Thiết lập được toàn bộ chuỗi di truyền của tinh trùng ở người

Toàn bộ bộ gen của 91 tinh trùng từ một người đàn ông đã được sắp xếp trật tự bởi các nhà nghiên cứu ở trường đại học Stanford. Kết quả cung cấp một cách nhìn thoáng qua vào biến dị di truyền xảy ra tự nhiên trong mỗi cá thể, là báo cáo đầu tiên về toàn bộ chuỗi gen của một giao tử người – các tế bảo trở thành một đứa trẻ và thông qua đó ba mẹ truyền lại đặc điểm thể chất.

Mỗi tế bào tinh trùng có vẻ cơ bản giống nhau, với sự xuất hiện nòng nọc đặc trưng. Nhưng bên trong, các tế bào tinh trùng mang gen khác nhau - ngay cả tế bào từ cùng một người. Bây giờ, các nhà nghiên cứu cung cấp một bức tranh chi tiết về biến đổi ADN của tế bào trong một nghiên cứu mới được công bố 20/7/2012 trên tạp chí Cell. Kỹ thuật được sử dụng có thể là hữu ích cho tìm hiểu các rối loạn sinh sản nam giới, hoặc ứng dụng cho các lĩnh vực khác của nghiên cứu, đặc trưng cho các tế bào bình thường và bệnh trong cơ thể. (Ảnh: iStockphoto / Alexandr Mitiuc)

“Điều này đại diện cho đỉnh cao của gần một thập kỷ làm việc trong phòng thí nghiệm của tôi” Tiến sĩ Stephen Quake cho biết. Giáo sư Lee Otterson ở Trường Cơ khí và chuyên gia công nghệ sinh học và vật lý ứng dụng; “ Bây giờ chúng tôi có thiết bị cho phép chúng tôi thường xuyên mở rộng và sắp xếp trật tự để có mức độ chính xác cao của toàn bộ bộ gen của các tế bào đơn, trong đó có những liên quan khác nhau cho nghiên cứu về ung thư, vô sinh và nhiều rối loạn khác ”

Quake là tác giả chính của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Cell vào 20/7. Sinh viên sau đại học Jianbin Wang và tiến sĩ H.Christian Fan, bây giờ là nhà khoa học cấp cao ở ImmuMetrix lần đầu chia sẻ về bài báo.

Chuỗi các tế bào tinh trùng đặc biệt được quan tâm bởi quá trình tự nhiên được gọi là tái tổ hợp, đảm bảo rằng một đứa trẻ là sự pha trộn ADN từ tất cả ông bà nội ngoại. Cho đến nay, các nhà khoa học đã dựa vào nghiên cứu di truyền của quần thể để ước tính sự tái tổ hợp thường xuyên đã xảy ra trong tinh trùng cá thể, các tế bào trứng và bao nhiêu di truyền pha trộn được kế thừa.

“Chuỗi đơn tinh trùng sẽ cho phép chúng ta biểu thị và hiểu sự tái tổ hợp khác nhau giữa các cá thể như thế nào ở quy mô tốt nhất. Đây là một bằng chứng quan trọng cho phép nghiên cứu cả động học cơ bản của tái tổ hợp trong con người và cho dù nó được liên quan tới vấn đề vô sinh nam giới ” GS.TS Gilean McVean di truyền học thống kê ở Trung tâm Wellcome Trust cho biết. McVean không tham gia vào nghiên cứu.

Nghiên cứu của Stanford cho thấy rằng các ước tính trước đây, dựa trên số đông có độ chính xác đáng ngạc nhiên: trung bình mỗi tinh trùng trong mẫu đã trải qua khoảng 23 tái tổ hợp, hoặc pha trộn. Tuy nhiên, tinh trùng cá thể khác biệt lớn ở mức độ pha trộn di truyền, số lượng và tính nghiêm trọng tự phát xảy ra các đột biến di truyền. Hai tinh trùng bị mất toàn bộ nhiễm sắc thể (NST). Nghiên cứu này có ý nghĩa lớn với các bác sĩ chuyên khoa vô sinh và các nhà nghiên cứu.

“Lần đầu tiên, chúng tôi đã có thể tạo ra một bản đồ tái tổ hợp cá thể và tốc độ đột biến cho mỗi tinh trùng khác nhau từ một người,”  đồng tác giả GS.TS Barry Behr của khoa sản và phụ khoa và giám đốc phòng thí nghiệm thụ tinh ống nghiệm của Stanford. “Bây giờ chúng ta có thể nhìn vào một cá thể riêng, nói về những gì chúng có khả năng sẽ đóng góp di truyền phôi thai và thậm chí có thể chuẩn đoán hoặc phát hiện các vấn đề tiềm năng.”

