Xét nghiệm giải trình tự toàn bộ exome (WES) là công nghệ giải trình gen thế hệ mới, nhận được nhiều sự quan tâm hiện nay. Vậy xét nghiệm này dựa trên nguyên lý nào, quy trình thực hiện như thế nào, có những ưu – nhược điểm gì, ứng dụng cụ thể ra sao? Bài viết sau đây sẽ giải đáp tất cả những thắc mắc trên.
1. Tổng quan
Giải trình tự toàn bộ exome (Whole exome sequencing – WES) là phương pháp giải trình tự thế hệ mới (NGS) nhằm xác định tất cả các vùng mã hóa protein (exon) trong bộ gen. Đây là những vùng chứa hầu hết các biến thể di truyền và đa hình nucleotide đơn (SNP) liên quan đến bệnh tật ở người. Exome chiếm tỷ lệ 1.5% – 2% bộ gen nhưng ước tính có đến 85% các đột biến gây bệnh đơn gen nằm ở vùng này.
2. Nguyên lý
Exome chứa các phần gen mã hóa protein chiếm khoảng 1,5% đến 2,0% bộ gen, DNA còn lại bao gồm các intron, vùng lặp, vùng điều hòa, kiểm soát các khía cạnh khác của chức năng gen như mức độ liên kết và biểu hiện gen.
Xét nghiệm WES giải trình tự nhắm mục tiêu các exon đồng thời loại trừ không giải trình tự các vùng khác của bộ gen bằng cách sử dụng phương pháp bắt giữ lai (hybridization capture). Là một kỹ thuật sử dụng đầu dò oligonucleotide biến đổi biotin 5’ để “thu giữ” các vùng quan tâm cho giải trình tự. Các đầu dò cũng có thể được định vị để tối đa hóa số lượng vùng mã hóa protein thu được.
3. Quy trình xét nghiệm
Giải trình tự exome gồm hai bước chính: làm giàu mục tiêu (chuẩn bị thư viện) và giải trình tự. Làm giàu mục tiêu là chọn và thu giữ các exon (exome) từ mẫu DNA. Có hai phương pháp chính để phân lập exome: Array hoặc hạt từ (thu giữ chất tan dựa trên hạt từ tính).
– Chuẩn bị mẫu và phân mảnh DNA:
Mẫu sau khi thu thập được thực hiện tách chiết để thu DNA. Tùy vào hệ thống giải trình tự được sử dụng, kích thước DNA phân mảnh được tính toán và xử lý một cách tối ưu. Để xử lý toàn bộ trình tự exome, có hai cách chính để phân mảnh các mẫu DNA: sự phân mảnh vật lý, phương pháp enzym.
– Làm giàu thư viện:
Vùng Exome phải được “thu nhặt” khỏi bộ gen trước khi giải trình tự. Quá trình thu giữ các vùng gen mục tiêu được gọi là làm giàu. Trong quá trình thu thập có thể ảnh hưởng đến trình tự exome vì vậy cần lưu ý đến chất lượng, số lượng và kích thước đoạn mẫu DNA.
Đối với mỗi bộ kit được sử dụng để làm giàu thư viện sẽ kèm theo quy định về chiều dài đoạn gen mục tiêu, đoạn dò và nồng độ DNA đầu vào thích hợp.
– Thu hồi sản phẩm (thư viện):
Sau khi tách được phần exome ra khỏi các phần khác của bộ gen, cần phải rửa nhiều lần để làm sạch sản phẩm (phần exome) (ví dụ: loại bỏ các protein và chất điện giải). Nước cất thường được sử dụng để rửa, một số bộ thuốc thử đặc biệt có thể yêu cầu chất rửa giải cụ thể (ví dụ: Eluent là thuốc thử để rửa sạch exome khỏi microarray hoặc hạt từ tính, có khả năng phá vỡ sự kết nối giữa exome và các chất liên kết). Cả quá trình rửa và thu hồi đều có thể được xử lý nhiều lần để thu được các exome tinh khiết hơn.
4. Phân tích kết quả
– Phân tích và giải thích tin sinh học giúp phân tích dữ liệu giải trình tự
– So sánh với bản đồ tham chiếu bộ gen để xử lý và cải thiện sự liên kết và đánh dấu bản sao
– Phân tích lâm sàng, nhận dạng và gọi tên biến thể
– Loại bỏ các biến thể có khả năng dương tính giả
5. Ưu điểm và giới hạn
– Ưu điểm:
Các exon chứa 85% biến thể liên quan đến bệnh lý đơn gen do đó giúp giảm cả chi phí và thời gian xét nghiệm.
– Giới hạn
+ So với giải trình tự toàn bộ bộ gen, giải trình tự exome có khả năng bỏ sót các biến thể gây bệnh trong vùng không mã hóa của bộ gen. Do đó, giải trình tự toàn bộ bộ gen có thể được sử dụng trong một số trường hợp nếu giải trình tự exome không tìm ra được nguyên nhân.
+ Giải trình tự exome không phát hiện các thay đổi về mất/lặp đoạn nhiễm sắc thể, thay đổi DNA ty thể, các biến đổi di truyền ngoại gen (epigenetics),… nên không thể xác định được nguyên nhân gây bệnh trong những trường hợp này.
6. Ứng dụng xét nghiệm
Xét nghiệm có thể được chỉ định dựa trên bối cảnh lâm sàng của một trong các trường hợp sau:
– Một trong nhiều gen tiềm năng có thể gây ra cùng một kiểu hình do tính không đồng nhất về di truyền.
– Các gen đơn lẻ được cho rằng liên quan biểu hiện lâm sàng đã được kiểm tra và cho kết quả bình thường.
– Với trẻ em: phổ biến nhất dùng để đánh giá tình trạng thiểu năng trí tuệ nghiêm trọng hoặc chậm phát triển được cho là có nguyên nhân di truyền; ngoài ra gồm các trường hợp khác chưa rõ chẩn đoán như: rối loạn di tật bẩm sinh trầm trọng, bệnh lý thần kinh cơ khác nghi ngờ do gen, bệnh nhi có biểu hiện phức tạp/đa tổn thương
– Người lớn: nhằm đánh giá những bệnh nhân mắc bệnh lý lâu năm không thể chẩn đoán được và danh sách gen ứng cử viên quá lớn để thực hiện giải trình tự Sanger truyền thống; cá nhân có nhiều triệu chứng không giải thích được (thần kinh, cơ xương, miễn dịch, thấp khớp…)
Tài liệu tham khảo
Uptodate.com
Trên đây là một số thông tin về xét nghiệm giải trình tự toàn bộ exon (WES) và ứng dụng. Nếu có thắc mắc cần bác sĩ Phương Hoa giải đáp, vui lòng liên hệ tại đây.
Bác sĩ Phương Hoa
Chuyên gia di truyền y học
Liên hệ với bác sĩ
Website này được xây dựng với mong muốn lan tỏa những thông tin hữu ích trong lĩnh vực di truyền học, trở thành kênh kết nối chuyên môn giữa các bác sĩ, chuyên gia y tế nhằm mang lại sự hỗ trợ tốt nhất cho người bệnh.
