Mối liên hệ giữa sự bất thường trong cấu trúc di truyền với các bệnh ở người đã được nhận thấytừ những năm 1950, khi có thêm một nhiễm sắc thể được tìm thấy ở trẻ em bị hội chứng Down, và sự bất thường ở nhiễm sắc thể giới tính có liên quan tớihội chứng Turner và Klinefelter. Tiếp ngay sau đó là những báo cáo về hiện tượng tam nhiễmcủa nhiễm sắc thể thứ 13 và 18 ở trẻ em các hội chứng phát triểnkhác. Kể từ đó, nhiều công cụ di truyền tế bào học đã được sử dụng để phát hiện sự bất thường các nhiễm sắc thể ởcác trạng thái bệnh lý, và thậm chí trong nhiều trường hợp có thể sử dụng mối tương quan đó để tìm ra nguyên nhân bệnh và đưa ra những gợi ý cho việc tiên lượng và điều trị.
Chúng ta cùng tìm hiểu mộtvài công cụ và ứng dụng của chúng dưới đây bao gồm các kỹ thuật giải trình tự thế hệ mớivà thế hệ thứ 3 đang được sử dụng để tìm hiểu sự bất thường trong cấu trúc di truyền có thểliên quan đến cácbệnh.
Array of sunshine
Một nhà di truyền học tế bào có chuyên môncó thể phát hiện sự rối loạnnhiễm sắc thể nhờ nhuộmGram kiểu nhân ở độ phân giải vài megabase [mb]. Các kỹ thuật FISH nhất định có thể giảm độ phân giải xuống còn khoảng 1kb, nhưng chỉ có thể phân tích một hoặc một vài trình tự trong một lần.
Để đạt được độ phân giải nhưvậycho sự biến đổi số lượng bản sao [copy number variation- CNV] ở quy mô lớn, các nhà di truyền tế bào sử dụng microarray [vi mảng]. Microarray sử dụng các trình tự oligonucleotide ngắn [khoản 60 mer] đã được đánh số và gắn trên một bề mặt rắn [hạt bead, lam kính, các đĩa 96 hay 384 giếng], để lai [bắt cặp] với các đoạn nhiễm sắc thể mẫu. Việc lai hệ gen tương đối với mảng[array-comparative genomic hybridization aCGH], mẫu kiểm tra gắnchất phát huỳnh quang màu xanh được trộn với mẫu đối chứng gắn chất phát huỳnh quang màu đỏ [hoặc ngược lại], và cả hai sẽ cạnh tranh để gắn vào đầu dò oligo. Tín hiệu màu xanh phát ra thể hiệncó một bản sao tại vị trí đó, tín hiệu màu đỏ cho thấy sự vắng mặt của cácđoạn ADN dạng thẳng, và màu vàng cho thấy không có sự thay đổi nào. Một vài array [mảng] thay vì lai thì sẽ là mẫu kiểm tra với đầu dò, với cường độ các tín hiệu cho biết số bản sao. Những array [mảng] này thường được so sánh với một cơ sở dữ liệu tham chiếu.
Với việc Roche ngừng dòng sản phẩm Nimblegen microarray của nó, hiện nay còn ba nhà cung cấp cho thị trường Bắc Mỹ là Agilent, Illumina, và Affymetrix, theo Kim Caple, phó chủ tịch cao cấp của Affkymetrix, bộ phận kinh doanh lâm sàng, đơn vị kinh doanhphân tích di truyền. Bà cho biết thêm Oxford Gene Technology [OGT] là nhà cung cấp chủ yếu cho thị trường Châu Âu. [Tôi có thể nói rằngOGT và Agilent cơ bản là giống nhau, trong đó OGT thiết kế nhưng thực tế thì nó được inbởi Agilent, Chaubey cho biết].
Các CNV microarray có thể thực hiện cho toàn bộ hệgen, hoặc có thể sử dụng làđích để nhắm đến một bộ các gen đặc hiệunào đó hoặc cácbộ sản phẩm sản xuất sẵn hoặc sản phẩm sản xuất theo yêu cầu. Ví dụ như Greenwood chạy với các Affymetrix CytoScan® array nếu một bệnh nhân cóchứng tự kỷ và co dật, Chaubey cho biết. Nền tảng Affy với 2,7 triệu đầudò, có phạm vi bao phủ các gen tốt; các SNPs [đa hình các nucleotide đơn] cho phép xác định các trường hợp hai bản sao của nhiễm sắc thể có cùng một nguồn gốc bố hoặc mẹ và trường hợp di truyền tính trạng lặn ở nhiễm sắc thể thường. Tuy nhiên nền tảng này thiếu độ bao phủ mỗi exon ở mỗi gen. Vì vậy nếu một bất thường bị nghi ngờ có liên kết với nhiễm sắc thể X, Greenwood đôi khi phải chạy với cácarray [mảng] OGT CytoSureTMnhiễm sắc thể X, những array này bao phủ tất cả gen trên nhiễm sắc thể X và mỗi exon của các gen đó Chaubey cho biết.
