Hotline 247
04 6662 6362
 
Hà Nội
0968 378 899
 
Hồ Chí Minh
01289 777 888

Giải trình tự ARN: một công cụ cách mạng cho nghiên cứu hệ phiên mã

BioMedia

Giải trình tự ARN (RNA-seq) là phương pháp được phát triển những năm gần đây để lập hồ sơ hệ phiên mã bằng cách sử dụng công nghệ giải trình tự sâu. Những nghiên cứu sử dụng phương pháp này thực sự đã biến đổi quan điểm của chúng ta về quy mô và sự phức tạp của hệ phiên mã sinh vật nhân chuẩn. RNA-seq cũng cung cấp sự đo lường chính xác hơn về các bản phiên mã và đồng dạng của chúng so với các phương pháp khác.

 

Sự hiểu biết về hệ phiên mã (transcriptome)

Hệ phiên mã (transcriptome) là bộ hoàn chỉnh gồm tất cả các bản phiên mã trong một tế bào. Tập hợp các bản phiên mã và số lượng mỗi loại đặc trưng cho từng giai đoạn phát triển hoặc điều kiện sinh lý cụ thể. Sự hiểu biết hệ phiên mã là thiết yếu cho việc giải thích chức năng của hệ gen và khám phá thành phần phân tử của các tế bào và mô, cũng như sự hiểu biết về quá trình phát triển và bệnh tật. Việc giải trình tự hệ phiên mã để đạt được những mục tiêu chính là: (1) lập danh mục tất cả các loại phiên mã, gồm ARN thông tin, ARN không mã hóa và ARN nhỏ; (2) để xác định cấu trúc phiên mã của gen, gồm vị trí khởi đầu sao chép, đầu 5’ và 3’, kiểu cắt nối và những biến đổi sau dịch mã; (3) định lượng sự thay đổi mức độ biểu hiện của mỗi bản phiên mã trong quá trình phát triển và dưới các điều kiện khác nhau.

Hệ phiên mã – Thế giới phức tạp của ARN

Hệ phiên mã – Thế giới phức tạp của ARN

Nhiều công nghệ được phát triển để suy luận và định lượng hệ phiên mã, gồm phương thức dựa trên lai hoặc phân tích trình tự. Phương thức dựa trên lai hay phương pháp microarray cho phép lập bản đồ vùng phiên mã với độ phân giải cao. Đây là phương pháp thông lượng cao cho phép xác định đồng thời nhiều vùng phiên mã. Tuy nhiên, phương pháp này có một số giới hạn như: phụ thuộc vào các gen đã biết trình tự, tín hiệu nền cao do lai chéo,...

Khác với microarray, phương pháp giải trình tự giải mã thư viện ADN bổ sung. Ban đầu, giải trình tự Sanger được ứng dụng trong nghiên cứu hệ phiên mã, nhưng phương pháp này có thông lượng tương đối thấp, giá thành cao và thường không định lượng được bản phiên mã. Những bất lợi này giới hạn sử dụng công nghệ giải trình tự Sanger trong chú giải cấu trúc hệ phiên mã.

Gần đây, sự phát triển phương pháp giải trình tự thông lượng cao đã cung cấp phương pháp mới cho phép lập bản đồ đồng thời định lượng hệ phiên mã. Phương pháp này được gọi là RNA-seq, nó mang nhiều thuận lợi hơn các phương pháp hiện có và hứa hẹn sẽ cách mạng hóa phương thức nghiên cứu hệ phiên mã nhân chuẩn.

Công nghệ RNA-seq và những ưu điểm

RNA-seq sử dụng công nghệ giải trình tự sâu được phát triển những năm gần đây. Ban đầu, quần thể ARN được chuyển thành thư viện ADN bổ sung. Sau đó, các đoạn ADN được cắt nhỏ rồi gắn adaptor hai đầu. Các đoạn ADN ngắn khoảng 30-400 bp, tùy thuộc vào công nghệ giải trình tự, được giải mã đồng thời với thông lượng rất cao (từ hàng triệu đến hàng tỷ đoạn đọc cùng lúc). Hiện nay, có nhiều công nghệ giải trình tự thông lượng cao có thể sử dụng cho RNA-seq, như: Illumina, Applied Biosystems SOLiD,  Roche 454 Life Science.

