PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN Y HỌC

Những khó khăn Khi tiến hành nghiên cứu di truyền y học người ta gặp phải những khó khăn chủ yếu như sau: Rụng trứng sinh dục muộn, sinh sản chậm Tổ chức cấu trúc di truyền của con n

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN Y HỌC

Một trong những mục tiêu cơ bản của di truyền y học là hiểu biết cơ sở di truyền Trên cơ sở những hiểu biết đó, tìm ra các phương pháp nghiên cứu, phương pháp thăm dò, chẩn đoán, điều trị bệnh một các có hiệu quả hơn Trong tiểu luận, chúng tôi sẽ trình bày một số phương pháp chủ yếu trong nghiên cứu, chẩn đoán và trị liệu di truyền

Một trong những thành tựu nổi bật của sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày nay là kỹ thuật phân tử Kỹ thuật phân tử phát triển và nó được ứng dụng mạnh mẽ trong rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt nó giúp cho ngành Nông nghiệp, Y học có những bước phát triển vượt bậc Trong tiểu luận, chúng tôi cũng đi sâu trình bày những kỹ thuật phân tử cơ bản, mới, được ứng dụng nhiều trong y học giúp cho việc chẩn đoán, phòng, chữa bệnh di truyền và trong sản xuất tạo nhiều chế phẩm có chất lượng cao

1 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM TRONG NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN Y HỌC 1.1 Những khó khăn

Khi tiến hành nghiên cứu di truyền y học người ta gặp phải những khó khăn chủ yếu như sau:

Rụng trứng sinh dục muộn, sinh sản chậm

Tổ chức cấu trúc di truyền của con người rất phức tạp

Không thể áp dụng các thí nghiệm lai ở sinh vật đối với con người

Số lượng con cháu trong các gia đình ngày càng ít

Thời gian sống và thời gian sinh trưởng của con người đều rất dài so với các động vật thí nghiệm

1.2 Những thuận lợi

Các đối tượng nghiên cứu là bệnh nhân nên dễ quản lý, theo dõi

Ngày nay con người đã hiểu biết rất rõ về các đặc tính, hình thái, giải

phẫu, sinh lý, sinh hoá của mình

Ngày càng có nhiều phương tiện kỹ thuật hiện đại giúp cho việc nghiên cứu các tính trạng ở người được thuận tiện nhanh chóng và chính xác

2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN Y HỌC

2.1 Phương pháp nghiên cứu phả hệ

2.1.1.Khái niệm: Là phương pháp nghiên cứu sự di truyền 1 tính trạng nào đó

ở nhiều người trọng cùng 1 dòng họ qua nhiều thế hệ đề xem xét:

- Tính trạng trội hay lăn

- Tính trạng này do một gen hay nhiều gen quay định

- Tính trạng này có di truyền liên kết với giới tính hay không

- Khả năng mắc bệnh của các thế hệ tiếp theo

Trong một số trường hợp còn xác định được người dị hợp tử mang gen bệnh Phương pháp này kết hợp với các xét nghiệm khác cho phép có thể rút ra những lời khuyên về di truyền chính xác và hữu ích cho các gia đình về việc sinh con hoặc kết hôn

2.1.2 Các bước tiến hành

2.1.2.1 Lập sơ đồ phả hệ

Để lập sơ đồ phả hệ (phả hệ đồ) người ta sử dụng hệ thống ký hiệu quốc tế để biểu diễn với số lượng các thế hệ gia đình bệnh nhân ít nhất là từ 3 đến 4 thế hệ theo những nguyên tắc cơ bản sau:

Các cá thể thuộc cùng một thế hệ được xếp cùng trên một hàng ngang theo thứ tự ngày sinh từ trái sang phải và được đánh dấu bằng chứ số Ả rập (1,2,3,4 ) Các thế hệ được xếp theo chiều dọc theo thứ tự từ trên xuống dưới và được đánh dấu bằng chữ số La mã (I, II, III, IV ) ở phần đầu bên trái mỗi hàng

Thế hệ này được nối với thế hệ kia bằng đoạn thẳng vuông góc từ giữa vạch kết hôn của thế hệ trước xuống thế hệ sau

