Giải trình tự gen là gì? Ý nghĩa của việc giải trình tự gen

Cấu trúc bộ gen người có khoảng 3,2 tỷ nucleotide. Chúng chứa hơn 23.500 gen mã hóa protein, được xếp thành 23 cặp nhiễm sắc thể. Giải trình tự gen là kỹ thuật xác định trình tự ADN của cá thể. Giải trình tự ADN được ứng dụng phổ biến trong y học và có ý nghĩa quan trọng đối với việc chẩn đoán bệnh, đưa ra các phương pháp điều trị phù hợp cho người bệnh.

Định nghĩa giải trình tự gen là gì?

Giải trình tự gen là một phương pháp sinh học được thực hiện trong phòng thí nghiệm. Phương pháp này nhằm xác định trình tự của các bazơ hay còn gọi là các khối cấu tạo hóa học hình thành nên phân tử ADN.

Nguyên lý giải trình tự gen dựa trên cấu trúc của ADN gồm 4 loại nucleotide chính là: Adenine, Cytosine, Guanine và Thymine. Chúng có xu hướng liên kết với 1 đối tác và tạo nên cặp bazơ. Ví dụ: Adenine bắt cặp với Thymine, Cytosine bắt cặp với Guanine. Các nucleotide thông thường cũng liên kết theo trình tự nhất định. Chúng giúp cấu tạo, duy trì cơ thể và là nền tảng để thực hiện thí nghiệm giải trình tự gen.

Ý nghĩa của giải trình tự gen là gì?

Mục đích của giải trình tự gen là tìm kiếm, phân tích các biến dị di truyền và các gen lạ có thể là mầm mống gây bệnh trong cơ thể con người. Thông qua các dữ liệu của giải trình tự gen, bác sĩ sẽ tiến hành sàng lọc, chẩn đoán bệnh và định hướng phương pháp điều trị phù hợp cho người mắc bệnh. Ngoài ra, giải trình tự gen còn có mục đích tìm ra các đặc điểm di truyền của từng người.

Dưới đây là một số ý nghĩa của giải trình tự gen trong lĩnh vực y học.

Phát hiện sớm các bệnh ung thư

Kỹ thuật giải trình gen có thể phát hiện được những ADN bất thường hoặc đột biến trong cơ thể. Từ đó, bác sĩ sẽ xác định được dấu hiệu về sự xuất hiện, phát triển của các tế bào gây ung thư. Hiện nay, nguyên nhân gây ung thư chủ yếu nằm ở các đột biến gen UGT1A1, MGMT, KRAS hoặc IDH1. Sau khi chẩn đoán và xác định tình trạng ung thư, bác sĩ sẽ đưa ra phác đồ điều trị tương ứng.

Chẩn đoán bệnh về não và thần kinh

Não bộ và thần kinh có thể gặp phải một số bệnh nguy hiểm như: Alzheimer, Parkinson, đa xơ cứng thần kinh, u não, u thần kinh đệm,… Theo phát hiện của ngành y học, những biến dị bất thường ở gen có nguy cơ gây bệnh về não bộ và thần kinh chủ yếu là PSEN1, PSEN2 hoặc APP. Nhờ vào kỹ thuật giải trình tự gen, bệnh sẽ sớm được phát hiện và điều trị kịp thời, tránh biến chứng nghiêm trọng.

Chẩn đoán các bệnh về di truyền

Bệnh di truyền là các hội chứng, bệnh lý, dị tật do thế hệ trước (ông bà hoặc bố mẹ) truyền cho thế hệ sau (con, cháu). Rối loạn di truyền cũng có thể do phôi tế bào con bị đột biến trong quá trình người mẹ mang thai. Một số đột biến gen gây bệnh di truyền là: G11778A, G3460A, T14484C…Giải trình tự gen có độ chính xác cao trong việc sàng lọc gen gây bệnh, xác định các nguy cơ rối loạn di truyền.

Xác định kháng nguyên bạch cầu

Kháng nguyên bạch cầu (HLA) được kiểm soát bởi hệ thống gen nằm ở nhiễm sắc thể số 6. Chúng có vai trò quan trọng đối với hệ miễn dịch của cơ thể con người. Những đột biến ở kháng nguyên bạch cầu sẽ làm cơ thể suy yếu, dễ bị các khối u hoặc virus tấn công. Điều này dẫn tới nguy cơ bệnh ung thư, rối loạn tự miễn dịch, viêm, đa xơ cứng… Giải trình tự gen của các HLA nhằm xác định kháng nguyên bạch cầu, phân tích biến dị gây bệnh và định hướng điều trị.

