Chúng ta là những bức tranh khảm: Sự đa dạng di truyền nằm giữa các tế bào
Các nhà khoa học vừa thực hiện một thí nghiệm ấn tượng: họ giải trình tự toàn bộ bộ gen của hơn 100 tế bào riêng lẻ, lấy từ một người đàn ông 74 tuổi. Kết quả cho thấy bên trong cơ thể ông là một “mớ hỗn độn” di truyền: có tế bào thừa hẳn một nhánh nhiễm sắc thể, có tế bào lại thiếu một đoạn lớn, nhiều đoạn ADN nhỏ bị thay đổi, xóa hoặc nhân đôi. Một số tế bào thậm chí mất hẳn nhiễm sắc thể Y. “Có những tế bào bị lỗi nghiêm trọng,” Joe Luquette, chuyên nghiên cứu tin sinh học tại Trường Y Harvard và là đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.
Kết quả này cho thấy bức tranh đầy đủ về sự khác biệt di truyền giữa các tế bào trong cùng một cơ thể. Và chỉ mới là bước khởi đầu. Dự án này là thí điểm cho một chương trình lớn hơn, trị giá 140 triệu USD, nhằm lập danh mục các đột biến trong tế bào từ 19 vị trí khác nhau trên cơ thể, sử dụng mẫu từ 150 người hiến tặng.
Khi hoàn thành, danh mục các đột biến sẽ trở thành một công cụ quan trọng, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn tác động của sự đa dạng di truyền giữa các tế bào trong cùng một cá thể — hiện tượng gọi là khảm di truyền (mosaicism) — đối với sức khỏe và các bệnh như ung thư. “Tôi tin lĩnh vực này sẽ tiến rất nhanh,” TS. Soichi Sano, nhà nghiên cứu khảm di truyền trong hệ tim mạch tại Nhật Bản, nhận định.
Trong suốt cuộc đời, con người tích lũy những thay đổi trong ADN, có thể do lỗi trong quá trình sao chép và sửa chữa ADN, hoặc do các tác động từ môi trường như tia cực tím hay khói thuốc.
Khi công nghệ giải trình tự ADN tiến bộ, các nhà khoa học nhận ra rằng hiện tượng “khảm di truyền” phổ biến hơn nhiều so với trước đây, và chúng có thể ảnh hưởng tới sức khỏe. Chẳng hạn, tích tụ đột biến theo thời gian ở một số tế bào có thể dẫn đến bệnh như ung thư. Hoặc việc mất nhiễm sắc thể Y trong tế bào máu cũng liên quan đến nguy cơ cao mắc bệnh tim mạch và nhồi máu cơ tim.
Tuy nhiên, việc xác định những khác biệt này xuất hiện khi nào và ở đâu là rất khó. Lý do vì phần lớn quá trình giải trình tự bộ gen hiện nay được làm trên hỗn hợp nhiều tế bào cùng lúc, khiến những biến đổi chỉ tồn tại trong một vài tế bào dễ bị “lẫn” và khó nhận thấy. Dù các kỹ thuật phân tích bộ gen ở từng tế bào ngày càng tiên tiến, nhưng đa số tập trung vào giải trình tự ARN — loại phân tử có thể tồn tại với nhiều bản sao trong mội tế bào. Ngược lại, giải trình tự ADN của từng tế bào khó hơn nhiều, vì mỗi tế bào chỉ có hai bản sao bộ gen.
Nhóm nghiên cứu của Luquette là một phần trong liên minh do Viện Y tế Quốc gia Mỹ thành lập năm 2023 nhằm phát triển công cụ giải trình tự và lập danh mục hiện tượng khảm di truyền ở các tế bào không sinh sản.
Trong nghiên cứu này, họ dùng kỹ thuật “khuếch đại theo khuôn ban đầu” để tạo thêm bản sao ADN từ một tế bào duy nhất rồi giải trình tự chúng. Nhờ đó, họ có giải trình tự ADN từ nhiều loại tế bào hơn so với các phương pháp khác. Họ đã áp dụng quy trình này lên tế bào lấy từ đại tràng và phổi của người đàn ông sau khi qua đời.
KỸ thuật này không chỉ giúp phát hiện tế bào nào mang đột biến, mà còn giúp ước tính đột biến đó xuất hiện vào thời điểm nào trong cuộc đời của người đàn ông đó. Ngoài ra, họ còn tìm mẫu hình đột biến để đoán nguyên nhân, và phát hiện một số tế bào mang đột biến rất có thể là do khói thuốc lá gây ra.
Nghiên cứu này là một trong nhiều công trình mà liên minh vừa công bố trong vài tuần gần đây, khi các nhóm nghiên cứu thử xem phương pháp nào là phù hợp nhất cho từng mục đích. Ví dụ, kỹ thuật trong nghiên cứu này rất mạnh, nhưng có thể quá tốn kém và mất thời gian để áp dụng trong các dự án lớn, theo đánh giá của Alexej Abyzov, chuyên gia tính toán tại Mayo Clinic.
Bước quan trọng tiếp theo là xác định những thay đổi nào thực sự ảnh hưởng đến sức khỏe, và bằng cách nào. Luquette hy vọng khi dữ liệu đủ lớn, các nhà khoa học có thể diễn giải kết quả giải trình tự bộ gen trong y học tốt hơn. “Giả sử bạn phân tích bộ gen ung thư và thấy rất nhiều đột biến. Nhưng điều đó có xấu không? Bạn so sánh nó với cái gì? Chúng ta cần một định nghĩa ở mức phân tử về thế nào là bình thường”, ông nói.
Bản thảo kết quả nghiên cứu này đã được đăng lên tạp chí bioRxiv, chưa qua bình duyệt.
Trang Linh lược dịch từ Nature
