Sự phát triển của công nghệ xét nghiệm ADN
Xét nghiệm ADN là một công cụ mạnh mẽ để xác định danh tính và nhận dạng mỗi người. Với công nghệ ngày nay, các xét nghiệm ADN hiện có thể xác định các cá nhân với độ tin cậy gần như 100%.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu và nhìn lại sự phát triển của công nghệ xét nghiệm ADN để thấy được tầm quan trọng và ý nghĩa của loại hình xét nghiệm huyết thống này trong đời sống hàng ngày.
Nhận dạng, tiếng Anh là “Identification”, luôn là một quá trình đầy khó khăn và vất vả đối với chuyên gia trong lĩnh vực pháp y và khoa học hình sự. Trước khi công nghệ xét nghiệm ADN xuất hiện, các nhà khoa học đã phải sử dụng nhiều kỹ thuật tương tự khác như xét nghiệm nhóm máu (blood typing), xét nghiệm huyết thanh học (serological testing) và xét nghiệm HLA (HLA testing).
Trên thực tế, những xét nghiệm liên quan đến nhóm máu rất hữu ích cho các quá trình liên quan đến ghép tạng như tìm kiếm người cho phù hợp với nhóm máu và mô của người nhận.
Tuy nhiên, độ chính xác của những xét nghiệm này chưa đủ để đưa ra kết luận về sự liên quan của các mối quan hệ sinh học (biological relationships). Hay nói cách khác, việc xét nghiệm huyết thống thông qua nhóm máu là không đủ để kết luận quan hệ huyết thống giữa hai người trong diện nghi vấn.
Và điều kì diệu đã xảy ra.
Sự ra đời của công nghệ xét nghiệm ADN vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980 đã giúp các nhà khoa học nhìn thấy tiềm năng cho các xét nghiệm mạnh mẽ hơn để nhận dạng và xác định mối quan hệ sinh học. Nhờ sự ra đời của xét nghiệm ADN, giờ đây chúng ta có thể xác định chắc chắn danh tính của các cá nhân và người thân họ hàng của họ.
Các phần tiếp sau đây sẽ xem xét sự phát triển của công nghệ xét nghiệm ADN từ những ngày đầu sử dụng xét nghiệm máu cho đến khi đạt được công nghệ mới nhất trong xét nghiệm ADN.
Xét nghiệm nhóm máu
Vào đầu những năm 1920, các nhà khoa học đã xác định được 4 nhóm máu khác nhau ở người – A, AB, B và O – dựa trên sự hiện diện của một số protein gọi là kháng nguyên trong máu. Hệ thống xét nghiệm nhóm máu, được gọi là hệ thống ABO, cung cấp cho các bác sĩ thông tin quan trọng về bệnh nhân của họ, cho phép họ thực hiện các thủ tục y tế một cách an toàn như truyền máu bằng cách khớp với nhóm máu của người cho và người nhận.
>>> Xem thêm:
Các nhà khoa học nhận ra rằng các nhóm máu được di truyền về mặt sinh học và có thể dự đoán nhóm máu của đứa trẻ dựa trên nhóm máu của cha mẹ.
Ngược lại, nếu không xác định được một trong các nhóm máu cha mẹ, người ta có thể sử dụng nhóm máu của đứa trẻ và cha mẹ đã biết để xác định nhóm máu cha mẹ bị mất tích. Tuy nhiên, vì thông tin từ việc xét nghiệm nhóm máu bị hạn chế, rất khó để xác định mối quan hệ sinh học một cách chính xác.
Ví dụ, nếu một đứa trẻ có nhóm máu A và mẹ của đứa trẻ có loại AB, thì cha đẻ của con con có thể có bất kỳ một trong 4 nhóm máu. Vì vậy, trong ví dụ này, không người đàn ông nào có thể bị loại trừ như cha đẻ của con con.
Độ chính xác của xét nghiệm máu ABO là khoảng 30%, và do vậy không thực sự hữu ích cho xét nghiệm huyết thống quan hệ cha con thông thường.
Xét nghiệm huyết thanh học
Vào năm 1930, các nhà khoa học đã phát hiện ra các protein khác trên bề mặt tế bào máu có thể được sử dụng để nhận dạng con người.
Các hệ thống nhóm máu Rh, Kell và Duffy, như hệ thống máu ABO, dựa trên sự hiện diện của các kháng nguyên cụ thể được di truyền về mặt sinh học và cung cấp thêm sức mạnh, cùng với ABO, để giải quyết các mối quan hệ sinh học bị nghi ngờ.
