- GIẢI TRÌNH TỰ GEN THẾ HỆ MỚI Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Đỗ Tấn Khang 1. - Chẩn đoán, di truyền, gen, giải trình tự thế hệ mới (NGS), ung thư Keywords:. - Giải trình tự thế hệ mới (NGS) là một trong những công cụ hiện đại hỗ trợ đắc lực trong việc giải trình tự DNA. - Ở Việt Nam, đặc biệt là vùng Đồng bằng sông Cửu Long nhiều viện, trường, bệnh viện đã đầu tư hệ thống giải trình tự thế hệ mới. - Tiềm năng mở rộng ứng dụng công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới ở Đồng bằng sông Cửu Long.. - Giá giải trình tự bộ gen vi khuẩn sử dụng công nghệ nanopore chỉ tốn khoảng 1.000 đô la Mỹ (Kulski, 2016) (Bảng 1).. - Bảng 1: Đặc điểm về thời lượng và giá của một số thiết bị giải trình tự thế hệ mới (Kulski, 2016). - (Yadav et al., 2014. - có khoảng 15 máy giải trình tự thế hệ mới đã được lắp đặt (Bảng 2). - Bảng 2: Các đơn vị trang bị hệ thống giải trình tự thế hệ mới ở thành phố Hồ Chí Minh và vùng ĐBSCL. - Có định hướng triển khai về ung thư 3 Viện Y tế Công cộng Giải trình tự virus, vi khuẩn. - 8 Trường Đại học Kiên Giang Ứng dụng giải trình tự cộng đồng vi sinh vật. - 2 CÁC ỨNG DỤNG CỦA GIẢI TRÌNH TỰ THẾ HỆ MỚI TRONG Y KHOA. - Trong huyết thanh bệnh nhân, có một thành phần nhỏ các tế bào khối u tuần hoàn (CTC) và các phân tử DNA tự do (cfDNA) là mục tiêu di truyền cho các xét nghiệm (Sausen et al., 2014). - Mellis et al., 2018). - Bộ đôi NGS và cfDNA đã giúp các nhà nghiên cứu cũng các bác sĩ lâm sàng có những bước tiến vượt bật trong việc tầm soát, chẩn đoán và điều trị các bệnh nguy hiểm, giảm chi phí điều trị và đặc biệt gia tăng tỉ lệ sống đối với các bệnh nhân ung thư một cách đáng kể (Paolillo et al., 2016).. - Trước đây, khi chưa phát hiện ra tế bào thai nhi tự do lưu hành trong huyết thanh người mẹ (cell – free fetal DNA gọi tắt là cffDNA), người phụ nữ mang thai thường được chỉ định thực hiện những xét nghiệm sàng lọc trước sinh truyền thống như siêu âm, chọc ối, triple test (Beta et al., 2018). - Những thủ thuật xâm lấn này có mang một nguy cơ xảy thai nhất định, đặc biệt đối với những thai phụ lớn tuổi hoặc có tiền sử các bệnh nguy hiểm liên quan đến thai kỳ (Niederstrasser et al., 2017). - Hơn thế nữa, để chẩn đoán một cách chính xác hơn, các phương pháp truyền thống này thường được thực hiện ở những giai đoạn sau của thai kỳ và đây sẽ là hạn chế lớn nếu như có sự can thiệp trong điều trị bệnh (Liao et al., 2014).. - tổng lượng cfDNA có trong huyết thanh của người mẹ (Liao et al., 2014). - Nhờ vào cffDNA và các kỹ thuật hiện đại của công nghệ sinh học, đặc biệt là NGS đã cho phép thực hiện lâm sàng những sàng lọc bất thường phổ biến trong thai nhi như rối loạn về số lượng nhiễm sắc thể thường, mất đoạn trên nhiễm sắc thể thường, rối loạn nhiễm sắc thể giới tính hoặc rối loạn đơn gen (Wei et al., 2011. - Taneja et al., 2016).. - Ứng dụng công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới, toàn bộ gen đã được kiểm tra chính xác. - Cụ thể Palomaki et al.. - 99,99 cho tam nhiễm 18 và 91,7% cho tam nhiễm 13 (Palomaki et al., 2011). - (Bảng 3) (Taneja et al., 2016).. - Phụ nữ mang