Xây dựng được bộ gien người chi tiết nhất thế giới với ý nghĩa to lớn trong điều trị bệnh

Được các nhà khoa học giải trình tự từ DNA của một nam dân làng “trẻ khỏe” ở tỉnh Thiểm Tây, miền trung Trung Quốc, bộ gien chất lượng cao này cũng là bộ gien hoàn chỉnh đầu tiên của người Hán.

Trưởng nhóm nghiên cứu Gao Zhan Cheng cho biết đến nay các chẩn đoán bằng trình tự vẫn dựa trên bộ gien tham chiếu chưa đầy đủ từ Mỹ, Nhật báo Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đưa tin.

Gao Zhan Cheng, Giám đốc y học hô hấp và chăm sóc cấp cứu tại Bệnh viện Nhân dân Đại học Bắc Kinh, nói bộ gien tại Mỹ được sử dụng để đánh giá “sự bình thường hay biến đổi”, hầu hết có nguồn gốc từ các cá nhân ở châu Phi và châu Âu.

Ông cho biết việc thiếu sự đại diện của người châu Á trong bộ gien có thể gây ra “những sai lệch lớn” khi chẩn đoán hoặc điều trị bệnh nhân và ảnh hưởng đến sự phát triển của các loại thuốc nhắm mục tiêu.

Để giải quyết khoảng trống này, vào năm 2020, Gao Zhan Cheng và nhóm nghiên cứu của ông đã bắt đầu xây dựng một tài liệu tham khảo về bộ gien của Trung Quốc, đặc biệt là dân tộc Hán (nhóm dân tộc lớn nhất trên thế giới).

Bộ gien thu được là “bộ gien người lưỡng bội (hai bộ hoàn chỉnh) chất lượng cao nhất từng được xây dựng đến nay”, các nhà nghiên cứu cho biết trong một bài báo đăng trên tạp chí Genomics, Proteomics & Bioinformatics.

Zhang Xue, học giả từ Học viện Kỹ thuật Trung Quốc (không phải là tác giả của bài báo), nói với Nhật báo Khoa học và Công nghệ Trung Quốc rằng kỳ tích này là “sự kiện mang tính bước ngoặt ở đất nước chúng ta và thậm chí cả thế giới”.

Một sứ mệnh quốc tế đang diễn ra

Giải trình tự bộ gien người là một sứ mệnh quốc tế kể từ khi Dự án Human Genome được triển khai vào năm 1990. Đầu những năm 2000, dự án đã tạo ra trình tự bộ gien người đầu tiên.

Vào năm 2022, nhóm nghiên cứu Telomere-to-Telomere (T2T), nỗ lực của cộng đồng toàn cầu nhằm tập hợp bộ gien người, đã trình bày một trình tự hoàn chỉnh của bộ gien người, được gọi là T2T-CHM13.

Bài báo cho biết bộ gien được xây dựng này đã giải quyết những lỗ hổng còn sót lại từ bộ gien của con người được giải trình tự lần đầu tiên hai thập kỷ trước đó, đạt đến “mức độ liên tục và chính xác cao nhất sau 20 năm nỗ lực”.

T2T-CHM13 dự kiến sẽ thay thế bộ gien tham chiếu GRCh38 ở Mỹ, vốn là tiêu chuẩn trong nghiên cứu và y học.

Tuy nhiên, dù việc xây dựng T2T-CHM13 là “thành tựu khoa học đáng chú ý” nhưng nó không đại diện cho bộ gien của một “cá nhân con người thực sự”. Đó là bởi nó có nguồn gốc từ một hydatidiform mole – quả trứng được thụ tinh không thể sống được và không có nhiễm sắc thể của mẹ mà thay vào đó có hai bộ nhiễm sắc thể của cha được nhân đôi.

Điều này cũng đồng nghĩa T2T-CHM13 là một “bộ gien đơn bội”, chỉ chứa một bộ nhiễm sắc thể, không có nhiễm sắc thể Y. Thế nhưng, nó vẫn được coi là một bộ gien hoàn chỉnh, không có khoảng trống vì sắp xếp trình tự các nhiễm sắc thể từ telomere đến telomere (hay từ đầu đến cuối).

Tài liệu tham khảo của nhóm Trung Quốc là bộ gien lưỡng bội, phản ánh bộ gien thực tế của con người, chứa cả bộ nhiễm sắc thể cũng như nhiễm sắc thể Y.

