TÁI TỔ HỢP VẬT CHẤT DI TRUYỀN
Chương 9 CÔNG NGHỆ ADN TÁI TỔ HỢP
1. ĐẶC ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Việc nghiên cứu di truyền học người có nhiều khó khăn như:
- Thời gian thế hệ dài (trung bình 20 năm).
- Không thể tiến hành lai theo ý muốn.
- Không thể tiến hành gây đột biến nhân tạo.
- Số lượng cá thể con ít.
- Không thể tiến hành thí nghiệm trên cơ thể người.
- Không thể tạo các điều kiện thí nghiệm đồng nhất.
- Số lượng NST tương đối lớn (2n = 46), khó phân biệt chúng với nhau.
- Sự không đồng đều trong phát triển cá thể do các điều kiện xã hội không giống nhau.
1.2. Phương pháp phân tích phả hệ
Phương pháp này được GALTON nêu ra từ năm 1869 trong cuốn “Di truyền thiên tài”.
Phương pháp phân tích phả hệ có vị trí quan trọng trong nghiên cứu di truyền học người.
Phương pháp này dùng để theo dõi sự di truyền một số tính trạng nhất định trên những người thuộc cùng dòng họ, qua nhiều thế hệ để xác định tính trạng đó là trội hay lặn, do một gen hay nhiều gen chi phối, liên kết với giới tính hay không liên kết với giới tính...
Bằng phương pháp nghiên cứu phả hệ người ta đã xác định được các bệnh: bạch tạng, đái tháo đường, điếc di truyền, câm bẩm sinh đều do gen lặn nằm trên NST thường qui định. Các bệnh thừa ngón, đục nhân mắt, ngón tay ngắn, đều do gen trội qui định và nằm trên NST thường.
Phương pháp nghiên cứu phả hệ đã cho thấy xác suất biểu hiện bệnh di truyền, dị tật...xảy ra ở trẻ em sinh ra từ các cặp vợ chồng cùng dòng họ cao hơn rõ rệt so với trẻ em sinh ra từ các cặp vợ chồng ngoài dòng họ. Vì vậy luật hôn nhân và gia đình cấm kết hôn trong vòng 4 - 6 đời.
1.3. Dùng phương pháp lai phân tử để lập bản đồ gen người
Phương pháp lai phân tử để lập bản đồ gen người được tiến hành theo các bước sau:
- Làm tiêu bản tế bào người ở kỳ giữa
- Dùng nhiệt tác động (850C trong 10 phút) Biến tính ADN trên NST
- Lai phân tử axit nucleic (lai insitu): Sử dụng mẫu dò (gen đã được tách dòng) đã được đánh dấu phóng xạ và làm biến tính. Sau đó ủ với tiêu bản NST đã chuẩn bị ở trên. Các sợi đơn của mẫu dò sẽ bắt cặp với các sợi đơn của gen trên NST tại vị trí có các trình tự nucleotit bổ sung.
- Dùng phóng xạ tự ghi người ta xác định được vị trí các gen trên NST. Do tác động của đồng vị phóng xạ trên phim xuất hiện các vệt đen ở vị trí bắt cặp với ADN dò.
1.4. Thư viện bộ gen người
Thư viện bộ gen là tập hợp tất cả các trình tự ADN cấu thành bộ gen. Nói cách khác: Tập hợp tất cả các dòng mang các đoạn ADN được tách trực tiếp từ một bộ gen.
Xây dựng thư viện bộ gen người (ngân hàng gen) được tiến hành theo các bước sau:
Tách chiết ADN
RE
Các đoạn có kích thước xác định + Vector
Vector tái tổ hợp
Biến nạp vào tế bào chủ Dòng
1.5. Phương pháp phát hiện các dòng cần tìm
Từ thư viện bộ gen để phát hiện 1 dòng cần tìm, có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau. Phương pháp thông dụng nhất là sử dụng mẫu dò oligonucleotit - phân tử ADN nhỏ, sợi đơn, do khoảng 10 hoặc vài chục nucleotit tạo nên. Phương pháp này cho phép xác định dòng cần tìm
Hình 10.1: Ví dụ về phả hệ một gia đình mắc bệnh máu khó đông
khi xác định được một tỉ lệ nhỏ trình tự acid amin của protein do gen nói trên mã hoá. Từ đó chọn ra trình tự oligonucleotit phù hợp nhất trong số các trình tự tương ứng với đoạn axit amin đã xác định. Trình tự oligonucleotit được tổng hợp nhân tạo với số lượng lớn và đánh dấu đồng vị phóng xạ. Sau đó cho lai với thư viện bộ gen, phát hiện dòng lai bằng phóng xạ tự ghi.
1.6. Nghiên cứu di truyền tế bào học người
Phương pháp di truyền tế bào trong di truyền y học và di truyền học người là phương pháp chuẩn đoán bệnh lý di truyền trên cơ sở phân tích tế bào học kết hợp với phân tích phả hệ để làm rõ hình ảnh tế bào học liên quan với kiểu hình.
Nói ngắn gọn hơn, phương pháp phân tích kiểu nhân trong tế bào của người bình thường và người bị bệnh trong di truyền học người gọi là phương pháp di truyền tế bào học người.
Trong tế bào soma người có 22 cặp NST thường + 1 cặp NST giới tính, người ta đã đánh số 22 cặp NST tương đồng và xếp thành từng nhóm tương ứng dựa trên chiều dài (cao thấp) và vị trí tâm động. Cặp số 23 là cặp NST giới tính.