thai từ 10 tuần thai đã có thể được xét nghiệm NIPT, do đó tình trạng bệnh và dị tật thai ở các nước này được kiểm soát rất chặt chẽ (Norton et al., 2012;. - Kotsopoulou et al., 2015. - Bảng 4: Thông số kỹ thuật một số kit NIPT thương mại tại Mỹ (nguồn Agarwal et al., 2013) Nơi sản xuất Sequenin Lab Illumina Roche Natera Inc Tên bộ kit Materni T21 Plus Verifi prenatal Harmony prenatal Panorama. - bị tật do bất thường NST, mà còn được sử dụng rất nhiều trong các rối loạn di truyền khác ở thai nhi như fetal rhesus D determination (Saramago et al., 2018), bệnh liên quan tới NST giới tính như duchenne (Parks et al., 2016) và các bệnh do rối loạn đơn gen (Lench et al., 2013. - Verhoef et al., 2016). - (Van et al., 2017). - Tuy nhiên, một trong những hạn chế lớn nhất của các kỹ thuật sinh học phân tử này là độ chính xác chỉ phù hợp trong trường hợp đột biến tại một điểm, nhưng không thể phát hiện bệnh do đột biến nhiều điểm như bệnh thanataphoric dysplasia (Chitty et al., 2015). - Cụ thể, Chitty et al., 2015 đã phát triển một hệ gen đột biến (panel of mutation) dành cho bệnh loạn sản xương nguyên nhân là do đột biến ở nhiều vị trí khác nhau trên gen FGFR3 và đã chứng minh độ chính xác vượt trội khi so sánh với phương pháp PCR-RELP trước đó. - Những nghiên cứu và áp dụng trong chẩn đoán rối loạn gen lặn khác như ở bệnh xơ nang (Hill et al., 2015) và. - thalassemia (Xiong et al., 2015) đang được tiến hành rộng rãi ở các phòng thí nghiệm trên thế giới, và hướng đến phát triển các kit chẩn đoán ở phổ rộng nhiều đột biến và nhiều gen hơn chỉ trong một phản ứng.. - Trong lĩnh vực điều trị các bệnh ung thư, những năm gần đây NGS đã đóng góp đắc lực vào các lĩnh vực như tầm soát ung thư di truyền (Price et al., 2018), chẩn đoán ung thư giai đoạn sớm (Paolillo et al., 2016) và phát hiện đột biến kháng thuốc trong quá trình điều trị ung thư (Xue and Wilcox, 2016) đã và đang mang lại những kết quả rất khả quan.. - các loại bệnh ung thư (Stanislaw et al., 2016). - Ngoài ra, đột biến xảy ra trên nhóm gen MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 và EPCAM được phát hiện ở những bệnh nhân có hội chứng Lynn, tiền thân của ung thư trực tràng (Rahner et al . - Và số lượng các gen tương tự ngày càng được phát hiện (Gardner et al., 2018).. - Với công nghệ giải trình tự thế hệ mới, các nhà khoa học đã nhận biết chính xác trình tự đột biến cùng một lúc số lượng rất lớn các gen liên quan tới các bệnh ung thư di truyền. - Bảng 5: Một số bộ kit thương mại tầm soát ung thư ứng dụng kỹ thuật NGS (Paolillo et al., 2016). - Nguyên nhân của hiện tương này được cho là do đột biến các gen liên quan (Adashek et al., 2018).Với công nghệ giải trình tự thế hệ mới, toàn bộ quá trình điều trị của bệnh được kiểm soát một cách chặt chẽ, theo dõi khả năng đáp ứng điều trị và phát hiện ra đột biến kháng thuốc phát sinh trong quá trình điều trị một cách chuẩn xác. - Với việc xác định được nguyên nhân do đột biến gen cụ thể, những thuốc điều trị đích sẽ được sử dụng để ức chế gen đột biến, đúng liều và đúng thời điểm, qua đó mang lại hiệu quả điều trị cao nhất (Stanislaw