Hầu hết các tế bào trong cơ thể người có 2 bộ giống nhau của 23 nhiễm sắc thể, được gọi là các tế bào “lưỡng bội”. Tái tổ hợp xảy ra trong suốt quá trình phân bào giảm nhiễm, sự phân chia 1 bộ đơn của mỗi NST trong tinh trùng (nam giới) hoặc tế bào trứng (nữ giới). Khi 1 tinh trùng và 1 trứng gặp nhau, kết quả trứng được thụ tinh có lại được đầy đủ bộ ADN.

Để đảm bảo phân phối có trật tự trong quá trình tái tổ hợp, cặp NST được sắp xếp trong hình dạng chặt chẽ theo khu vực giữa các tế bào. Trong quá trình này, các phần của NST phù hợp đôi khi ngẫu nhiên trao đổi. Quá trình tạo ra nhiều biến dị di truyền ở con cái tiềm năng hơn khi NST nguyên vẹn được tách  thành các tế bào sinh sản.

“Vị trí chính xác, tần số và mức độ của quá trình pha trộn di truyền này là duy nhất cho mỗi tinh trùng và tế bào trứng” Quake nói, “ Trước đó, chúng tôi chưa bao giờ có khả năng xem xét với mức độ chi tiết này. Nó rất thú vị, những gì xảy ra trong cơ thể một người phản ánh ở mức trung bình dân số”

Vấn đề lớn với quá trình tái tổ hợp có thể tạo ra tinh trùng mất một phần hoặc toàn bộ NST, làm cho chúng không có khả năng thụ tinh cho trứng. Nhưng nó có thể gây khó khăn cho các nhà nghiên cứu sinh sản để xác định các vấn đề tiềm năng.

“Hầu hết các kỹ thuật chúng tôi hiện đang sử dụng để đánh giá khả năng tồn tại của tinh trùng khá thô sơ ” Quake cho biết.

Để tiến hành nghiên cứu, Wang, Quake và Behr đầu tiên cô lập và sắp xếp theo trình tự gần 100 tế bào tinh trùng từ chủ thể nghiên cứu, người đàn ông 40 tuổi. Người này có con cái khỏe mạnh và mẫu tinh trùng khỏe mạnh. Chuỗi toàn bộ gen của anh ta (đạt được từ tế bào lưỡng bội) đã được sắp xếp theo trình tự trước đó cho mức độ chính xác cao.

Sau đó họ so sánh trật tự của tinh trùng với bộ gen lưỡng bội của chủ thể. Họ có thể thấy, bằng cách so sánh trật tự của bộ NST trong các tế bào lưỡng bội với những NST trong các tế bào tinh trùng đơn bội, nơi mà tái tổ hợp diễn ra. Các nhà nghiên cứu cũng xác định 25 đến 36 đột biến nucleotide đơn mới trong mỗi tế bào tinh trùng không có mặt trong bộ gen lưỡng bội của chủ thể. Đột biết ngẫu nhiên như vậy là một cách khác để tạo ra biến dị di truyền, nhưng chúng xảy ra ở các điểm đặc biệt trong bộ gen có thể có ảnh hưởng có hại.

Điều đó quan trọng để lưu ý rằng các tế bào tinh trùng riêng biệt bị phá hủy bởi quá trình sắp xếp theo chuỗi, chúng không thể đi vào trứng để thụ tinh. Tuy nhiên, chuỗi đơn bào miêu tả trong báo cáo có khả năng được sử dụng để chuẩn đoán các rối loạn sinh sản nam giới và giúp các cặp vợ chồng vô sinh đánh giá lựa chọn của họ. Nó cũng có thể được sử dụng để tìm hiểu thêm về khả năng sinh sản nam giới và chất lượng tinh trùng thay đổi như thế nào theo tuổi tác ngày càng tăng.

“Điều này có thể phục vụ để phát hiện sớm vấn đề sinh sản ở đàn ông” Behr nói, ông cũng là đồng chỉ đạo nội tiết sinh sản của Stanford và chương trình vô sinh. “Một ngày nào đó chúng tôi có thể sử dụng dạng khác, các tính năng tương ứng để xác định các tinh trùng khỏe mạnh cho thụ tinh ống nghiệm. ADN là vật liệu thô cuối cùng xác định tiềm năng của tinh trùng, nếu chúng tôi có thể tìm hiểu thêm quá trình này để hiểu biết hơn về khả năng sinh sản của con người”

Nghiên cứu được tài trợ bởi Viện y tế quốc gia, Hội đồng học bổng Trung Quốc và Quỹ Siebel.

Nguồn: www.sciencedaily.com

Đỗ Duyên @Meslab,. (biên dịch)

Authors

Related posts

*

Top