Các công cụ di truyền học và genomics: Di truyền tế bào và di truyền phân tử

Phương pháp Southern blotting và Northern blotting

Southern blotting được sử dụng để phát hiện các đột biến nhỏ cũng như các đoạn mất, lặp đoạn và sắp xếp lại gen làm thay đổi vị trí cắt của enzyme giới hạn hoặc làm thay đổi kích thước của các đoạn DNA tạo ra 16.

Trong kỹ thuật này, DNA bộ gen được cắt bởi một hoặc nhiều enzyme nội cắt giới hạn, sau đó được chuyển lên một màng lọc. Màng này được lai với một mẫu dò sợi đơn đánh dấu phóng xạ, trong các điều kiện thuận lợi cho việc hình thành sợi đôi giữa mẫu dò và các đoạn DNA trên gel có trình tự bổ sung. Khi phơi phim phóng xạ tự ghi lên màng và rửa phim, các trình tự lai sẽ hiện rõ dưới dạng các vạch. Vị trí của mỗi vạch tương ứng với kích thước của đoạn DNA mà mẫu dò gắn vào (hình 12).

Northern blotting, kỹ thuật phân tích RNA thay vì DNA, được thảo luận trong một phần riêng. (Xem “Công cụ cho di truyền học và hệ gen học: Phân tích biểu hiện gen”, phần ‘Northern blot (chủ yếu có giá trị lịch sử)’.)

TÓM TẮT

Ứng dụng trong di truyền tế bào – Các công cụ chẩn đoán phân tử và di truyền tế bào được áp dụng cho ba mục đích chính trong di truyền lâm sàng: phát hiện các đột biến đặc hiệu, nghiên cứu các biến thể cấu trúc nhiễm sắc thể lớn và định kiểu gen để tìm các đột biến chưa được xác định trước đó. (Xem ‘Giới thiệu’ ở dưới.)

Đột biến đã biết – Hầu hết các công cụ để xác định các đột biến chọn lọc đều sử dụng công nghệ phản ứng chuỗi polymerase (PCR). Các kỹ thuật sử dụng enzyme giới hạn đặc hiệu có thể được dùng để tìm các đột biến gây ảnh hưởng đến vị trí cắt mục tiêu của enzyme, mặc dù chỉ một tỷ lệ nhỏ các đột biến điểm là có thể áp dụng kỹ thuật này. Hệ thống ARMS (amplification refractory mutation system) sử dụng phản ứng PCR đa mồi (multiplex PCR) và có thể phát hiện các đột biến điểm đặc hiệu. Các kỹ thuật khác bao gồm lai oligonucleotide và vi mảng (microarray) định kiểu gen. Vi mảng cho phép phân tích với hiệu suất cao. (Xem “Phản ứng chuỗi polymerase (PCR)” và ‘Phát hiện các đột biến đã biết’ ở dưới.)

Biến thể cấu trúc – Phân tích di truyền tế bào để xác định các biến thể cấu trúc lớn có thể bao gồm: phân tích bộ nhiễm sắc thể (karyotype) bằng phương pháp đánh băng; lai tại chỗ huỳnh quang (FISH) trên nhân tế bào kỳ giữa hoặc kỳ trung gian; hoặc lai genomic so sánh mảng (array CGH). Độ phân giải tăng dần — nghĩa là có thể phát hiện các khiếm khuyết di truyền ngày càng nhỏ hơn — từ phân tích karyotype đến FISH kỳ trung gian và cuối cùng là array CGH. (Xem ‘Phát hiện các bất thường di truyền tế bào’ ở dưới.)

Biến thể mới – Đối với các bệnh có tính dị hợp allele, các biến thể trình tự mới vẫn tiếp tục được phát hiện. Các phương pháp cho phép phân tích toàn bộ gen hoặc toàn bộ hệ gen giúp cải thiện khả năng phát hiện này. Hầu hết các phương pháp sàng lọc đột biến có khả năng ứng dụng hạn chế trong các phòng xét nghiệm chẩn đoán lâm sàng. Phương pháp trực tiếp nhất để phát hiện đột biến là giải trình tự tự động đoạn DNA mục tiêu. Giải trình tự toàn bộ hệ gen ngày càng trở nên phổ biến tại các phòng xét nghiệm bệnh học phân tử của các trung tâm y tế học thuật và từ các cơ sở genomic thương mại. (Xem ‘Định kiểu gen các đột biến mới’ ở dưới và “Giải trình tự DNA thế hệ mới (NGS): Nguyên lý và ứng dụng lâm sàng”.)