Tại sao RNA-seq lại tốt hơn microarray?

RNA-seq cho phép điều tra nghiên cứu hơn là sự biểu hiện gen. Và trong thực tế, RNA-seq đang thay thế nhanh chóng cho nghiên cứu biểu hiện gen bằng micrroarray. Bởi lẽ, RNA-seq có những ưu thế vượt trội so với microarray.

Thứ nhất, RNA-seq không sử dụng đầu dò hoặc mồi nên lượng dữ liệu bị mất mát thấp hơn nhiều, giúp loại bỏ sự phỏng đoán hoặc lắp ráp theo đồng dạng. Hơn nữa, RNA-seq không giới hạn trong việc phát hiện các ARN được phiên mã từ gen đã biết trình tự, có nghĩa là không cần trình tự tham chiếu. Điều này làm cho RNA-seq đặc biệt hấp dẫn trong việc nghiên cứu các sinh vật mà trình tự hệ gen chưa được xác định. Ngoài ra, RNA-seq còn hữu ích cho việc nghiên cứu các hệ phiên mã phức tạp và có thể cho biết sự biến đổi trong vùng phiên mã.

Ưu điểm thứ hai của RNA-seq so với microarray là tín hiệu nền của RNA-seq rất thấp nếu có, cộng với số lần đọc mỗi nucleotide lớn cho phép cải tiến độ nhạy, nên có thể phát hiện các đoạn phiên mã hiếm. Ngược lại, microarray khó phát hiện những gen có mức độ biểu hiện thấp. RNA-seq cũng cho thấy độ chính xác cao trong việc định lượng mức độ biểu hiện gen, tương tự như PCR định lượng.

Ưu điểm thứ ba của RNA-seq là không có bước nhân dòng và sử dụng công nghệ Helico, cho nên RNA-seq đòi hỏi lượng mẫu ARN ít hơn. Một ưu điểm nữa được nhiều người quan tâm là thời gian giải trình tự hệ phiên mã được rút ngắn từ hàng năm xuống chỉ còn tính bằng giờ. Trong khi đó giá thành cạnh trạnh hơn so với các phương pháp khác (microarray và Sanger).

Những ưu điểm trên cho thấy RNA-seq sẽ là công cụ cách mạng trong việc nghiên cứu hệ phiên mã, đặc biệt là các hệ phiên mã phức tạp. Nó cho phép khảo sát toàn bộ hệ phiên mã với thông lượng rất cao, nghiên cứu các bản phiên mã hiếm, phát hiện các bản phiên mã mới và định lượng chính xác số lượng bản phiên mã.

Tài liệu tham khảo:

1. Zhong Wang, Mark Gerstein, Michael Snyder (2009), “RNA-Seq: a revolutionary tool for transcriptomics”, Nat Rev Genet; 10(1): 57–63.

2. Anthony Gitter (2016), “Measuring transcriptomes with RNA-Seq”, BMI/CS 776.

3. http://bitesizebio.com/13542/what-everyone-should-know-about-rna-seq/

Dịch giả Trần Tuấn Anh

BioMedia VN

 

 

Các bài viết cùng chủ đề

Giải trình tự ARN: một công cụ cách mạng cho nghiên cứu hệ phiên mã

Giải trình tự ARN (RNA-seq) là phương pháp được phát triển những năm gần đây để lập hồ sơ hệ phiên mã bằng cách sử...

Cột ly tâm silica dùng trong việc tách chiết ADN/ ARN hoạt động như thế nào?

Ngày nay, phần lớn các phòng thí nghiệm đều sử dụng các bộ kit thương mại dùng cột ly tâm cho việc tách chiết acid...