et al., 2016).. - 3 CÁC TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIẢI TRÌNH TỰ THẾ HỆ MỚI TRONG THỦY SẢN Ở ĐBSCL. - Trong lĩnh vực thủy sản, công nghệ NGS đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới, giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về tổ chức, cấu trúc, chức năng cũng như sự tiến hoá của bộ gen của động vật thuỷ sản (Yáñez et al., 2015. - Robledo et al., 2017).. - Bên cạnh đó, công nghệ NGS còn được ứng dụng trong việc quản lý bệnh truyền nhiễm trên động vật thủy sản, ví dụ như giải trình tự toàn bộ bộ gen của vi khuẩn và vi-rút gây bệnh cho động vật nuôi thủy sản để giảm thiểu sự xuất hiện và lây lan của bệnh (Bayliss et al., 2017. - Nkili-Meyong et al., 2017), trong các nghiên cứu về độc chất học trong môi trường nước (Mehinto et al., 2012) hay trong các nghiên cứu về đa dạng sinh học của sinh vật biển. - Nguyên nhân bùng phát bệnh có thể do sự tiến hoá của các chủng mới (Côté et al., 2008), sự lan truyền của các chủng giữa các quốc gia thông qua xuất nhập con giống, cá thể trưởng thành, cá thể bố mẹ hoặc do các tác động của biến đổi môi trường (Marcos-López et al., 2010;. - Ngoài ra, chủng mới xuất hiện có thể do thay đổi vật chủ trong quá trình nuôi ghép hoặc từ những sinh vật hội sinh trong cùng một loài, điều này có thể do đột biến hoặc sự lan truyền theo chiều ngang giữa các gen mang độc lực thông qua sự tái tổ hợp giữa các chủng gây bệnh trước đó (Wijegoonawardane et al., 2009).. - Công nghệ NGS, đặc biệt là illumina miseq, cho phép giải trình tự toàn bộ hệ gen của vi khuẩn và vi rút gây bệnh (Nkili-Meyong et al., 2017). - Hơn 20 hệ gen tham chiếu của vi khuẩn, vi rút gây bệnh trên động vật thủy sản đã được công bố, cung cấp phần lớn thông tin về trình tự gen của các chủng vi khuẩn, vi rút khác nhau trong cùng một loài, cho thấy sự biến đổi trong hệ gen của loài, từ đó tìm lại nguy cơ bùng phát và phương thức lan truyền thông qua các biến thể gen cũng như cung cấp thông tin dự đoán liên quan đến các kiểu hình quan trọng (Bayliss et al., 2017). - Barnes et al. - (2016) đã giải trình tự 51 hệ gen của vi khuẩn Yersinia ruckeri, một tác nhân gây bệnh phổ biến trên cá hồi. - cho cá chép (Cyprinus carpio carpio) và cá chép koi (Cyprinus carpio koi), kết quả cho thấy độ tương đồng giữa các chủng là 99%, với phần lớn sự khác biệt nằm trên các vùng lặp lại liền kề khác nhau (variable number of tandem repeats – VNTRs) (Avarre et al., 2011). - Dựa trên dữ liệu của hệ gen và hệ phiên mã, Ordas et al. - Trong một nghiên cứu khác, Zhang et al. - Cho đến năm 2017, với những tiến bộ của công nghệ NGS, trình tự toàn hệ gen của hơn 24 loài động vật thủy sản đã được công bố (Yue and Wang, 2017) trong đó có cá tuyết Đại Tây Dương (Star et al., 2011), hào Thái Bình Dương (Zhang et al., 2012. - cá chép (Xu et al., 2014), cá rô phi (Xia et al., 2014. - Ví dụ, 4 locus điều khiển tính trạng (quantitative trait loci - QTL) kháng bệnh columnaris trên cá da trơn (Ictalurus spp.) (Geng et al., 2015) và 9 QTL kháng bệnh do vi khuẩn Vibrio anguillarum trong hệ gen của cá bơn Nhật (Paralichthys olivaceus) (Shao