Giải trình tự bộ gen virus là gì?

• Trình tự bộ gen virus hay giải trình tự bộ gen virus là gì?
• Giải trình tự bộ gen virus cho chúng ta biết điều gì?
• Mục đích của việc giải trình tự bộ gen virus đối với COVID-19 và cúm là gì?
• Giải trình tự bộ gen virus được thực hiện như thế nào?

Trước tiên, chúng ta hãy bắt đầu với những điều cơ bản. Mọi sinh vật đều có bộ gen.

Bộ gen được tạo thành từ DNA. Mỗi tế bào của bạn có một bản sao bộ gen của bạn được đóng gói bên trong. Bạn có thể nghĩ về nó như một hướng dẫn sử dụng hoặc sách công thức nấu ăn. Bộ gen có tất cả các hướng dẫn hoặc "công thức" mà cơ thể bạn cần để hoạt động và trông như vậy.

Bộ gen người được viết bằng một chuỗi 3 tỷ bazơ DNA thuộc bốn loại khác nhau. Mỗi bazơ có thể được biểu diễn bằng một trong bốn "chữ cái" trong "bảng chữ cái" DNA. Hầu hết DNA của bạn sẽ trông giống hệt DNA của bất kỳ người nào khác. Nhưng những khác biệt nhỏ trong cách viết hoặc trình tự của các chữ cái đó trong hàng nghìn gen trên bộ gen của bạn giải thích, một phần, điều gì làm cho bạn trở nên độc đáo.

Virus cũng có bộ gen. Bộ gen virus có thể được tạo thành từ DNA hoặc một phân tử tương tự gọi là RNA. So với bộ gen của bạn, bộ gen virus rất nhỏ. Ví dụ, các loại coronavirus như loại gây ra COVID-19 có bộ gen RNA dài khoảng 30.000 chữ cái (nhỏ hơn 100.000 lần so với bộ gen của con người). Bộ gen của virus cúm hoặc cúm thậm chí còn ngắn hơn với khoảng 13.500 chữ cái RNA.

Không phải tất cả các loại virus đều khiến con người bị bệnh. Nhưng bộ gen của những loại virus có tất cả các chỉ dẫn cần thiết để chúng lây nhiễm vào tế bào của chúng ta, tạo ra nhiều bản sao của chính chúng và lây lan. Những khác biệt nhỏ trong các chỉ dẫn đó có thể khiến các loại virus khác nhau hoặc các biến thể hoặc chủng khác nhau của cùng một loại virus trông khác nhau và hoạt động theo những cách khác nhau. Các nhà khoa học có thể tìm hiểu rất nhiều về một loại virus bằng cách nghiên cứu bộ gen của nó.

Trình tự bộ gen virus hay giải trình tự bộ gen virus là gì?

Trình tự bộ gen của một loại virus là trình tự hoặc thứ tự các bazơ hoặc chữ cái tạo nên vật liệu di truyền của virus hoặc bộ gen của nó. Nếu bạn viết trình tự bộ gen của một loại virus corona cụ thể, thì đó sẽ là một chuỗi khoảng 30.000 chữ cái. Điều quan trọng là phải sắp xếp chúng theo đúng thứ tự mà bạn tìm thấy trong một loại virus cụ thể.

Trong trường hợp của RNA, các nhà khoa học sử dụng các chữ cái A, C, G và U, tượng trưng cho mỗi một trong bốn bazơ RNA: adenine, cytosine, guanine và uracil. Tương tự đối với DNA, ngoại trừ chữ T thay cho thymine thay cho uracil. Quá trình các nhà khoa học sử dụng để tìm ra thứ tự đúng của các chữ cái trong một mẫu virus nhất định được gọi là giải trình tự bộ gen.

Giải trình tự bộ gen virus cho chúng ta biết điều gì?

Virus và bộ gen virus thay đổi liên tục. Lý do là vì tế bào đôi khi mắc lỗi.

Khi một bộ gen virus được sao chép bên trong một tế bào bị nhiễm bệnh, đôi khi một "lỗi đánh máy" lọt qua. Hầu hết thời gian, những lỗi chính tả đó không tạo ra nhiều khác biệt. Nhưng đôi khi chúng có thể thay đổi cách một loại virus trông như thế nào hoặc hoạt động theo những cách mà hóa ra lại quan trọng. Không ai biết chính xác loại virus gây ra COVID-19 đến từ đâu. Nhưng có lẽ nó xuất phát từ một loại coronavirus ở một loài động vật khác, chẳng hạn như dơi, đã vô tình thay đổi theo cách cho phép nó lây nhiễm cho con người.

