Giải trình tự gen là gì? Ý nghĩa và mục đích

Giải trình tự gen là 1 kỹ thuật trong phòng thí nghiệm, được sử dụng để xác định trình tự của các loại bazơ (A, C, T và G) trong phân tử DNA. Trình tự này sẽ mang đến những thông tin mà tế bào cần để lắp ráp các phân tử protein và RNA. Do đó, giải trình tự DNA có ý nghĩa rất quan trọng đối với các nhà khoa học khi điều tra các chức năng của gen.

1.Giải trình tự gen là gì?

Giải trình tự gen là việc xác định thứ tự của các khối cấu tạo hoá học, được gọi là bazơ, tạo nên phân tử DNA. Thông qua giải trình tự gen sẽ giúp các nhà khoa học biết được trong 1 đoạn DNA cụ thể có mang loại thông tin di truyền nào không. Ngoài ra, các dữ liệu giải trình tự gen cũng giúp làm nổi bật những thay đổi trong gen có thể gây ra bệnh.

Trong chuỗi xoắn kép DNA, 4 gốc hoá học luôn có xu hướng liên kết với cùng 1 đối tác để tạo thành cặp bazơ. Cụ thể, adenine (A) luôn bắt cặp với thymine (T) và cytosine (C) bắt cặp với guanin (G). Sự liên kết theo cặp này chính là nền tảng cho cơ chế mà các phân tử DNA được sao chép khi phân chia tế bào, đồng thời đây cũng là cơ sở cho các phương pháp thực hiện thí nghiệm giải trình tự gen. Thông thường, bộ gen con người có chứa tới khoảng 3 tỷ cặp bazơ, giúp cấu tạo và duy trì cơ thể.

2. Sự ra đời của các phương pháp giải trình tự gen thế hệ mới

Kể từ khi hoàn thành “Dự án bộ gen người”, các cải tiến công nghệ và tự động hóa đã tăng tốc độ và giảm chi phí đến mức các gen riêng lẻ có thể được giải trình tự 1 cách thường xuyên. 1 số phòng thí nghiệm đã có thể giải trình tự hơn 100.000 tỷ bazơ mỗi năm và toàn bộ gen chỉ mất khoảng vài nghìn đô la.

Các phương pháp giải trình tự gen thế hệ mới đã được phát triển dưới sự hỗ trợ của Viện nghiên cứu hệ gen người quốc gia (NHGRI) cùng với các thành tựu Công nghệ Giải trình tự DNA tiên tiến. 1 trong những mục tiêu của NHGRI là thúc đẩy các công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới với chi phí chỉ dưới 1.000 đô la.

1 trong những phương pháp giải trình tự gen thế hệ mới giúp quan sát các phân tử DNA polymerase khi chúng sao chép DNA. Phương pháp giải trình tự gen này sử dụng máy quay phim và kính hiển vi, đồng thời kết hợp các màu nhuộm sáng khác nhau cho mỗi chữ cái A, T, C và G. Phương pháp mới này cũng cung cấp nhiều thông tin có giá trị hơn so với các cách giải trình tự gen truyền thống khác.

Ngoài ra, 1 công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới khác cũng đang được phát triển, yêu cầu phải sử dụng các lỗ nano để giải trình tự gen. Giải trình tự DNA dựa trên lỗ nano sẽ được thực hiện bằng cách luồn các sợi DNA đơn lẻ qua các lỗ cực nhỏ trong màng. Các cơ sở DNA được đọc từng lần 1 khi chúng chui qua lỗ nano. Các bazơ được xác định bằng cách đo lường sự khác biệt về ảnh hưởng của chúng đối với các ion và dòng điện chạy qua lỗ.

Sử dụng lỗ nano để giải trình tự gen giúp mang lại nhiều lợi thế tiềm năng hơn so với các phương pháp hiện tại. Nó không những có chi phí thấp hơn mà còn thực hiện nhanh hơn. Mặt khác, phương pháp giải trình tự DNA này có thể nghiên cứu lặp đi lặp lại với cùng 1 phân tử.

Giải trình tự gen thế hệ mới giúp quan sát các phân tử DNA polymerase khi chúng sao chép DNA.

3. Những cải tiến trong giải trình tự gen có ý nghĩa gì đối với sức khỏe con người?

Những cải tiến trong giải trình tự gen giúp các nhà nghiên cứu so sánh được các đoạn DNA lớn (từ 1 triệu bazơ trở lên), từ các cá thể khác nhau 1 cách nhanh chóng với chi phí thấp. Những so sánh như vậy giúp mang lại lượng thông tin lớn về tính nhạy cảm của cơ thể đối với bệnh tật và phản ứng môi trường. Ngoài khả năng giải trình tự bộ gen nhanh, tiết kiệm chi phí hơn thì phương pháp này cũng đem đến những tiềm năng to lớn trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh.

Hiện nay, 1 số trung tâm y tế và bệnh viện lớn đã bắt đầu sử dụng phương pháp giải trình tự gen để phát hiện và điều trị 1 số bệnh. Chẳng hạn, trong bệnh ung thư, các bác sĩ có thể sử dụng dữ liệu giải trình tự gen để xác định loại ung thư cụ thể mà bệnh nhân mắc phải. Điều này sẽ giúp bác sĩ đưa ra các lựa chọn điều trị tốt hơn cho người bệnh.

Ngoài ra, các phương pháp giải trình tự gen cũng được áp dụng nhằm xác định được nguyên nhân di truyền của 1 số căn bệnh hiếm gặp. Nhiều nghiên cứu cũng đang sử dụng giải trình tự DNA trong việc sàng lọc trẻ sơ sinh, cũng như bệnh tật và các nguy cơ mắc bệnh.

Đặc biệt, dự án “Bản đồ bộ gen ung thư”, được hỗ trợ bởi NHGRI và Viện Ung thư Quốc gia, đang sử dụng phương pháp này để làm sáng tỏ các chi tiết bộ gen của khoảng 30 loại ung thư. Bên cạnh đó, nhiều dự án có quy mô lớn đang được thực hiện và lên kế hoạch sử dụng giải trình tự DNA nhằm giúp kiểm tra sự phát triển của các bệnh thông thường và phức tạp, chẳng hạn như bệnh tim, tiểu đường, các di truyền gây dị tật thể chất và chậm phát triển.

Nguồn tham khảo: Genome.gov