Ngoài ra trong khi tiếp xúc với người bệnh phải tránh yếu tố tâm lý bất lợi của

họ khiến cho thông tin cung cấp cho bác sỹ bị sai lệch

Một số ký hiệu thường dùng trong lập phả hệ

1 Nam giới; 2 Nữ giới; 3 Không biết giới; 4 Có thai; 5 Người lành; 6 Người bệnh; 7 Người có hội chứng bệnh hoặc dấu hiệu bệnh lý không đầy đủ/ dị hợp tử mang gen lặn bệnh lý; 8 Người lành mang gen lặn bệnh lý liên kết-X; 9 Người chưa có thông tin hoặc thông tin không đầy đủ; 10 Người không được kiểm tra kỹ cũng bị bệnh như người bệnh; 11 Đương sự; 12 Chết; 13 Chết non ( ở tuổi thiếu nhi); 14 Chết thai và dưới 1 năm; 15 Sẩy thai; 16 Vợ chồng; 17 Hai vợ (hai chồng); 18 Vợ chồng ngoài giá thú; 19 Hôn nhân cùng huyết thống; 20 Hôn nhân không có con; 21 Anh chị em cùng bố mẹ; 22 Hai hôn nhân với các con của mỗi hôn nhân; 23 Số con không biết; 24 Không rõ là con để hay không; 25 Con nuôi (không cùng huyết thống); 26 Con sinh đôi một hợp tử; 27 Con sinh đôi hai hợp tử; 28 Không rõ kiểu sinh đôi một hợp tử hay hai hợp tử; 29 Con ngoài hôn nhân;

30 các thế hệ; 31 Anh chị em trong cùng một thế hệ

2.1.2.2 Phân tích phả hệ

Đây là bước quan trọng để xác định tính chất di truyền và cách thức di truyền của tính trạng bệnh lý Để làm công việc này phải hiểu và biết vận dụng các qui luật di truyền cơ bản kết hợp với việc tính toán thống kê để sử lý các dữ liệu từ phả

hệ

Hình 3.2: Một số sơ đồ phả hệ điển hình

(A) Trội autosome; (B) Lặn autosome; (C) Lặn liên kết-X;

(D) Trội liên kết-X; (E) Liên kết-Y

Ví dụ: Nếu như trong một phả hệ, ở các thế hệ đều thấy có người bị bệnh, khả năng mắc bệnh ở cả giới nam và giới nữ đều như nhau, trong gia đình có cha hoặc

mẹ bị bệnh mà tỷ lệ các con bị bệnh là 50%, thì có thể nghĩ rằng bệnh là bệnh di truyền do gen trội nằm trên nhiễm sắc thể thường gây ra

Còn nếu như trong phả hệ thấy bệnh được di truyền có tính chất cách quãng, con trai bị bệnh nhiều hơn con gái, ông ngoại truyền bệnh cho cháu trai thì có thể cho rằng bệnh là bệnh di truyền do gen lặn nằm trên nhiễm sắc thể giới tính X gây ra 2.1.3 Kết quả nghiên cứu:

-Đã xác định được nhiều gen quy định tính trạng ở người là gen trội hay lặn Ví dụ

+ Da đen, tóc quăn, môi dày, mũi cong, long mi cong là các tính trạng trội

+ Da trắng, tóc thẳng, môi mỏng, mũi cao, long mi ngắn là các tính trạng lăn

- Xác định được một số gen gây bệnh nằm trên NST giới tính Ví dụ:

+ Bệnh mù màu, máu khó đông, tật dính ngón tay… là do gen lặn nằm trên X

+ Tật dính ngón tay 2-3, túm lông ở tai do gen trên NST giới tính Y qui định

- Xác định được một số tính trạng do nhiều gen quy định Ví dụ:

+ Năng khiếu toán, âm nhạc, hội họa,… là di truyền đa gen, song chịu ảnh hưởng của môi trường và xã hội

2.2 Phương pháp trẻ sinh đôi (đồng sinh)

2.2.1 Những đặc điểm và giá trị của phương pháp

Phương pháp trẻ sinh đôi là phương pháp dựa vào các trẻ sinh đôi

Đây là một trong những phương pháp có hiệu quả nhất để đánh giá vai trò của yếu tố di truyền và môi trừơng đối với sự phát triển một tính trạng nào đó ở người Phương pháp trẻ sinh đôi cũng thường được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các phương pháp nuôi dạy trẻ, đánh giá chất lượng các loại thực phẩm, các loại thuốc

