Ứng dụng kỹ thuật giải trình tự Gen thế hệ mới trong nghiên cứu bệnh truyền nhiễm

Trong những thập niên gần đây, bệnh truyền nhiễm mới nổi và tái nổi ảnh hưởng không nhỏ đến nền y tế công cộng của các quốc gia trên thế giới. Để đảm bảo tốt công tác dự phòng, chẩn đoán và điều trị đòi hỏi các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực y sinh học cần đưa ra và triển khai ứng dụng những phương pháp hiện đại có thể phát hiện nhanh, chính xác các tác nhân gây bệnh.

Quy trình chuẩn bị mẫu và giải trình tự trên hệ thống thiết bị Ion Torrent S5 
(hiện có tại Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga)

Sự phát triển của công nghệ sinh học nói chung, sinh học phân tử nói riêng là cơ sở để đưa ra nhiều giải pháp và lựa chọn trong nghiên cứu bệnh truyền nhiễm, bao gồm phát hiện nguyên nhân, cơ chế, phương pháp chẩn đoán và điều trị nhằm bảo vệ và nâng cao sức khỏe cộng đồng. Phương pháp giải trình tự gen thế hệ mới (NGS, next generation sequencing) từ khi xuất hiện được triển khai ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có các nghiên cứu về y sinh học như vi sinh lâm sàng, pháp y, chẩn đoán trước sinh, sàng lọc bệnh di truyền, di truyền dược lý học … 

Trong nghiên cứu bệnh truyền nhiễm, NGS là công nghệ giải trình tự đạt được thành tựu đáng ghi nhận với mục tiêu tìm kiếm và phát hiện sớm tác nhân gây bệnh như vi khuẩn, virus chưa ghi nhận trước đây hoặc không thể xác định bằng kỹ thuật vi sinh truyền thống hay các phương pháp sinh học phân tử thông thường khác. Năm 2008, NGS lần đầu tiên được áp dụng thành công tại Úc khi thực hiện điều tra nguyên nhân tử vong của 03 (ba) bệnh nhân bị sốt sau vài tuần ghép tạng từ cùng một người hiến tặng. Các biện pháp điều tra được tiến hành bằng phương pháp vi sinh truyền thống và di truyền phân tử, thực hiện trên phổ rộng các tác nhân gây bệnh truyền nhiễm khác nhau nhưng đều không xác định được nguyên nhân. Mẫu bệnh phẩm sau đó tiếp tục được xét nghiệm bằng phương pháp NGS, phân tích kết quả và xác định nguyên nhân liên quan đến tử vong là do Arenavirus - chủng mới thuộc họ virus Arenaviridae. Xét nghiệm huyết thanh và hóa mô miễn dịch cho kết quả khẳng định virus đã xâm lấn đến các cơ quan cấy ghép và gây bệnh trên người được hiến tạng. Bệnh do Arenavirus là bệnh cấp tính - lây truyền qua động vật gặm nhấm, thường bệnh nhân mắc Arenavirus ít xuất hiện triệu chứng, hoặc có những biểu hiện như cúm, sốt. Tuy nhiên, một số ít trường hợp viêm não dẫn đến tử vong. Cùng thời điểm đó, kỹ thuật NGS khẳng định được tính ứng dụng hơn nữa khi xác định được nguyên nhân gây ra tử vong của 04 bệnh nhân bị sốt không rõ nguyên nhân trong dịch sốt xuất huyết tại Zambia năm 2008 sau khi giải trình tự full genome và xác định tác nhân gây bệnh là Lujo virus - cũng là virus mới phát hiện thuộc họ Arenaviridae.

Ứng dụng tích cực tiếp theo của NGS trong nghiên cứu bệnh truyền nhiễm là khả năng phát hiện các trường hợp đồng nhiễm trên cùng một bệnh nhân hoặc trung gian truyền bệnh. Trong các nghiên cứu gần đây về bệnh truyền nhiễm truyền từ động vật sang người, phân tích metagenomic hệ tác nhân gây bệnh truyền qua muỗi, dơi, ve… được quan tâm. Ví dụ, giai đoạn 2017 - 2020 tại Nigeria xuất hiện nhiều đợt bùng phát dịch bệnh do muỗi truyền. Các nghiên cứu sau đó được thực hiện ở các khía cạnh khác nhau, trong đó có phân tích metagenomic hệ virus trong mẫu muỗi. Phân tích kết quả giải trình tự NGS phát hiện 07 loại virus có khả năng gây bệnh trên người trong hai nhóm muỗi loài Aedes aegypti và A. albopictus - là hai loài có sự phân bố rộng rãi trên thế giới và là trung gian chính có thể lây lan các bệnh do muỗi truyền. 

Nghiên cứu ứng dụng phương pháp NGS trong phân tích metagenomic hệ tác nhân gây bệnh còn cho phép biết được thông tin di truyền của vi khuẩn hoặc virus gây bệnh mới. Trên cơ sở đó, tiến hành phân lập, đánh giá độc lực và khả năng lây truyền, nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm các bộ kit xét nghiệm sinh học phân tử cũng như huyết thanh học… nhằm tăng cường các biện pháp chẩn đoán, phòng ngừa dịch bệnh mới nổi và tái xuất hiện. 

NGS được triển khai thực hiện tại nhiều phòng thí nghiệm trên toàn thế giới khi dịch Covid-19 xuất hiện. Các nhà nghiên cứu đã thiết lập, chia sẻ quy trình giải trình tự toàn bộ genome của SARS-CoV-2, theo dõi sự xuất hiện các biến thể của chúng và cập nhật trên cơ sở dữ liệu GISAID, Nextstrain, Cov-Lineages. Đây là cơ sở dữ liệu mở, dành cho tất cả đối tượng quan tâm.

Bên cạnh những ưu điểm mà phương pháp mang lại, nhược điểm lớn nhất của NGS là giá thành cao và đòi hỏi cán bộ nghiên cứu có kỹ năng thực hành kèm theo trình độ chuyên môn sâu. Hiện tại, Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga đã được trang bị hệ thống giải trình tự gen thế hệ mới Ion Torrent S5 (Thermo Scientific), cán bộ chuyên môn cùng từng bước được đào tạo. Hy vọng trong thời gian tới, việc vận hành và sử dụng trang thiết bị có hiệu quả sẽ đóng góp phần nhỏ trong các nghiên cứu về hệ gen của một số tác nhân gây bệnh truyền nhiễm ở khu vực nhiệt đới. 

Lương Thị Mơ (Chi nhánh Phía Nam), biên dịch và tổng hợp
Nguồn: www.medial-journal.ru; https://microbiomejournal.biomedcentral.com/