Giải trình tự bộ gen là cách các nhà khoa học tìm ra loại coronavirus mới này ở người ngay sau khi nó xuất hiện ở người. Lúc đầu, điều họ biết là mọi người ở Trung Quốc đột nhiên bị bệnh với các triệu chứng về đường hô hấp. Vì vậy, các nhà khoa học đã giải trình tự bộ gen của một mẫu virus từ một người làm việc tại một khu chợ mà họ nghĩ rằng nó có thể xuất phát từ đó. Bằng cách so sánh trình tự RNA với các trình tự bộ gen virus khác mà họ có từ các nghiên cứu trước đó, họ có thể biết ngay rằng đó là một loại coronavirus mà họ chưa từng thấy ở người trước đây.

Mặc dù đây là một loại virus mới đối với mọi người, họ đã biết rất nhiều về nó ngay lập tức dựa trên bộ gen của nó. Đó là vì các nhà khoa học đã nghiên cứu các loại coronavirus liên quan đã gây ra các đợt bùng phát trước đó ở người. Từ những nghiên cứu đó, họ đã biết về một số phần quan trọng của bộ gen coronavirus, bao gồm cả gen mã hóa thứ mà các nhà khoa học gọi là protein gai của nó.

Họ biết rằng gai nhọn này rất quan trọng để virus lây nhiễm vào tế bào của chúng ta. Họ cũng biết rằng nó có thể là mục tiêu hữu ích cho vắc-xin hoặc các phương pháp điều trị khác. Họ biết tất cả những điều này ngay sau khi phát hiện ra virus corona vì họ có thể giải trình tự bộ gen của nó và so sánh bộ gen với các bộ gen virus khác.

Vì vậy, việc giải trình tự bộ gen có thể tiết lộ nhiều thông tin hữu ích.

Nó có thể xác định một loại vi-rút mới hoặc cho bạn biết loại vi-rút nào đang khiến ai đó bị bệnh. Nó có thể cung cấp cho các nhà khoa học ý tưởng về cách một loại vi-rút có thể khiến chúng ta bị bệnh dựa trên các gen và protein mà chúng mã hóa cùng với các cách để cố gắng ngăn chặn nó. Khi một loại vi-rút lây lan từ người này sang người khác trên khắp thế giới, các nhà khoa học có thể sử dụng trình tự bộ gen để theo dõi chuyển động của nó và bất kỳ thay đổi nào xảy ra.

Mục đích của việc giải trình tự bộ gen virus đối với COVID-19 và cúm là gì?

Các nhà khoa học đã theo dõi virus cúm trong nhiều thập kỷ. Họ sử dụng chúng để so sánh các loại virus hiện nay với các loại đã từng tồn tại trong quá khứ. Dựa trên trình tự bộ gen, họ tìm kiếm những khác biệt quan trọng trong cách viết của một số gen nhất định. Một số thay đổi không tạo ra nhiều khác biệt. Nhưng những thay đổi khác ảnh hưởng đến mức độ dễ dàng lây lan của virus từ người này sang người khác hoặc mức độ khiến mọi người bị bệnh.

Hàng năm, các nhà khoa học sử dụng trình tự bộ gen cúm để giúp họ quyết định nên đưa những gì vào vắc-xin cúm. Vì những loại vi-rút này đã tồn tại rất lâu và thay đổi liên tục, bạn có thể tìm thấy những phiên bản hơi khác nhau ngay cả trong các mẫu lấy từ một người bị cúm. Trong một năm bình thường, các nhà khoa học giải trình tự hàng nghìn loại vi-rút cúm để cung cấp thông tin cho họ và giúp họ đưa ra quyết định về sức khỏe cộng đồng.

Trong đại dịch COVID-19 , giải trình tự bộ gen rất quan trọng. Trình tự bộ gen giúp các nhà khoa học theo dõi cách thức lây lan của vi-rút corona và cách thức nó thay đổi. Họ cũng có thể nghiên cứu trình tự bộ gen để tìm ra những thay đổi nào đáng lo ngại và những thay đổi nào có thể không đáng lo ngại.

Ví dụ, một nghiên cứu ở Boston đã sử dụng khoảng 800 bộ gen virus để xem virus corona lây lan ở đó như thế nào vào giai đoạn đầu. Dựa trên những thay đổi nhỏ trong bộ gen, họ có thể biết rằng virus corona đã xâm nhập vào khu vực Boston hàng chục lần, đến từ Châu Âu và một số vùng của Hoa Kỳ. Các nhà nghiên cứu cũng có thể biết rằng một hội nghị duy nhất đã dẫn đến hàng nghìn ca nhiễm trùng ở Boston và những nơi khác trên thế giới.