2.2.2 Các bước tiến hành

2.2.2.1 Chọn các mẫu sinh đôi

Các mẫu sinh đôi có thể được lựa chọn bằng 2 cách Một là trong dân cư lựa

ra các trẻ sinh đôi rồi trong các trẻ sinh đôi ấy chọn lấy các cặp có tính trạng cần nghiên cứu Hai là từ các nhóm dân cư lựa ra những trẻ có tính trạng cần nghiên cứu sau đó chọn ra các cặp sinh đôi

Cần chú ý thêm là chỉ tiến hành nghiên cứu khi có đủ cả 2 người trong mỗi cặp Còn nếu chỉ có một người thì loại bỏ cả hai

2.2.2.2 Chẩn đoán kiểu sinh đôi

Đây là bước quan trọng đòi hỏi sự chính xác cao Để chẩn đoán chính xác phải

sử dụng rất nhiều các chỉ tiêu so sánh về hình thái, sinh lý, sinh hóa như giới tính, màu tóc, màu mắt, màu da, dạng tóc và kiểu phủ tóc, lông trên đầu và thân, hình

dạng miệng, mũi, tai, vân da bàn tay, các hệ thống nhóm máu, các protein huyết thanh v.v

Hình 3.3: Rau thai và các màng ở trẻ sinh đôi

A Rau thai, màng nuôi và màng đệm đều riêng; B Rau thai chung, màng đệm chung, màng ối riêng; C Rau thai và màng đệm chung, màng ối dính

Nếu như tất cả các chỉ tiêu so sánh ở 2 người trong cặp sinh đôi đều giống nhau thì chứng tỏ đó là các trẻ sinh đôi có nguồn gốc một hợp tử (cùng trứng) Còn nếu chúng không giống nhau hoặc có giống nhau nhưng mức độ giống cũng không khác biệt gì nhiều so với các anh chị em ruột khác trong gia đình thì điều đó chứng

tỏ rằng đó là các trẻ sinh dôi có nguồn gốc 2 hợp tử (khác trứng) Mức độ giống, khác nhau giúp chẩn đoán kiểu sinh đôi có thể được thực hiện bằng các phiếu điều tra bằng câu hỏi đối với chính đối tượng, bố mẹ, người thân trong gia đình như bố

mẹ có hay nhầm lẫn không, thầy giáo, các bạn trong lớp có hay lẫn giữa hai người hay không v.v

Đối với các trẻ sơ sinh, có thể chẩn đoán kiểu sinh đôi qua tính chất của các màng quanh thai: màng ối (trong), màng đệm (ngoài) Ở trẻ sinh đôi hai hợp tử luôn có màng đệ riêng, màng ối và nhau thai riêng Tuy nhiên có trường hợp các thai khác hợp tử làm tổ ở tử cung thành hàng, cái này cạnh cái kia thì nhau thai có thể chung Trường hợp có màng ối riêng nhưng có màng đệm chung ở sinh đôi hai hợp tử là rất hiếm Nếu có màng đệm riêng, màng ối riêng, rau thai chung thì cũng

có thể là sinh đôi một hợp tử nhưng rất hiếm gặp (chiếm 25% số sinh đôi một hợp

tử và 50% sinh đôi hai hợp tử)

2.2.2.3 Đối chiếu so sánh các chỉ tiêu, rút ra kết luận đánh giá

Đánh giá mức độ tương đồng: để đánh giá mức độ tương đồng của một tính

trạng nào đấy ở các cặp sinh đôi người ta sử dụng một công thức tính gọi là công thức Alen- Smith:

Đánh giá vai trò của yếu tố di truyền và yếu tố môi trường: để xác định vai

trò của yếu tố di truyền đối với sự phát triển của một tính trạng nào đó, người ta áp dụng một công thức tính khác gọi là công thức Holzinger:

H = (%)

Theo công thức này ta có thể tính được vai trò của yếu tố di truyền đối với bệnh

tâm thần phân liệt theo các số liệu ở trên:

H = = = 83 (%)

Vì mỗi tính trạng ở con người đều là kết quả của sự tương tác giữa yếu tố di truyền (H) và yếu tố môi trường (C) ở những mức độ khác nhau Bởi vậy để xác định vai trò của yếu tố môi trường trong trường hợp này đối với bệnh tâm thần phân liệt, ta có:

H + C = 100% ; C = 100% - H = 100% - 83% =17%

2.3 Phương pháp vân da

2.3.1 Những đặc điểm và giá trị của phương pháp

Phương pháp nghiên cứu vân da là phương pháp nghiên cứu di truyền y học dựa trên những đặc tính của các đường nét, hình thù của bề mặt da ở các đầu ngón tay và lòng bàn tay

Phương pháp này có giá trị trong việc góp phần chẩn đoán sớm một số bệnh lý

ở người, trong lĩnh vực khoa học hình sự và trong việc xác định trẻ sinh đôi

Cơ sở khoa học của phương pháp vân da là ở chỗ hình thù và đường nét vân da mang tính cá thể nghiêm ngặt do chúng được kiểm soát bởi nhiều gen Trong quá trình phát triển cá thể, các hoa vân trên tay được hình thành từ tháng thứ sáu và hầu như không bị biến đổi trong suốt cuộc đời

Hình 3.4: Các delta đáy ngón a,b,c,d;

các vùng trong lòng bàn tay (Th, Hy,

I1,I2,I3,I4) và gã ba trục t

Hình 3.5 Các đường vân chính A,B,C,D

và kiểu vân trong lòng bàn tay

2.3.2 Các bước tiến hành

2.3.2.1 Lấy mẫu in vân da trên giấy trắng

2.3.2.2 Phân tích mẫu in theo các chỉ tiêu

Tổng số các đường vân đầu ngón

Công thức vân đầu ngón

Cường độ vân đầu ngón

Tần số mỗi loại vân

Các kiểu vân đầu ngón: 1: vân cung

đơn giản; 2: vân cung lều; 3; vân móc/búi/nút; 4,5,6: kiểu vân vòng đối

xứng, vòng xoáy và vòng móc kép

Mức độ giống nhau về nếp vân da và quan hệ huyết thống

2.4 Phương pháp nghiên cứu di truyền phân tử

Các thành tựu to lớn trong những năm gần đây về lĩnh vực Di truyền học người, đặc biệt là thành tựu giải mã bộ gene người đạt được là nhờ sử dụng các

kỹ thuật sinh học phân tử như tách chiết, phân tích định tính và định lượng nucleic acid; các phương pháp lai phân tử: Southern blot, Northern blot, lai tại chỗ (in situ hybridization), ; các phương pháp xác định trình tự nucleic acid; tạo dòng (cloning); xây dựng thư viện bộ gene, thư viện cDNA; phương pháp PCR (polymerase chain reaction); Sinh tin (Bioinfomatics),

2.4.1.Các phương pháp tách chiết acid nucleic, các phương pháp định tính và định lượng cơ bản

2.4.1.1.Các phương pháp tách chiết acid nucleic:

2.4.1.1.1.Phương pháp tách chiết DNA

+ Bước 1: phá màng tế bào, màng nhân: nghiền tế bào, mô trong hỗn hợp,

chất tẩy (SDS) và proteinase để phá vỡ màng tế bào, màng nhân, giải phóng DNA ra môi trường đồng thời phân hủy các protein liên kết với DNA

Chất tẩy là các phân tử lưỡng cực, sẻ kết hợp với protein màng và các phân tử phospholipid làm phá vỡ cầu trúc màng

Chất tẩy ion hóa có tác dụng phá màng mạnh, chất tẩy không ion hóa có tác dụng phá màng nhẹ hơn

+ Bước 2: loại protein: lắc mẫu trong dung dịch phenol: chloroform để biến tính protein đồng thời không hòa tan acid nucleic Protein bị biến tính sẻ không hòa tan trong pha nước có chứa acid nucleic và sau khi li tâm sẻ tủa thành một lớp nằm giữa pha nước và pha phenol : chloroform Thu hồi acid nucleic trong pha nước

+ Bước 3: thu hồi acid nucleic : thu hồi dưới dạng tủa acid nucleic nhằm

thu nhận acid nucleic dưới dạng cô đặc để bảo vệ chúng khỏi sự phân li của các enzyme và khi cần có thể hòa tan lại trong nước theo nồng độ mong muốn Có thể tủa trong ethanol hoặc trong isopropan ol

2.4.1.1.2.Tách chiết ARN

Phương pháp tách chiết ARN toàn phần cũng bao gồm các bước cơ bản như tách chiết ADN:

- Giải phóng ADN và ARN ra khỏi màng tế bào

- Tách bỏ phần protein

- Tủa acid nucleic

Bước tiếp theo: dịch chiết chứa acid nucleic được ủ với ADN polimerase để phân hủy ADN Sau đó phân hủy dịch chiết chứa ARN trong nước; tủa bằng ethanol, để thu được ARN toàn phần mARN có thể tách riêng Dựa vào cấu trúc phân tử có đuôi mARN có đuôi poly A có thể tách mARN bằng sắc ký ái lực trên cột oligo T –cellulose Hiện nay đã sử dụng bộ kit ( bộ mẫu thử chuyên dụng) sử dụng các viên bi từ có mang oligo T trên bề mặt Thông qua liên kết

bổ sung A=T các mARN bám lên bề mặt các viên bi từ Sau đó bằng kỹ thuật li tâm thu lại các viên bi và tách mARN Kỹ thuật này cho phép tách giữ lại mARN với khối lượng rất nhỏ

Chú ý trong quá trình thao tác,

tránh lẫn ADN và ARN, ARN của

đối tượng khác vào dụng cụ

Tránh các enzym phá hủy ADN

hoặc ARN cần nghiên cứu Đặc

biệt ARN không bền dễ bị phân li

bởi ARN polimerase Sau khi tách

chiết ADN kiểm tra độ tinh khiết

của ADN bằng xác định tỉ lệ

OD260/OD280 và OD260/OD 230 = 1,7 – 2 được coi là sạch hoặc bằng

phương pháp điện di ADN

2.4.1.1.3.Phương pháp sắc ký

+ Sắc ký ái lực: trên poly U-Sepharose hay oligodT-cellulose, dùng để tinh sạch

mARN

+ Sắc ký lọc gel dùng trong phân tách các acid nucleic và nucleotic tự do sau quá trình tạo mẫu dò (probe) đánh dấu

+ Sắc ký trong hiệu suất cao: có độ phân giải rất cao dùng trong tinh sạch các oligonucleotide tổng hợp, plasmid, phân tách các đoạn DNA

+ Sắc ký trao đổi ion trên vi cột để thu hồi một lượng rất nhỏ DNA

2.4.1.2.Các phương pháp định tính và định lượng thô acid nucleic

2.4.1.2.1.Phương pháp định lượng bằng quang phổ kế

Cho phép định lượng tương đối nồng độ acid nucleic có trong mẫu

Nguyên tắc là dựa vào sự hấp thụ mạnh ánh sáng tử ngoại ở bước sóng

260 nm của các base

Giá trị mật độ quang ở bước sóng 260 nm của các mẫu đo cho phép xác định nồng độ acid nucleic trong mẫu dựa vào mối tương quan một đơn vi

OD260nm tương ứng với nồng độ:

+ 50µg/ml cho một dung dịch DNA sợi dôi

+ 40µg/ml cho một dung dịch DNA hay RNA sợi đơn

Định tính: độ sạch dựa trên tỉ số OD260/OD280, tính chất của các acid nucleic (mạch đôi/đơn) (280nm là

+ Định tính: sự hiện diện, cấu hình phân tử, kích thước

+ Định lượng: hàm lượng tương đối so với thang hàm lượng

+ chuẩn bị: thu hồi đoạn DNA (dùng trong tạo dòng)

Nguyên tắc: dựa vào đặc tính, cấu trúc của acid nucleic: tích điện âm đồng đều trên khắp bề mặt của điện trường nên sẻ di chuyển về cực dương của điện trường Tính linh động của phân tử khi di chuyển trong điện trường phụ thuộc vào khối lượng phân tử và nồng độ các chất cấu thành gel

Kiểu điện di: Agarose, Polyacylamide, điện li trong trường xung (PDGE – Pulse Field Gel Electrophoresis)

a.Điện di trên gel polyacrylamide

Được dùng để tách các đoạn có kích thước nhỏ, dưới 1000 cặp base

Điện di theo phương thẳng đứng

Độ phân giải cao, phân biệt được những trình tự chỉ cách nhau 1 nucleotide

Phương pháp phát hiện: DNA phóng

xạ tự gỉ, xanh methylene, ethidium bromide, protein – xanh coomassie nhuộm nitracte bạc