Xác định nhiễm virus, nấm, vi khuẩn

Nấm, virus và vi khuẩn là những tác nhân gây nhiều bệnh lý ở người. Điển hình là virus Corona đã gây nên đại dịch Covid-19 trên toàn thế giới. Phương pháp giải trình tự gen có ý nghĩa quan trọng giúp phân tích và theo dõi các biến thể của virus, vi khuẩn, nấm. Các nhà nghiên cứu y học sẽ dựa vào kết quả giải trình tự gen để tìm ra các phương pháp phòng ngừa, đối phó và điều trị bệnh.

Giải trình tự gen là nguồn dữ liệu quan trọng cho cá nhân, gia đình khi cần theo dõi, xác định các vấn đề về sức khỏe và bệnh di truyền ở người. Giải trình tự gen cũng phục vụ công tác thí nghiệm, nghiên cứu, phát triển vacxin, thuốc chữa bệnh.

Các phương pháp giải trình tự gen

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại, các nhà khoa học đã tìm ra nhiều phương pháp để giải trình tự gen. Dưới đây là một số phương pháp phổ biến nhất.

Phương pháp Sanger giải trình tự gen

Phương pháp Sanger giải trình tự gen là gì? Đây là kỹ thuật giải mã ADN thế hệ đầu tiên, được phát minh vào năm 1977 bởi nhà hóa học Frederick Sanger và các cộng sự. Nguyên lý của Sanger là chọn một đoạn gen để đồng vị phóng xạ cùng với chất xúc tác hóa học. Phản ứng này sẽ biến đổi bazơ của các Nucleotide, tách chúng ra khỏi mạch của ADN. Phương pháp Sanger phức tạp và thực hiện rất nghiêm ngặt.

Theo đó, cần có ít nhất 4 ống nghiệm, mỗi ống chứa loại ddNTP được đánh dấu đồng vị phóng xạ với một lượng rất giới hạn chất hóa học. Mẫu ADN đã xử lý trong ống nghiệm tiếp tục được điện di trên cùng một bản gen để các mạch đơn di chuyển. Kết thúc quá trình điện di, mạch đơn dừng lại tại các vị trí khác nhau. Thông qua các vạch trên bản gen sẽ đọc được trình tự Nucleotide của đoạn ADN.

Giải trình tự gen bằng phương pháp Enzyme

Phương pháp Enzyme giải trình tự ADN cũng được phát minh từ năm 1977. Cho đến nay, giải trình tự gen bằng Enzyme ngày càng được hoàn thiện và dễ dàng thực hiện tại các phòng thí nghiệm. Nguyên lý của phương pháp Enzyme là chèn các đoạn ADN cần được xác định trình tự vào một vector đã biết rõ vị trí. Sau đó chuyển thể các vector này vào tế bào vi khuẩn để nhân bản tạo bản sao.

Các vector sẽ được tách chiết, tinh khiết để tách hẳn ra khỏi vi khuẩn và trở thành vector tự do. Trải qua các phản ứng thực hiện trong ống nghiệm, các mạch đơn ADN sẽ có chiều dài khác nhau, tương ứng với vị trí của Nucleotide trên đoạn ADN. Để giải trình tự, các nhà nghiên cứu tiếp tục tiến hành điện di Polyacrylamide biến tính. Từ các vạch điện di sẽ đọc được trình tự của đoạn ADN.

Phương pháp giải trình tự gen thế hệ mới

Giải trình tự gen thế hệ mới - Next Generation Sequencing (NGS) có kỹ thuật thực hiện đơn giản hơn, không xâm lấn. Độ chính xác của NGS cũng cao hơn so với phương pháp Sanger và Enzyme. Phương pháp NGS cho phép giải mã cùng lúc hàng triệu đoạn ADN với dữ liệu đầu ra lớn, thời gian đọc nhanh mà không cần điện di. NGS cũng mang tới nhiều ý nghĩa hơn trong lĩnh vực y học.

Với kỹ thuật giải trình tự gen không xâm lấn, phương pháp NGS được ứng dụng hiệu quả trong sàng lọc trước sinh NIPT (Non-Invasive Prenatal Test). Xét nghiệm NIPT có thể xác định được giới tính thai nhi, xác định quan hệ huyết thống. Đặc biệt, NIPT giúp phát hiện bất thường nhiễm sắc thể để sàng lọc các bệnh và dị tật như: Hội chứng Down, hội chứng Edwards, hội chứng Patau…

Bài viết đã mang tới cho bạn những thông tin cần biết về giải trình tự gen là gì. Với sự phát triển không ngừng của khoa học cùng các thiết bị hiện đại, nhiều trung tâm và cơ sở y tế đã ứng dụng giải trình tự gen vào khám chữa bệnh. Ngày nay, giải trình tự phân tử ADN đã trở nên phổ biến hơn. Mong rằng phương pháp này sẽ giúp nhiều người kịp thời phát hiện bệnh để có cách điều trị tốt nhất.