Tuy nhiên, xét nghiệm huyết thanh học (Serologica Test) không được sử dụng để kết luận các mối quan hệ sinh học. Lý do là độ tin cậy của xét nghiệm huyết thanh học là 40%, có nghĩa là kỹ thuật này, giống như ABO, không hiệu quả trong việc đánh giá các mối quan hệ sinh học bị nghi ngờ.
Xét nghiệm HLA
Vào giữa những năm 1970, các nhà khoa học tập trung vào việc phân loại mô tạng và phát hiện ra kháng nguyên Leukocyte ở người (Human Leukocyte Antigen, HLA), một loại protein có trong cơ thể ngoại trừ các tế bào màu đỏ.
Các tế bào trắng có trong máu được phát hiện có nồng độ cao của HLA. Người ta cũng phát hiện ra rằng có nhiều loại HLA khác nhau và các loại HLA khác nhau khác nhau giữa những người không liên quan đến sinh học.
Do tính đa dạng cao của các loại HLA giữa mọi người, nên HLA được sử dụng để trả lời các câu hỏi về mối quan hệ sinh học. Độ tin cậy của việc loại trừ xét nghiệm HLA là 80% và khi kết hợp với ABO và xét nghiệm huyết thanh học là khoảng 90%.
Mô hình thử nghiệm kết hợp này mở ra việc sử dụng xét nghiệm di truyền để đánh giá sự liên quan hoặc loại trừ một người cha nghi vấn bị cáo buộc.
Một yếu tố khiến xét nghiệm HLA trở nên khó khăn là thử nghiệm yêu cầu một lượng mẫu máu lớn phải được xét nghiệm ngay trong vòng vài ngày sau khi thu thập.
Ngày nay, các xét nghiệm HLA, ABO và huyết thanh học không được sử dụng thường xuyên để kiểm tra mối quan hệ huyết thống và đã được thay thế bằng các phương pháp phân tích ADN có độ chính xác cao hơn.
Kỹ thuật RFLP
Vào đầu năm 1980, một kỹ thuật đã được phát triển được gọi là phân tích đa hình đoạn giới hạn đoạn (Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP) và kỹ thuật này đã trở thành xét nghiệm di truyền đầu tiên sử dụng ADN.
Giống như HLA, ABO và xét nghiệm huyết thanh học, ADN được di truyền từ cả cha và mẹ ruột. Các nhà khoa học đã phát hiện ra các khu vực trong ADN có độ biến thiên cao (đa hình) và đặc hiệu hơn so với protein máu và HLA.
ADN được tìm thấy trong mọi tế bào trong cơ thể, ngoại trừ hồng cầu.
Những thuộc tính này làm cho xét nghiệm ADN lý tưởng để giải quyết các mối quan hệ sinh học bị nghi ngờ.
Quy trình RFLP sử dụng các enzyme giới hạn (restriction endonucleases) để cắt ADN và các đầu dò ADN được gắn nhãn để xác định các vùng có chứa VNTR (Variable Number Tandem Repeat).
Trong một thử nghiệm quan hệ cha con mà người mẹ, đứa con và người cha bị cáo buộc đã được thử nghiệm, một nửa số ADN của con phải phù hợp với mẹ ruột và một nửa sẽ trùng với cha ruột. Đôi khi, thông tin hồ sơ ADN của con có thể không khớp với bố mẹ tại một vị trí ADN (locus) duy nhất, có thể do đột biến. Khi điều này xảy ra, một phép tính được thực hiện để xác định xem sự không nhất quán di truyền quan sát được là đột biến hay loại trừ.
Độ tin cậy của xét nghiệm ADN RFLP lớn hơn 99,99%. Tuy nhiên, hiện tại xét nghiệm này không được thực hiện thường xuyên vì số lượng ADN cần thiết để xét nghiệm (khoảng 1 microgam), yêu cầu lấy mẫu máu và thời gian quay vòng dài cần thiết để xét nghiệm (10 – 14 ngày).
Kỹ thuật PCR
Vào đầu những năm 1990, xét nghiệm DNA bằng phản ứng chuỗi polymerase (Polymerase chain reaction, PCR) đã thay thế phân tích RFLP để kiểm tra mối quan hệ huyết thống.
Kỹ thuật PCR đòi hỏi ít ADN (1 nanogram) vì vậy chỉ cần một miếng gạc má (buccal) quẹt vào khóe miệng phía trong thành má là đã đủ ADN để làm xét nghiệm. Việc tách chiết ADN từ niêm mạc miệng đã trở thành một mẫu thích hợp để thử nghiệm, do đó loại bỏ sự cần thiết của việc lấy máu.
