời điểm này – thời điểm mà sau này đã đem lại cho Knowles giải Nobel Hóa học năm 2001.

Loại thuốc mà Knowles tạo ra nhờ rodi chính là levo- dihydroxyphenylalanin (còn gọi là L-dopa) lừng danh trong cuốn sách Awakenings (tạm dịch: Thức tỉnh) của Oliver Sacks. Theo đó, L-dopa đã đánh thức 80 bệnh nhân bị Parkinson nặng sau khi mắc bệnh viêm não rối loạn hôn mê (encephalitis lethargica) vào những năm 1920. Tất cả đã bị “cách ly” khỏi cuộc sống thường nhật. Nhiều người mê man suốt bốn thập kỷ, số khác thì căng trương lực liên tục. Sacks mô tả họ là “những người hoàn toàn thiếu năng lượng, động lực, sự chủ động, khẩu vị hay ham muốn […] chẳng khác gì hồn ma vất vưởng thụ động hay ngọn núi lửa đã tắt.”

Năm 1967, một bác sĩ đã thành công lớn trong việc điều trị Parkinson bằng L-dopa – tiền chất của dopamine trong não. (Giống như prontosil của Domagk, L-dopa cần được tác động về mặt sinh học trong cơ thể.) Chỉ có điều, các phiên bản thuận phải và thuận trái của chúng rất khó phân tách và thuốc có giá gần 10.000 đô la Mỹ mỗi kilogram. Theo Sacks ghi lại thì “giá của L-dopa bắt đầu giảm mạnh vào cuối năm 1968” – điều này hệt như một phép màu, dù không biết được nguyên nhân. Nhờ đột phá của Knowles cởi trói, Sacks bắt đầu điều trị cho bệnh nhân bất động do căng trương lực của mình ở New York không lâu sau đó. Và “vào mùa xuân năm 1969, những ‘ngọn núi lửa đã tắt’ này lại thức tỉnh theo cách không ai ngờ được”.

Núi lửa là một phép ẩn dụ chính xác, vì thuốc có tác dụng phụ. Một số người trở nên tăng động với suy nghĩ dồn dập, số khác gặp ảo giác hoặc cắn xé mọi thứ. Nhưng họ hầu như đều thích sự hưng phấn L-dopa mang lại hơn tình trạng lãng đãng trước đây. Sacks nhớ lại rằng gia đình và nhân viên bệnh viện xem như họ “đã chết” từ lâu, chính một số bệnh nhân cũng tự coi mình như vậy. Phiên bản levo- dihydroxyphenylalanin thuận trái của Knowles đã hồi sinh họ. Châm ngôn của Pasteur rằng những chất với thủ tính hợp lý có thể mang lại sự sống lần nữa được chứng minh là đúng.