et al., 2015) đã được xác định. - Công nghệ NGS cũng đã được sử dụng để nghiên cứu những thay đổi trong biểu hiện gen để đáp ứng với stress và cơ chế tử vong do stress trong cá cơm Nhật Bản, Coilia nasus (Du et al., 2014). - Điều này cho thấy ruột trước đóng một vai trò quan trọng trong cơ chế điều chỉnh khả năng chịu mặn của cá rô phi (Ronkin et al., 2015).. - Ứng dụng công nghệ NGS giúp nâng cao kiến thức về chọn lựa giới tính trong NTTS, như các nghiên cứu về kiểu gen qui định kiểu hình giới tính trên cá rô phi Oreochromis noliticus (Palaiokostas et al . - Phạm Thị Trang Nhung và Dương Thúy Yên, 2014) cũng như các nghiên cứu về dịch tễ học, tìm hiểu đặc điểm gen của tác nhân gây bệnh đốm trắng trên tôm cũng như con đường lan truyền của nó ở mức độ phân tử (Hoa et al., 2012a. - Hoa et al., 2012b) đã được thực hiện ở ĐBSCL. - Những tiến bộ mang tính cách mạng trong công nghệ giải trình tự DNA là sự ra đời của kỹ thuật giải trình tự thế hệ mới (NGS). - 4.1 NGS trong giải mã trình tự bộ gen thực vật. - Hai năm sau đó, bộ gen của cây lúa đã được giải mã (Goff et al., 2002. - Yu et al., 2002). - (3) Trình tự bộ gen thực vật cung cấp những thông tin quan trọng, hữu ích sẽ được ứng dụng trong việc ly trích những gen mục tiêu ở các loài mới.. - còn lại được giải trình tự bộ gen với các mục đích khác nhau. - 8 Legume Information System http://legumeinfo.org Công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới và kỹ. - Kỹ thuật giải trình tự thế hệ mới (next- generation sequencing – NGS) được ứng dụng giải mã bộ gen thực vật tạo ra cơ hội cho các nhà nghiên cứu hiểu được các đặc tính, cấu trúc, và thành phần các gen trong bộ gen thực vât. - Avarre, J.C., Madeira, J.P., Santika, A., et al., 2011.. - Bayliss, S.C., Verner-Jeffreys, D.W., Bartie, K.L., et al., 2017. - Bombarely, A., Menda, N., Tecle, I.Y., et al., 2011.. - Chitty, L.S., Mason, S., Barrett, A.N., et al., 2015.. - Dash S., Campbell, J.D., Cannon, E.K., et al., 2016.. - Fernandez-Pozo, N., Menda, N., Edwards, J.D., et al., 2015. - Gardner, S.A., Weymouth, K.S., Kelly, W.S., et al., 2018. - Goff, S.A., Ricke, D., Lan, T.H., et al., 2002. - Gonzales, M.D., Archuleta, E., Farmer, A., et al., 2005. - Hill, M., Twiss, P., Verhoef, T.I., et al., 2015. - Lench, N., Barrett, A., Fielding, S., et al., 2013. - Niederstrasser, S.L., Hammer, K., Möllers, M., et al., 2017. - Norton, M.E., Brar, H., Weiss, J., et al., 2012. - Ordas, A., Hegedus, Z., Henkel, C.V., et al., 2011.. - Palomaki, G.E., Kloza, E.M., Lambert-Messerlian, G.M., et al., 2011. - Parks, M., Court, S., Cleary, S., et al., 2016. - Saramago, P., Yang, H., Llewellyn, A., et al., 2018.. - Shao, C., Niu, Y., Rastas, P., et al., 2015. - Star, B., Nederbragt, A.J., Jentoft, S., et al., 2011. - Taneja, P.A., Snyder, H.L., de Feo, E., et al., 2016.. - Verhoef, T.I., Hill, M., Drury, S., et al., 2016. - Wei, X., Ju, X., Yi, X., et al., 2011. - Xia, J.H., Wan, Y.Z., Zhen, L., et al., 2014.. - Xiong, L., Barrett, A.N., Hua, R., et al., 2015. - Xu, P., Zhang, X., Wang, et al., 2014. - Zhang, G., Fang, X., Guo, X., et al., 2012