Reuters đưa tin lần đầu tiên, bộ gien người đã được các nhà khoa học Mỹ giải trình tự hoàn chỉnh. Công trình của các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Bộ gien Người Quốc gia (NHGRI), thuộc Viện Y tế Quốc gia Mỹ (NIH) đã được đăng trên tạp chí Science vào ngày 31.3. Vào năm 2003, các nhà nghiên cứu đã công bố cái gọi là bản đồ hoàn chỉnh của bộ gien người. Tuy nhiên, khoảng 8% bộ gien người vẫn chưa được giải mã hoàn toàn, chủ yếu là do nó bao gồm các đoạn ADN lặp đi lặp lại rất khó kết nối với phần còn lại. Vấn đề này đã được giải quyết trong nghiên cứu công bố ngày 31.3. “Việc giải mã hoàn chỉnh trình tự gien người là một thành tựu khoa học đáng kinh ngạc, cung cấp cái nhìn toàn diện đầu tiên về bản đồ ADN của chúng ta", ông Eric Green, Giám đốc NHGRI, tuyên bố. “Các thông tin nền tảng này sẽ củng cố những nỗ lực tìm hiểu tất cả chức năng của bộ gien người, nhờ đó hỗ trợ các nghiên cứu di truyền về bệnh tật ở người”, ông Green nói thêm.  Tóm tắt bản đồ gien người hoàn chỉnh vừa được công bố chụp màn hình tạp chí science Bản đồ gien người mới nhất bao gồm 3.055 tỉ cặp cơ sở (cặp bazơ), các đơn vị tạo thành nhiễm sắc thể và gien của chúng ta, và 19.969 gien mã hóa protein. Trong số những gien này, các nhà nghiên cứu đã xác định được khoảng 2.000 gien mới và hầu hết trong số đó đã bị vô hiệu hóa, nhưng 115 gien vẫn có thể hoạt động. Các nhà khoa học cũng phát hiện ra thêm khoảng 2 triệu biến dị di truyền, trong đó 622 biến dị có mặt trong các gien liên quan đến sức khỏe. Công trình này được gọi là Telomere-to-Telomere (T2T), được đặt tên theo những trình tự ADN lặp đi lặp lại ở đầu mút của các nhiễm sắc thể. "Trong tương lai, khi một người được giải trình tự bộ gien, chúng tôi sẽ có thể xác định tất cả các biến dị trong ADN của họ và sử dụng thông tin đó để hướng dẫn họ chăm sóc sức khỏe tốt hơn", ông Adam Phillippy, một trong những người dẫn đầu công trình T2T và là nhà nghiên cứu cấp cao tại NHGRI, cho biết. "Thực sự việc lập bản đồ gien người hoàn chỉnh giống như đeo một cặp kính mới. Giờ đây, chúng ta có thể nhìn rõ mọi thứ, chúng ta đang tiến gần hơn một bước trong việc hiểu ý nghĩa của những thứ này", ông Phillippy nói thêm. Ngoài ra, bản đồ gien người mới cũng đã cung cấp thông tin chi tiết về khu vực xung quanh tâm động, nơi kết nối các nhiễm sắc tử cùng nguồn với nhau khi tế bào phân chia để đảm bảo rằng mỗi tế bào con được thừa hưởng số lượng nhiễm sắc thể thích hợp. Để tìm ra những cách thức mới trong việc giải trình tự bộ gene người và đọc được những biến đổi quan trọng trong DNA, các nhà nghiên cứu cho biết họ đã sử dụng thành công công cụ cắt gene CRISPR để cắt DNA của các gene khối u có kích thước dài, nhằm thu thập thông tin các trình tự. Hình minh họa thao tác trên gene. Nguồn: © vchalup Một báo cáo về các thí nghiệm triển khai ý tưởng sử dụng bộ gene từ các tế bào và mô ung thư vú ở người xuất hiện trong ẩn phẩm ra ngày 10 tháng 2 của tạp chí Nature Biotechnology. Các nhà nghiên cứu cho rằng việc kết hợp CRISPR với các công cụ giải trình tự các phần DNA của mô ung thư ở người là một kỹ thuật cho phép giải trình tự các khối u nhanh chóng, rẻ, thích hợp với việc lựa chọn, áp dụng các phương pháp điều trị nhắm trúng đích và biến đổi di truyền của mỗi cá nhân. Winston Timp, tiến sĩ- trợ lí giáo sư của bộ môn kỹ thuật y sinh học và sinh học phân tử- di truyền học tại Đại học Y Johns Hopkins cho biết: "Để giải trình tự khối u ở bệnh nhân ung