Trang Chính
Portal
Tìm kiếm
Latest images
Đăng ký
Đăng Nhập
Các nhà khoa học đã phát triển một kỹ thuật giải trình tự mới và phân tích “vật chất tối của sinh vật” – genome của hàng nghìn loài vi khuẩn mà trước đây nằm ngoài “tầm với” của các nhà khoa học, gồm các vi sinh vật sản xuất ra kháng sinh và nhiên liệu sinh học cho đến các vi khuẩn sống trong cơ thể người.
Các nhà khoa học ở UC San Diego đã đăng kết quả nghiên cứu trên tạp chí Nature Biotechnology. Công nghệ đột phá này cho phép các nhà nghiên cứu tập hợp thực sự đầy đủ bộ genome từ các đoạn DNA được tách chiết từ một tế bào vi khuẩn.
Trong khi phương pháp giải trình tự truyền thống đòi hỏi ít nhất một tỷ tế bào đồng nhất, được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Nghiên cứu này mở ra một cánh cửa cho vấn đề giải trình tự ở những vi khuẩn không thể nuôi cấy được.
“Một phần của sự sống là không hoàn toàn nắm bắt được ở mức độ genome,” Gs. Pavel Pevzner, người tiên phong trong việc ứng dụng các thuật toán vào công nghệ giải trình tự DNA, cho biết. Ông đã phát triển một thuật toán giúp nâng cao khả năng thực hiện của phần mềm sử dụng trong giải trình tự các DNA từ tế bào vi khuẩn. Các chương trình này trước đây chỉ hoàn phục được 70 phần trăm lượng gen. “Thuật toán tập hợp mới này giải quyết được 90 phần trăm lượng gen từ một tế bào đơn, chưa phải là 100 phần trăm. Nhưng nó cũng đang hướng tới sự hoàn hảo cho công nghệ giải trình tự hiện đại: các nhà sinh học hiện nay đạt được 95 phần trăm lượng gen nhưng họ phải nuôi cấy tới một tỷ tế bào để có thể đạt được kết quả này,” Gs. Tesler nói.
Vi khuẩn có vai trò rất quan trọng đối với sức khỏe con người. Chúng chiếm 10 phần trăm trọng lượng cơ thể người và có thể thấy bất kỳ đâu trên cơ thể người từ dạ dày đến miệng. Một số vi khuẩn như E. coli, có thể gây ra nhiều tác hại. Một số khác giúp chúng ta tiêu hóa. Tuy nhiên một số khác, trong các nghiên cứu gần đây được phát hiện ra là có thể làm thay đổi hành vi của chúng ta như làm cho chúng ta ăn nhiều hơn cần thiết. Đây là lý do vì sao phải phân tích genome của vi khuẩn, và công việc này sẽ giúp nhà khoa học hiểu được “cách hành xử” của vi khuẩn.
Giải trình tự vi khuẩn không thể nuôi cấy được
Công cụ giải trình tự hiện đại đòi hỏi lượng DNA từ một tỷ tế bào vi khuẩn để thiết lập một bộ genome đầy đủ. Các nhà sinh học thường xuyên phải nuôi cấy một lượng vi khuẩn cần thiết trong phòng thí nghiệm. Đó là cách họ thu thập đủ DNA để giải trình tự E. coli. Nhưng phần đa loài vi khuẩn – 99.9 phần trăm như theo một số nghiên cứu – không thể nuôi cấy được trong phòng thí nghiệm do chúng sống trong những điều kiện môi trường đặc biệt, ví dụ trong sự cộng sinh với vi khuẩn khác hoặc trên da của động vật.
Kỹ thuật MDA (Enter Multiple Displacement Amplification) được phát triển bởi Gs. Roger Lasken một thập kỷ trước. MDA có thể áp dụng cho loài vi khuẩn không nuôi cấy được trong phòng thí nghiệm. Kỹ thuật này có cách thức hoạt động tương tự một máy copy, xuất phát từ một tế bào đơn và tạo bản sao các đoạn trong genome cho đến khi nó tạo ra một lượng tế bào khoảng một tỷ tế bào. Năm 2005, lần đầu tiên Lasken và đồng nghiệp sử dụng MDA để giải trình tự DNA của một tế bào đơn.
Hình minh họa (từ The Independent)
Tuy nhiên, MDA là một máy copy tế bào thông minh với các chương trình giải trình tự thực hiện trong một thời gian nhất định. Các bản sao DNA mà MDA tạo ra mang nhiều lỗi và không thể khuếch đại đồng bộ: một số mảnh genome được sao chép hàng nghìn lần, trong khi một số đoạn chỉ là một hoặc hai lần. Các thuật toán giải trình tự hiện đại không thể giải quyết được sự chênh lệch này. Thực tế, chúng tôi có dự định loại bỏ các mảnh genome chỉ được sao chép một vài lần khi giải trình tự lỗi, mặc dù chúng có thể có vị trí quan trọng trong việc giải trình tự cả genome. Và thuật toán được nhóm của Gs. Pevzner đã thay đổi được điều này. Nó đã giữ lại được các đoạn genome này và sử dụng chúng để hoàn thiện kết quả giải trình tự.Các nhà nghiên cứu đã giải trình tự tế bào đơn E. coli bằng phương pháp này để xác định sự chính xác của thuật toán và đạt được 91 phần trăm genome của E. coli, gần bằng kết quả của kỹ thuật truyền thống thực hiện với các tế bào nuôi cấy. Tỷ lệ này cũng cung cấp đủ dữ liệu để trả lời nhiều câu hỏi sinh học quan trọng, như kháng thể nào ở một loài vi khuẩn sẽ được tạo ra. Đây cũng là lần đầu tiên, kỹ thuật này cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện các thử nghiệm sâu hơn để tìm ra protein và peptide nào mà vi khuẩn sống trong cơ thể người tạo ra để giao tiếp với các vi khuẩn khác và với vật chủ.
Vật chất tối của sự sống
Các nhà khoa học sau đó đã thử nghiệm với một loài vi khuẩn biển chưa từng được giải trình tự - phần “vật chất tối” của sự sống. Họ không chỉ giải trình tự genome của vi khuẩn này, mà còn phân tích nó và có thể thu được thông tin về cách thức sống và sự di chuyển của chúng. Và các thông tin giải nghĩa bộ genome đầu tiên mà thu được bằng kỹ thuật MDA được đưa vào GenBank - cơ sở dữ liệu trình tự gen. Với sự hỗ trợ của thuật toán mới này, có thêm hàng nghìn kế hoạch giải trình tự đang được chuẩn bị tiến hành.
Nhóm của Gs. Pevzner đang nghiên cứu nâng cấp lên thế hệ thứ hai cho thuật toán này, cải thiện kỹ thuật MDA để tốt hơn. Gs. Lasken lưu giữ vài trăm ồng nghiệm chứa vi khuẩn chưa được biết đến trong phòng thí nghiệm của ông tại Viện Venter, La Jola, Calif. Mỗi ống là một loại vi khuẩn mà các nhà khoa học sẽ sớm khám phá ra khi sử dụng phương pháp này bởi nỗ lực liên tục của các nhà nghiên cứu ở Viện Venter.
Và “Đó là một bước đi lớn tiếp theo”, Gs. Lasken bày tỏ.
Nguồn: http://ireb.hueuni.edu.vn/modules.php?name=News&op=viewst&sid=290