Các phương pháp hiện đại trong nghiên cứu di truyền tế bào: Lai tế bào xoma, lai phân tử, phương pháp hiện băng...Các phương pháp này đã mở ra nhiều triển vọng mới để phân tích cấu trúc hiển vi trong hệ gen người. Bộ genom người khoảng 3000 tỷ bp, cần tới 200 quyển sách mỗi quyển 1000 trang, một người phải cần đến 78 năm, mỗi ngày 8 tiếng mới hy vọng đọc hết mọi thông tin trong đó.
1.6.1. Nghiên cứu NST và kiểu nhân- Kỹ thuật hiện băng
Bằng các phương pháp nuôi cấy mô, nuôi cấy bạch cầu máu, cùng với phương pháp nhuộm đặc trưng hay nhuộm phân hoá (kỹ thuật hiện băng) đã xác định chính xác các dị dạng NST, các hiện tượng lệch bội do không phân li NST trong giảm phân, cũng như hiện tượng cấu trúc lại NST dẫn đến các bệnh hiểm nghèo. Ví dụ: Hiện tượng lệch bội lẻ các NST giới tính ở người đều được phát hiện nhờ phân tích chất nhiễm sắc giới tính (nghiên cứu thể Barr)
Hội chứng Terner: 45 NST (44 + X0): chỉ có 1 NST giới tính X Hội chứng Clainfelter: tăng hơn 1 NST X ở đàn ông.
Nhờ phương pháp nghiên cứu thể Barr người ta đã phát hiện được các bệnh ở nam, nữ liên quan đến rối loạn số lượng NST giới tính, giúp cho chuẩn đoán chính xác một số bệnh ở nam, nữ trong y học.
1.6.2. Lai tế bào soma
Lai tế bào người với tế bào chuột nhắt, người ta phát hiện qua một số lần phân bào tế bào lai mất đi nhanh chóng NST của 1 trong 2 loài. Thường sau 30 thế hệ tế bào, ở dòng tế bào lai chỉ còn lại toàn bộ NST chuột, 7 NST người. ở một số tế bào chỉ còn lại 1 - 2 cặp NST người. Hiện tượng mất đi NST nêu trên không theo qui luật nào cả.
Trong trường hợp đơn giản nhất: tế bào lai chỉ còn lại độc nhất 1 NST người, thì bất kỳ 1 enzym hay 1 protein nào khác của người được phát hiện trong TB lai đều phản ánh sự có mặt của gen qui định protein nói trên, nằm trong NST còn lại độc nhất của người.
2. DI TRUYỀN HỌC CHỈ SỐ THÔNG MINH (IQ = intelligence quotient) 2.1. Công thức IQ
IQ = AR AM AM: tuổi khôn
AR: tuổi thực
Tuổi khôn xác định qua các test:
- Khả năng diễn đạt qua lời - Khả năng xử lí các con số
- Khả năng nhận thức rộng rãi các mối quan hệ - Khả năng giải quyết các loại vấn đề khác nhau.
2.2. Các phương pháp nghiên cứu IQ
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu trẻ đồng sinh
Phương pháp nghiên cứu trẻ đồng sinh là phương pháp thích hợp nhất để phân tích các hiện tượng di truyền và yếu tố môi trường trong sự hình thành tính trạng.
Đồng sinh có 2 loại: Đồng sinh cùng trứng: Hợp tử được hình thành từ 1 trứng thụ tinh với 1 tinh trùng được phân cắt thành 2, 3...thai. Vì vậy vật liệu di truyền giống hệt nhau, nên cùng giới tính và các đặc điểm hình thái, sinh lí ... giống nhau (chiều cao tương đương nhau, màu mắt, nhóm máu...giống nhau). Đồng sinh khác trứng: Do hai hoặc nhiều trứng được thụ tinh với tinh trùng hình thành 2, 3...thai . Đồng sinh khác trứng do được hình thành từ các trứng khác nhau có thể giống nhau hoặc khác nhau về giới tính và các đặc điểm hình thái, sinh lí...
Một tính trạng có thể được biểu hiện ở các trẻ đồng sinh hoặc cũng có thể chỉ biểu hiện ở một trong các trẻ đồng sinh. Tính trạng được biểu hiện ở các trẻ đồng sinh gọi là trạng thái có sự tương hợp, tính trạng chỉ biểu hiện ở một trong các trẻ đồng sinh gọi là trạng thái không tương hợp.
Holzinger đã đưa ra công thức để tính tỷ lệ tham gia của yếu tố di truyền trong sự hình thành tính trạng:
% tương hợp cùng trứng - % tương hợp khác trứng H% =
100 - % tương hợp khác trứng H: hệ số tương hợp
Nếu H = 1 tính trạng do di truyền quyết định hoàn toàn H = 0 tính trạng hoàn toàn do môi trường quyết định
Từ các số liệu nghiên cứu người ta đã khẳng định cơ sở di truyền của trí thông minh, song môi trường có vai trò không kém quan trọng.
3.2.2. Phương pháp nghiên cứu gia đình
+) Gia đình Đacuyn: ông nội là nhà tự nhiên học, bác sĩ, nhà thơ, triết gia. Bố là bác sĩ. Đacuyn là nhà tự nhiên học nổi tiếng.Trong số 5 con trai có 3 là viện sĩ viên hàn lâm, 1 nhà bác học.
+) Gia đình nhà toán học nổi tiếng Bernouli: qua 3 thế hệ có 4 viện sĩ viện hàn lâm Pháp, 4 nhà toán học nổi tiếng.
Sự hình thành và phát triển tài năng có sự chi phối của 2 mặt: Di truyền và môi trường. Sự xuất hiện, phát triển trí thông minh của con người không những chịu sự ảnh hưởng của yếu tố di truyền mà còn gắn liền với các điều kiện xã hội, sự quan tâm của gia đình cùng sự phấn đấu nỗ lực của bản thân.