Giải trình tự gene thế hệ mới và tình hình ở Việt Nam

Trong cuốn sách “Homo deus: tương lai của loài người”, tác giả Yuval Harari dành một phần khá lớn thời gian để phân tích những ảnh hưởng của công nghệ gene đến việc chăm sóc sức khoẻ, ngành y tế và cuộc sống của con người trong tương lai. “Chưa bao giờ biết về (bộ gene) chính mình lại dễ dàng và rẻ như thế này”. Điều này có được là nhờ vào những tiến bộ của công nghệ giải trình tự gene thế hệ mới với thời gian và chi phí ngày càng giảm. Vậy công nghệ giải trình tự gene thế hệ mới là gì, có những ưu điểm gì, cần cơ sở trang thiết bị và con người như thế nào?

Công nghệ giải trình tự gene thế hệ mới NGS

Hiện nay, công nghệ giải trình tự gene đang được ứng dụng nhiều ở lĩnh vực chẩn đoán, tầm soát và chữa trị bệnh. Các thai phụ có thể làm những chẩn đoán tiền sinh nhanh và chính xác hơn mà không cần phải chịu những rủi ro và nguy hiểm do chọc ối. Các bệnh di truyền có thể được phát hiện sớm hơn. Với những bệnh di truyền hiếm gặp, việc giải trình tự bộ gene có thể giúp bác sĩ tìm ra nguyên nhân bệnh nhanh hơn. Trong điều trị, kết quả giải trình tự DNA của bệnh nhân có thể giúp các bác sĩ điều chỉnh phác đồ điều trị phù hợp và hiệu quả hơn đối với từng bệnh nhân.

Giải trình tự gene thế hệ mới (Next Generation Sequencing – NGS), như tên gọi của nó, “thế hệ tiếp theo” là để phân biệt với phương pháp giải trình tự thế hệ đầu tiên do Frederick Sanger phát minh vào năm 1977. Vào thời điểm đó, phương pháp Sanger không phải là duy nhất, nhưng hiệu quả và dễ sử dụng hơn cả, nên rất được ưa chuộng. Trong suốt 25 năm sau đó, phương pháp này liên tiếp được cải tiến và tự động hoá để chế tạo thành máy giải trình tự (sequencer) thế hệ đầu tiên và đóng vai trò chủ đạo trong dự án Giải trình tự bộ gene người đã được công bố vào năm 2001.

Vào đầu những năm 2000, một loạt công nghệ mới được phát minh ra nhằm tăng năng suất và hiệu quả trong quá trình giải trình tự DNA. Hiện nay, các dòng máy giải trình tự của Illumina (Miseq, NextSeq, HiSeq…) là phổ biến nhất trên thị trường, được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu cơ bản lẫn chẩn đoán và điều trị.

So sánh khả năng giữa Sanger với NGS (Nguồn ảnh: Internet)

Tiềm năng của NGS

Nếu so sánh các sợi DNA có hình dạng xoắn dài như những sợi mì, thì mỗi tế bào người (thường) có 46 sợi mì (nhiễm sắc thể). Lấy ví dụ một sợi mì nhỏ nhất của người là nhiễm sắc thể thứ 21, có khoảng 50 triệu trình tự. Trong khi đó, các phương pháp hiện nay chỉ giải được cho một cọng mì nhỏ xíu có chiều dài khoảng 500 – 2000 trình tự mà thôi. Như vậy, người ta phải cắt nhỏ sợi mì thứ 21 ra thành 20.000 – 100.000 cọng mì nhỏ để giải (trên thực tế có thể nhiều hơn vì các cọng mì bị cắt ra có thể chồng lên nhau và phải được giải nhiều lần để tăng độ chính xác), rồi ráp nối kết quả lại với nhau. Mỗi lần giải với phương pháp Sanger thường chỉ giải 1 cọng mì nhỏ, nên chi phí khá cao và hiệu quả lại thấp. Ngược lại, phương pháp NGS cho phép xử lý hàng triệu cọng mì nhỏ cùng một lúc, kết quả được ghi chép và lưu trữ dưới dạng dữ liệu tin học. Nếu so sánh việc giải trình tự như đi câu cá, thì phương pháp Sanger giống như đi câu từng con cá, còn NGS là quăng lưới bắt cả mẻ lớn một lần! Vì vậy, hai điểm mạnh của NGS là rút ngắn thời gian và giảm giá thành. Nếu lấy trên đơn vị là 1 triệu trình tự thì tốn 2.400 đô-la Mỹ với phương pháp Sanger và chỉ có 0.05 – 0.15 đô-la Mỹ với NGS! Với giá thành thấp như vậy, nên người ta có thể giải với số lượng nhiều và thu được lượng dữ liệu rất lớn.