Các nhà khoa học tiếp tục giải trình tự virus corona gây ra COVID-19 để hiểu cách nó di chuyển và phát hiện các biến thể mới khi chúng xuất hiện. Quá trình này được gọi là giám sát bộ gen.

Giám sát bộ gen liên quan đến việc giải trình tự nhiều mẫu. Nó phát hiện ra các biến thể mới hoặc bộ gen virus có một hoặc nhiều đột biến trong đó.

Một số biến thể xuất hiện chỉ biến mất hoặc không tạo ra bất kỳ sự khác biệt nào. Khi những thay đổi trong bộ gen có vẻ đáng lo ngại, các nhà khoa học phân loại chúng thành "biến thể đáng quan tâm" hoặc "biến thể đáng lo ngại". Bạn có thể đã quen thuộc với các biến thể coronavirus như Delta hoặc Omicron.

Một trong những lý do khiến các nhà khoa học lo lắng về Omicron ngay từ đầu là biến thể này có khoảng 50 lỗi đánh máy hoặc đột biến trong bộ gen của nó. Rất nhiều trong số những đột biến đó cũng nằm trong protein gai, đây là phần của vi-rút mà vắc-xin và hệ thống miễn dịch của chúng ta sử dụng để tấn công nó.

Do những thay đổi này, Omicron lây lan nhanh hơn loại vi-rút corona ban đầu gây ra COVID-19. Các nhà khoa học dự kiến ​​các biến thể mới sẽ tiếp tục xuất hiện. Bằng cách tiếp tục giải trình tự bộ gen và giám sát, họ có thể cố gắng đi trước vi-rút. Các nhà khoa học có thể sử dụng giải trình tự bộ gen để xác định và theo dõi bất kỳ loại vi-rút nào mà họ quan tâm.

Giải trình tự bộ gen virus được thực hiện như thế nào?

Giải trình tự bộ gen hiện nay dễ dàng và rẻ hơn nhiều so với trước đây. Bộ gen virus cũng dễ giải trình tự hơn bộ gen người vì kích thước nhỏ. Sau đây là các bước chính:

Chiết xuất . Các nhà khoa học chiết xuất RNA hoặc DNA từ mẫu có chứa vi-rút.

Chuẩn bị mẫu . Các nhà khoa học chuẩn bị mẫu. Ví dụ, họ có thể phải cắt RNA hoặc DNA thành các mảnh nhỏ hơn hoặc thêm một số đoạn nhất định vào các đầu. Các bước cụ thể phụ thuộc vào loại máy mà các nhà khoa học đang sử dụng.

Giải trình tự . Các nhà khoa học đưa mẫu vào máy giải trình tự. Máy đọc các tín hiệu cho họ biết thứ tự các bazơ hoặc chữ cái trong DNA hoặc RNA.

Phân tích . Các máy sẽ kết thúc với rất nhiều chuỗi ký tự không bao phủ toàn bộ bộ gen. Chúng sẽ sử dụng máy tính để ghép tất cả lại thành một trình tự bộ gen hoàn chỉnh và xác định bất kỳ sự khác biệt nào trong trình tự mới so với các trình tự khác.

NGUỒN:

Nghiên cứu và Đổi mới của Vương quốc Anh: “Giải trình tự bộ gen vi-rút giúp ích như thế nào trong việc ứng phó với COVID-19?”

Hội vi sinh vật học: “Virus có sống không?”

Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Cơ sở phân tử của bệnh tật : “Thông tin chi tiết về bộ gen, cấu trúc, quá trình tiến hóa, sinh bệnh và liệu pháp điều trị của SARS-CoV-2: Phương pháp tiếp cận bộ gen cấu trúc.”

Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh: “Hiểu biết về Vi-rút Cúm”, “COVID-19: Giám sát Bộ gen là gì?” “Giải trình tự Bộ gen Vi-rút Cúm và Đặc điểm Di truyền”, “Công cụ Theo dõi Dữ liệu COVID”, “Những điều Bạn Cần Biết về Các Biến thể”, “Phát hiện Phân tử Nâng cao (AMD)”.

Giáo dục thiên nhiên : “Di truyền của vi-rút cúm.”

Sinh học phân tử và tiến hóa : “SARS-CoV-2 đến từ đâu?”

Nature : “Một loại virus corona mới liên quan đến bệnh đường hô hấp ở người tại Trung Quốc”, “Omicron thoát khỏi quá trình trung hòa Pfizer BNT162b2 một cách đáng kể nhưng không hoàn toàn”.

Khoa học : “Cấu trúc Cryo-EM của gai 2019-nCoV trong cấu hình tiền hợp nhất”, “Phân tích phát sinh loài của SARS-CoV-2 ở Boston làm nổi bật tác động của các sự kiện siêu lây lan”.