“Rất phù hợp làm bộ gien tham chiếu”

Nam dân làng đưa mẫu máu sống gần tàn tích của cố đô do Đường Nghiêu (một trong những vị hoàng đế đầu tiên của Trung Quốc) xây dựng. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã gọi bộ gien tham chiếu là T2T-YAO.

“Chất lượng của T2T-YAO tốt hơn nhiều so với tất cả tổ hợp lưỡng bội hiện có. Ngay cả phiên bản đơn bội của bộ gien này cũng có chất lượng cao hơn T2T-CHM13”, trích nội dung bài báo.

Nhóm nghiên cứu viết: “Tất cả đánh giá về T2T-YAO đều đảm bảo rằng nó rất phù hợp làm một bộ gien tham chiếu”, nghĩa là đại diện chính xác cho con người thực sự.

Nhiễm sắc thể Y của bộ gien tham chiếu cụ thể này đại diện cho một phần lớn dân số Trung Quốc, ngoại trừ những người ở các khu vực như Tân Cương và Tây Tạng, theo Kang Yu - nhà khoa học tại Viện Genomics Bắc Kinh thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và đồng lãnh đạo nghiên cứu.

Sau khi so sánh T2T-YAO với T2T-CHM13, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nó có khoảng 330 megabase trình tự di truyền độc quyền, 3.100 gien độc nhất và hàng chục nghìn biến thể nucleotide.

“

Megabase (Mb) là đơn vị đo độ dài DNA, tương ứng với 1 triệu base pair (bp). Một base pair là đơn vị cơ bản tạo nên DNA, gồm 2 nucleotide liên kết với nhau. Ví dụ, bộ gien người có kích thước khoảng 3 tỉ base pair, tương đương với 3000 megabase.

Biến thể nucleotide là sự thay đổi trong trình tự nucleotide của DNA hoặc RNA. Nó có thể xảy ra ở bất kỳ vị trí nào trong bộ gien và có thể ảnh hưởng đến một hoặc nhiều nucleotide.

Theo nhóm nghiên cứu, sự biến đổi gien rõ ràng giữa các bộ gien tham chiếu đã nêu bật “sự cần thiết của bộ gien tham chiếu phân tầng dân số”.

Zhang Xue viết: “Bằng cách so sánh dữ liệu gien được giải trình tự của bệnh nhân với bộ gien tham chiếu, các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe có thể điều chỉnh các phương pháp điều trị cá nhân hóa theo cấu trúc gien của từng cá nhân và rủi ro mắc bệnh cụ thể”.

Zhang Xue cho biết cách tiếp cận y học này, còn được gọi là y học chính xác, vẫn là một lĩnh vực đang phát triển, nhưng “lợi ích tiềm tàng của y học chính xác là rất lớn”.

“Hiểu rõ người Trung Quốc”

Bài báo cho biết T2T-YAO cũng có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các đặc điểm di truyền và có thể quan sát được của bệnh tật, “đặc biệt là trong bối cảnh có những biến thể đặc biệt của dân số Trung Quốc”.

Cheng Jing, học giả tại Học viện Kỹ thuật Trung Quốc (không phải là tác giả của bài báo), nói với Nhật báo Khoa học và Công nghệ rằng việc xây dựng T2T-YAO thậm chí có thể giúp trả lời câu hỏi người Trung Quốc là ai ở cấp độ gien.

Zhang Xue viết: “Do những hạn chế của công nghệ giải trình tự, việc xây dựng bộ gien lưỡng bội T2T chất lượng cao của một cá thể thực sự vẫn còn nhiều thách thức ngay cả sau khi hoàn thành T2T-CHM13”.

Trong khi T2T-YAO chỉ mất hai năm để xây dựng, bộ gien chi tiết nhất trước đó là kết quả của ba thập kỷ nghiên cứu do các nhà khoa học tại Mỹ dẫn đầu.

Kang Yu cho biết lý do họ có thể xây dựng bộ gien tham chiếu này nhanh chóng như vậy là do “sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ ghép nối và giải trình tự DNA”.

Ông nhấn mạnh rằng những nỗ lực trước đây của các nhà khoa học trên thế giới đã giúp trình tự bộ gien người này trở thành hiện thực.

Yu Jun, cựu Phó giám đốc Viện Gien Bắc Kinh (không phải là tác giả của bài báo), cho biết bước tiếp theo là thúc đẩy việc giải trình tự các bộ gien khác, gồm cả bộ gien của các nhóm dân tộc khác nhau ở Trung Quốc.

Yu Jun cho biết: “Cuối cùng, chúng tôi hy vọng sẽ khởi động được một dự án giải trình tự bộ gien trên toàn quốc”.