Với cách thiết kế đa dạng và linh động, phương pháp giải trình tự gene thế hệ mới có thể được điều chỉnh cho phù hợp với nhiều mục đích khác nhau. Trong ứng dụng, có 3 quy trình phổ biến nhất:

• Giải trình tự cả bộ gene (whole genome sequencing): là xác định trình tự cho cả bộ gene của sinh vật, trong đó có con người. Mặc dù công nghệ hiện nay tiến bộ như vậy, nhưng vẫn chưa có bộ gene của động vật có vú nào, kể cả con người được giải mã hoàn toàn. Mặc dù vẫn còn nhiều hạn chế và thách thức khi ứng dụng rộng rãi, nhưng quy trình này đã tìm ra được các vị trí trong bộ gene có liên quan đến nhiều loại bệnh như tự kỷ, xơ cứng teo một bên, rối loạn trương lực (dystonia)….
• Giải toàn bộ exon (whole exome sequencing): exon chỉ chiếm 1% của bộ gene nhưng chứa thông tin trực tiếp mã hoá cho các protein thực hiện chức năng trong cơ thể. Vì vậy, những thay đổi trình tự của exon có thể liên quan trực tiếp đến bệnh tật hay tình trạng sức khoẻ của con người. Quy trình này đã được thương mại hoá nên dễ thực hiện và khá phổ biến.
• Giải một/vài gene cụ thể: là xác định trình tự của một/vài gene có liên quan đến một loại bệnh nào đó, ví dụ nhóm các gene liên quan đến hội chứng ung thư di truyền. Vì số lượng ít và mục tiêu rõ ràng, nên kết quả và độ chính xác của việc giải trình tự này sẽ cao hơn, còn giá thành sẽ thấp hơn.

Hiện nay, ngoài Mỹ thì Trung Quốc cũng phát triển rất mạnh và nắm giữ nhiều công nghệ giải trình tự mới. Họ cũng đã tự sản xuất ra được máy giải trình tự của riêng họ, nhưng độ chính xác chưa được kiểm chứng một cách đáng tin cậy. Ngoài kinh doanh và lợi nhuận, còn có một vấn đề quan trọng và cấp thiết hơn đáng được quan tâm nếu chúng ta sử dụng công nghệ và dịch vụ của họ. Đó là Trung Quốc sẽ có quyền sở hữu và khai thác dữ liệu về bộ gene của người Việt Nam. Thông tin bộ gene chứa vô vàn thông tin về đặc điểm di truyền, sức khoẻ cá nhân… của người Việt. Đó là một nguồn dữ liệu vô cùng quý giá mà chúng ta dù chưa khai thác được hết nhưng không thể để mất.

Và nếu không muốn viễn cảnh đó xảy ra, thì không cách gì khác là người Việt phải nắm bắt được công nghệ này và đưa vào sử dụng để phục vụ nhu cầu đang ngày một tăng lên trong ngành y tế và sức khoẻ. Và hẳn nhiên, sự chọn lựa và hiểu biết của khách hàng khi sử dụng dịch vụ cũng là một yếu tố quan trọng. Đến nay, rất nhiều hệ thống máy giải trình tự gene của Illumina đã có mặt tại Việt Nam. Hi vọng một ngày không xa, công nghệ này và các ứng dụng của nó sẽ được thực hiện rộng rãi hơn, có tổ chức chặt chẽ và bài bản (kết hợp với tư vấn di truyền) và giá thành thấp hơn, phù hợp với khả năng tài chính của người Việt.

Theo Vy Nguyễn, Từ sinh học đến sức khỏe