thư, bạn không nhất thiết phải giải trình tự cả bộ gene của người bị ung thư. "Việc giải trình tự sâu các vùng đặc biệt của gene quan tâm có thể cung cấp rất nhiều thông tin.” Trong cách giải trình tự bộ gene thông thường, các nhà khoa học phải tạo ra nhiều bản sao DNA đang quan tâm, sau đó cắt ngẫu nhiên DNA thành các phân đoạn và đưa các đoạn đó vào máy vi tính. Máy sẽ đọc tín hiệu bốn đơn phân A, C, G và T cấu tạo nên axit nucleic. Sau đó, các nhà khoa học tìm kiếm các vùng chồng chéo của các phân đoạn này và ghép chúng lại với nhau như những viên gạch trên mái nhà để tạo thành các vùng DNA dài của một gene. Trong các thí nghiệm của mình, Timp và tiến sĩ- bác sĩ Timothy Gilpatrick đã bỏ qua phần sao chép DNA của cách giải trình tự thông thường bằng việc sử dụng CRISPR để tạo ra các vết cắt mục tiêu trong DNA được phân lập từ một mảnh mô lấy từ khối u ung thư vú của bệnh nhân. Sau đó, các nhà khoa học gắn đoạn“trình tự kết nối” (sequencing adaptor) vào đầu bị cắt bởi CRISPR của DNA. Các đoạn trình tự này đóng vai trò như một tay cầm dẫn DNA đến các lỗ nhỏ (nanopore) để đọc trình tự. Bằng cách đưa DNA qua lỗ hẹp, chương trình sắp xếp có thể đọc được các “kí tự” của DNA dựa vào tín hiệu dòng điện đặc trưng khi mỗi "kí tự" mã hóa trượt qua lỗ. Trong số 10 gene ung thư vú mà nhóm nghiên cứu tập trung vào, các nhà khoa học Johns Hopkins đã sử dụng phương pháp giải trình tự Nanopore trên các dòng tế bào ung thư vú và các mẫu mô để phát hiện sự methyl hóa của DNA (khi các nhóm methyl được gắn vào DNA xung quanh gene) ảnh hưởng đến cách đọc trình tự gene thế nào. Họ đã tìm thấy vị trí giảm methyl hóa DNA trong một gene có tên keratin 19 (KRT19), vốn rất quan trọng trong cấu trúc và sự hình thành khung nâng đỡ tế bào. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sự giảm methyl hóa DNA trong gene KRT19 có liên quan đến sự lan rộng của khối u. Trong các dòng tế bào ung thư vú mà họ nghiên cứu, nhóm Johns Hopkins có thể tạo ra trung bình 400 "lần đọc" trên mỗi base pair, giúp đọc trình tự “sâu” tốt hơn hàng trăm lần so với một số công cụ giải trình tự thông thường. Còn trong số các mẫu mô ung thư vú được sinh thiết ở người, nhóm nghiên cứu có thể tạo ra trung bình 100 lần đọc mỗi vùng. "Điều này chắc chắn ít hơn những gì chúng ta có thể làm với các dòng tế bào, nhưng chúng ta phải nhẹ nhàng hơn với DNA từ các mẫu mô của con người vì nó bị đóng băng và rã đông nhiều lần", Timp nói. Ngoài các nghiên cứu về methyl hóa DNA và các đột biến nhỏ, Timp và Gilpatrick đã giải trình tự gene BRCA1: một gene thường liên quan đến ung thư vú, vốn dài hơn 80.000 base trên bộ gene. Gilpatrick nói: "Gene này rất dài và chúng tôi có thể thu thập các lần đọc trình tự trong suốt khu vực rộng lớn và phức tạp này". “Vì chúng ta có thể sử dụng kỹ thuật này để giải trình tự các gene rất dài, chúng ta có thể nhận ra được các khối DNA lớn bị mất mà chúng ta không thể tìm thấy bằng các công cụ giải trình tự thông thường ", Timp nói. Ngoài việc là hướng điều trị tiềm năng cho bệnh nhân, Timp cho biết sự kết hợp giữa công nghệ CRISPR và giải trình tự Nanopore cung cấp độ sâu thông tin đến mức có thể giúp các nhà khoa học tìm ra các biển đổi của gene liên quan đến bệnh mới là do một alen đặc trưng di truyền từ một bên bố hoặc mẹ chứ không phải người còn lại. Timp và Gilpatrick dự định sẽ tiếp tục cải tiến kỹ thuật giải trình tự CRISPR / nanopore và kiểm tra khả năng của nó trong các loại khối u khác. |
