Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

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. 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.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/02/200224111330.htm