CÁC ỨNG DỤNG CHÍNH CỦA GIẢI TRÌNH TỰ SANGER TRONG NGHIÊN CỨU VÀ CHẨN ĐOÁN

Tóm tắt

1. Giới thiệu

          2. Các ứng dụng chính

2.1. Kiểm tra và xác nhận trình tự gen

2.2. Phát hiện đột biến điểm

Sanger vẫn là phương pháp chính để phát hiện các đột biến điểm (SNPs) và các đột biến nhỏ khác, chẳng hạn như chèn hoặc xóa một vài nucleotit.

• Trong Y học: Kỹ thuật này đóng vai trò then chốt trong chẩn đoán các bệnh di truyền. Ví dụ, để xác định nguy cơ mắc ung thư vú và ung thư buồng trứng, các bác sĩ có thể giải trình tự gen BRCA1 và BRCA2 bằng Sanger để tìm kiếm các đột biến đặc trưng. Tương tự, nó được dùng để chẩn đoán xơ nang (cystic fibrosis) bằng cách phân tích các đột biến phổ biến trên gen CFTR. Vì Sanger có độ chính xác rất cao và có thể phát hiện các đột biến hiếm, nó đặc biệt hữu ích cho việc chẩn đoán các bệnh di truyền đơn gen.
• Trong Thú y: Sanger giúp phát hiện các đột biến kháng thuốc ở vi khuẩn gây bệnh trên động vật. Ví dụ, giải trình tự gen mecA có thể giúp xác định chủng tụ cầu vàng (Staphylococcus aureus) kháng methicillin ở chó.

          2.3. Định danh vi sinh vật

Giải trình tự Sanger là một phương pháp nhanh chóng và đáng tin cậy để định danh các loài vi sinh vật mà không cần nuôi cấy phức tạp.

• Đối với Vi khuẩn: Người ta thường giải trình tự gen 16S rRNA, một gen có mặt ở hầu hết các loài vi khuẩn và có tốc độ tiến hóa chậm. Bằng cách so sánh trình tự này với cơ sở dữ liệu quốc tế như NCBI GenBank, các nhà khoa học có thể xác định chính xác loài vi khuẩn trong mẫu.
• Đối với Nấm: Tương tự, các vùng gen ITS (Internal Transcribed Spacer) được sử dụng để định danh nấm.
Ứng dụng này rất phổ biến trong các lĩnh vực như kiểm tra an toàn thực phẩm, giám sát môi trường, và chẩn đoán bệnh thủy sản – thú y. Ví dụ, khi phát hiện một chủng vi khuẩn mới gây bệnh trên tôm, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng Sanger để định danh loài, từ đó xác định phương pháp điều trị phù hợp.

         2.4. Kiểm tra mẫu chuẩn và tham chiếu

Trong kỷ nguyên của các công nghệ giải trình tự thế hệ mới (NGS – Next-Generation Sequencing), Sanger vẫn giữ một vai trò quan trọng: đóng vai trò chuẩn đối chiếu (gold standard).
Do NGS có thể tạo ra một lượng dữ liệu khổng lồ nhưng đôi khi lại có lỗi ở những đoạn lặp lại hoặc trình tự phức tạp, người ta thường dùng Sanger để xác nhận tính chính xác của dữ liệu NGS ở những vùng gen quan trọng hoặc nghi ngờ. Ví dụ, khi một nghiên cứu NGS phát hiện một đột biến mới, các nhà khoa học sẽ chạy lại giải trình tự bằng phương pháp Sanger trên đoạn DNA đó để xác nhận rằng đột biến này là có thật chứ không phải là một lỗi của máy.

          2.5. Phân tích kiểu gen các vùng ngắn

Giải trình tự Sanger rất hiệu quả cho việc phân tích các vùng gen mục tiêu ngắn, giúp các nhà khoa học khám phá sự đa dạng di truyền trong quần thể.