Mặc dù các đoạn oligo dài 60-mer có thể truy vấn rằng liệu mẫu kiểm tra có các trình tự bổ sung hay không, nhưng chúng không thể cho biết vị trí các trình tự đó trong bộ gen. Chẳng hạn như 2 bản sao nằm cách một megabase trên cùng nhiễm sắc thể sẽ cho kết quả giống với 2 bản sao nằm trên nhiễm sắc thể khác nhau trên một microarray. Tương tự, một trình tự đã chuyển vị sẽ được phát hiện nếu nhưtrình tự đó ở vị trí bình thường ban đầu.
Giải trình tự
Mike Lyons, nhà di truyền học liên kết lâm sàng và đồng lãnh đạo dịch vụ lâm sàng tại Greenwood, sử dụng microarray như là kiểm tra di truyền thế hệ đầu tiên, thường được kết hợp với phân tích nhiễm sắc thể để đảm bảo rằng không có sự sắp xếp lại các trình tự mà không phát hiện trên microarray. Nếu vẫn không có kết quả, ông có thể yêu cầu một kiểm tra NGS chuyên biệt ví dụ như một khảo sát tự kỷ sẽ xem xét thêm 80 gen có liên quan với bệnh tự kỷ và hy vọng tìm thấy sự bất thường của một trong các gen đượcbiết là có liên kết với cácbiểu hiện lâm sàng. Tuy nhiên trong trường hợp không có triệu chứng rõ ràng hoặc chỉ có khiếm khuyết về trí tuệ hoặc phát triển không đặc hiệu, không có một nghi ngờ nào vềbiểu hiện lâm sàng cụ thể, do vậy [trình tự] exom có nhiều khả năng sẽ giúp chẩn đoán được trường hợp đó Lyons cho biết.
Khi tăngcơ sở dữ liệu exom, và có nhiều thuật toán tốt hơn để sàng lọc những biến thể chưa biết cáimà làm phức tạp quá trình phân tích. Mặc khác,đối với việcgiải trình tự toàn bộ hệ gen [whole genome sequencing- WGS] chỉ là một lượng các dữ liệu mà quá nhiều gây khó khăn cho việc thiết lập các chẩn đoán lâm sàng trên nhiều bệnh nhân khác nhau, vì vậy về mặt lâm sàng chúng tôi chưa thực hiện việc đó.
NGS có thể phát hiện các đột biến mất đoạn và lặp đoạn ở độ phân giải tốt hơn nhiều lầntheo cấp số nhân so với các kỹ thuật phân tử trong di truyền học tế bào, và với việc chuẩn bị dựa trên việc đọc theo cặpvà các kỹ thuật phân tích NGS cũng có thể được sử dụng để phát hiện các điểm bị đứt và các sự kiện cân bằng bao gồm đảo đoạn và chuyển đoạn, Evan Eichler giáo sư về khoa học hệgen tại đại học Washington cho biết. Tuy nhiên, với việc giải tình tự bộ gen ở quy mô lớn vàcác trình tự có độ lặp cao như các trường hợp thường gặp thì NGS nhìn chung không thể xác định vị trí các điểm đứt gãy một cách chính xác.
Vì vậy mà có sự xuất hiện của giải trình tự thế hệ thứ ba hay thế hệ mới [ít ra là ở các phòng nghiên cứu]. Bộ kit P6-C4 mới nhất của Pacific Bioscieces [PacBio] cho phép đọc trung bình hơn 10000 bazo của một phân tử đơn, với nhiều trường hợp hơn 30000 bazo, Jonas Korlach giám đốc khoa học cho biết. Khả năng đọc các đoạn dài này gúp PacBio trở thành cầu nối giữa di truyền học tế bào truyền thống và di truyền phân tử SNP và các trình tự ngắn.
Công nghệ của BioNano Genomics cũng có thể được xem là cây cầu thiết yếu Chaybey cho biết. Thay vì giải trình tự, hệ thống Irys NanoChannel của công ty khảo sát các phân tử ADNdài có trọng lương phân tử cao được đánh dấu bằng các mẫu dò phát quang chuyên biệt, từ đó cho biết thông tin không chỉ về sự thay đổi số lượng bản sao mà còn về sự biến dạng trong cấu trúc.
Các việc cần phải làm
Một ngày nào đó, sự tái sắp xếp của bộ gen sẽ làm cho di truyền học tế bào truyền thống trở nên lỗi thời không chỉ với mỗi SNP mà còn với mỗi sự khác thường trong cấu trúc do đó đặt ra yêu cầu phải đọc được ngay trình tự [mặc dù để diễn ra điều này, Eichler nghĩ thông số đầu vàocủa PacBio sẽ phải tăng hơn nữa, và giảm chi phí giải trình tự, theo cấp số nhân. Ông cũng cho biết, thêm vào đó là các đoạn trình tự đọc dài hơn nhiều sẽ đòi hỏi việc ráp nối hoàn toàn các vùng trình tự phức tạp của bộ gen người]. Đến nay, nghiên cứu vềchẩn đoán và lâm sàng sẽ vẫn được thực hiện hầu nhưlà microarray, phân tích nhiễm sắc thể, và NGS, đôi khi làkỹ thuật đọc tại chỗ FISH.
Dịch và tổng hợp từ Biocompare
BioMedia VN