Kỹ thuật PCR nhanh hơn nhiều so với kỹ thuật RFLP, kết quả có trong vòng một ngày kể từ khi gửi mẫu đến phòng thí nghiệm.
PCR nhắm mục tiêu các khu vực trong ADn được gọi là STRs (Short Tandem Repeats) có độ biến thiên cao. Trong xét nghiệm quan hệ cha con, người mẹ, con và người cha bị cáo buộc được xét nghiệm, ADN của con phải trùng khớp với cả cha mẹ ruột trừ khi có đột biến.
Các tính toán thống kê có thể được thực hiện để giúp xác định xem sự không nhất quán di truyền tại một vị trí gen (locus) có phù hợp với đột biến hoặc loại trừ hay không. Đôi khi có nhiều hơn hai đột biến được quan sát và trong những trường hợp đó, xét nghiệm bổ sung cần được thực hiện.
Độ chính xác của xét nghiệm PCR là lớn hơn 99,99%
Kỹ thuật SNP Arrays
Vào đầu những năm 2000, các nhà khoa học đã có thể kết hợp hàng ngàn locus SNP (Single Nucleotide Polymorphism) vào một thử nghiệm duy nhất. SNP là những thay đổi chữ cái trong ADN có thể được sử dụng làm dấu hiệu di truyền cho nhiều ứng dụng khác nhau.
SNP arrays không được sử dụng phổ biến để kiểm tra mối quan hệ nhưng được sử dụng cho một số xét nghiệm di truyền khác bao gồm; khuynh hướng bệnh di truyền, sức khỏe và sức khỏe và tổ tiên.
SNP arrays chứa thông tin về các dấu hiệu của tổ tiên (Ancestry Informative Markers, AIMs ), dấu hiệu nhiễm sắc thể Y (Y-Chromosome markers), dấu hiệu ty thể (mitochondrial markers), dấu ADN cổ đại và các dấu hiệu khác hữu ích để thiết lập mối quan hệ sinh học xa hơn như anh em họ hàng đời thứ 4 hoặc thứ 5.
Kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới NGS
Công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới – NGS (Next Generation Sequencing), hoặc còn gọi là giải trình tự song song lượng lớn (Massively Parallel Sequencing) là kỹ thuật mới nhất hiện nay dùng trong phân tích di truyền.
Quy trình này tạo ra một chuỗi trình tự ADN là sự sắp xếp tuyến tính của các chữ cái (A, T, C và G) xảy ra trong mẫu ADN.
Bởi vì kỹ thuật này cho phép một người đồng thời bắt đầu giải trình tự tại hàng ngàn vị trí trong ADN trùng nhau, nên có thể tạo ra một lượng lớn dữ liệu và kết hợp lại với các chương trình tin sinh học thích hợp. Nó sẽ giống như lấy sách và cắt các phần của câu sau đó ghép lại cuốn sách bằng chương trình máy tính để nhận ra các đoạn câu chồng chéo.
>>> Xem thêm: Giải trình tự gen thế hệ mới là gì?
Bằng cách sử dụng hệ thống giải trình tự gen thế hệ mới, xét nghiệm quan hệ cha con trước sinh không xâm lấn (NIPP) có thể xác định cha đẻ của thai nhi ngay sau 7 tuần thai bằng cách sử dụng mẫu máu từ mẫu tế bào mẹ và tế bào má từ người cha có thể.
Đặc biệt, hệ thống giải trình tự gen thế hệ mới hiện tại đã và đang được nhiều Trung tâm xét nghiệm ADN tại Việt Nam sử dụng, trong đó có Trung tâm NOVAGEN.
Vì vậy, các xét nghiêm ADN Cha Con trước sinh bằng cách lấy mẫu máu tính mạch của mẹ mang thai ở từ tuần thứ 7 giờ đây không phải gửi mẫu sang Mỹ hay Hồng Kong nữa, mà với công nghệ xét nghiệm ADN hiện tại, các nhà khoa học tại Trung tâm xét nghiệm ADN NOVAGEN hoàn toàn có thể thực hiện ngay tại Việt Nam với thời gian trả kết quả là trong 7-10 ngày làm việc.
>>> Xem thêm: Xét nghiệm ADN trước sinh
BẢNG GIÁ XÉT NGHIỆM ADN TẠI HÀ NỘI
Tài liệu tham khảo
TS. Đặng Trần Hoàng
Viện trưởng Viện Công nghệ ADN và Phân tích di truyền