• Trong Nghiên cứu Di truyền Quần thể: Sanger được dùng để tìm kiếm các marker di truyền (genetic markers), chẳng hạn như SNPs, để theo dõi lịch sử tiến hóa, sự di cư của các loài, hoặc sự phân bố của một gen trong một quần thể.
• Trong Chọn giống: Kỹ thuật này giúp phát hiện các gen liên quan đến các đặc tính mong muốn, ví dụ như năng suất cao, khả năng chống chịu sâu bệnh ở thực vật, hoặc khả năng tăng trưởng tốt ở vật nuôi, từ đó hỗ trợ công việc chọn giống và lai tạo.

         2.6. Chẩn đoán phân tử trong y học và thú y

Kết hợp với phản ứng chuỗi polymerase (PCR), Sanger tạo thành một bộ công cụ chẩn đoán phân tử mạnh mẽ.
Đầu tiên, một đoạn DNA mục tiêu từ mẫu bệnh phẩm sẽ được khuếch đại bằng PCR, sau đó được giải trình tự bằng Sanger để tìm kiếm các marker genotypic đặc trưng.

• Phát hiện mầm bệnh: Kỹ thuật này có thể xác định các gen đặc trưng của vi khuẩn, virus hoặc ký sinh trùng gây bệnh, giúp chẩn đoán sớm và chính xác.
• Phân tích kháng thuốc: Sanger giúp xác định các gen kháng thuốc như bla (kháng beta-lactam) ở vi khuẩn, mecA (kháng methicillin), hoặc vanA (kháng vancomycin), từ đó giúp bác sĩ và chuyên gia thú y lựa chọn loại kháng sinh hiệu quả nhất.

          2.7. Theo dõi và giám sát dịch tễ

Trong lĩnh vực y tế công cộng và dịch tễ học, giải trình tự Sanger đóng vai trò quan trọng trong việc truy vết nguồn gốc dịch bệnh và phân nhóm các chủng mầm bệnh.

• Truy vết nguồn gốc: Bằng cách giải trình tự các gen mục tiêu từ các mẫu bệnh phẩm lấy ở nhiều địa điểm khác nhau, các nhà dịch tễ học có thể so sánh và xác định mối quan hệ di truyền giữa các chủng, từ đó truy tìm nguồn lây nhiễm ban đầu. Ví dụ, trong một đợt bùng phát dịch bệnh, Sanger có thể giúp xác định liệu các ca bệnh có chung một nguồn lây hay không.
• Giám sát và phân nhóm: Kỹ thuật này cho phép phân loại và giám sát các chủng vi khuẩn hoặc virus đang lưu hành. Ví dụ, nó được dùng để theo dõi sự lây lan của các chủng vi khuẩn kháng thuốc tại bệnh viện hoặc giám sát các chủng cúm ở gia cầm để dự đoán nguy cơ lây nhiễm sang người.

3. Kết luận

Mặc dù NGS đã trở thành công nghệ chủ lực trong nghiên cứu hệ gen, giải trình tự Sanger vẫn duy trì vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng thực tiễn, đặc biệt là ở những trường hợp cần độ chính xác cao, chi phí thấp và độ tin cậy vượt trội. Do đó, Sanger vẫn là một công cụ nền tảng trong sinh học phân tử, y học, thú y và giám sát dịch tễ.

Tài liệu tham khảo

• Sanger, F., Nicklen, S., & Coulson, A. R. (1977). DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proceedings of the National Academy of Sciences, 74(12), 5463–5467. https://doi.org/10.1073/pnas.74.12.5463
• Shendure, J., & Ji, H. (2008). Next-generation DNA sequencing. Nature Biotechnology, 26(10), 1135–1145. https://doi.org/10.1038/nbt1486
• Heather, J. M., & Chain, B. (2016). The sequence of sequencers: The history of sequencing DNA. Genomics, 107(1), 1–8. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2015.11.003
• McGinn, S., & Gut, I. G. (2013). DNA sequencing – spanning the generations. New England Journal of Medicine, 369(5), 487–488. https://doi.org/10.1056/NEJMp1303909