Các công nghệ microarray và ứng dụng trong di truyền

Công nghệ microarray là công cụ chính trong chẩn đoán di truyền, bao gồm hai nền tảng chủ yếu là đa hình đơn nucleotide (SNP) và lai bộ gen so sánh (CGH). Công nghệ microarray có khả năng phát hiện các biến đổi số lượng bản sao (CNV) trên nhiễm sắc thể, như mất đoạn hoặc lặp đoạn, giúp xác định những bất thường di truyền

Bài viết này được viết dưới sự hướng dẫn chuyên môn của ThS.BS Đỗ Huy Dương, Khối Di truyền y học – Trung tâm Công nghệ cao Vinmec.

1. Ứng dụng của công nghệ microarray trong di truyền

Công nghệ microarray có vai trò quan trọng trong chẩn đoán di truyền. Phương pháp Array CGH (lai bộ gen so sánh) trong công nghệ microarray cho phép so sánh sự khác biệt về số lượng bản sao DNA giữa mẫu bệnh phẩm và mẫu tham chiếu bình thường (Hình 1). DNA từ hai mẫu được gắn nhãn với hai loại huỳnh quang có màu sắc khác nhau, sau đó được trộn lại và lai với các đầu dò trên phiến kính microarray.

Khi dùng microarray phân tích, các cường độ huỳnh quang của từng màu sẽ được so sánh bằng công cụ tin sinh học. Trong trường hợp lặp đoạn, tín hiệu huỳnh quang được phát hiện bằng microarray sẽ mạnh hơn so với mẫu đối chứng, trong khi trường hợp mất đoạn sẽ cho tín hiệu huỳnh quang yếu hơn.

Phương pháp Array CGH của công nghệ microarray đối chiếu sự khác biệt về số lượng bản sao DNA giữa mẫu thử và mẫu tham chiếu bình thường.

Công nghệ microarray được ứng dụng rộng rãi trong chẩn đoán di truyền, đặc biệt thông qua kỹ thuật SNP array. SNP (biến thể đơn nucleotide) một kỹ thuật trong công nghệ microarray là một sự thay đổi tại một vị trí duy nhất trên chuỗi DNA giữa các cá thể. Trong kỹ thuật SNP array của công nghệ microarray, DNA từ mẫu thử sẽ được gắn với các đầu dò trên chip (Hình 2). Phương pháp này xác định số lượng bản sao DNA bằng cách đo cường độ tín hiệu của đầu dò, tương tự như kỹ thuật CGH, sau đó so sánh tín hiệu với dữ liệu mẫu chuẩn đã được lưu trong cơ sở dữ liệu (có thể bao gồm hàng nghìn mẫu).

So với Array CGH, SNP array trong công nghệ microarray cho phép phát hiện chính xác hơn các biến đổi di truyền, bao gồm mất đoạn/lặp đoạn, thể tam bội và các vùng đồng nhất trên hai nhiễm sắc thể tương đồng, thường liên quan đến rối loạn phân ly đơn bội (UPD). Trong trường hợp UPD, cả hai bản sao của nhiễm sắc thể đều được di truyền từ một cha hoặc một mẹ thay vì mỗi bên đóng góp một bản. Đây là nguyên nhân của một số bệnh di truyền, chẳng hạn như hội chứng Prader-Willi, xảy ra khi cả hai bản sao của nhiễm sắc thể 15 đều giống nhau.

Kỹ thuật SNP array trong công nghệ microarray cũng hỗ trợ phát hiện những trường hợp nhiễm mẫu từ mẹ và hiện tượng khảm.

Công nghệ microarray được khuyến cáo áp dụng trong sàng lọc và chẩn đoán di truyền cho thai nhi, đặc biệt đối với những trường hợp có nguy cơ bất thường nhiễm sắc thể. Theo Trường Cao đẳng Sản phụ khoa Hoa Kỳ (ACOG) và Hiệp hội Y học Bà mẹ-Thai nhi (SMFM), tất cả phụ nữ mang thai nên được sàng lọc hoặc thực hiện các xét nghiệm chẩn đoán nhằm phát hiện sớm các bất thường lệch bội nhiễm sắc thể ở thai nhi, không phân biệt độ tuổi hoặc các yếu tố nguy cơ khác. Quá trình tư vấn để giúp phân biệt giữa xét nghiệm sàng lọc và xét nghiệm chẩn đoán là phần quan trọng của quy trình này.

SNP là một biến thể tại một vị trí duy nhất trong chuỗi DNA giữa các cá thể. Trong kỹ thuật SNP array của công nghệ microarray, chỉ mẫu thử DNA được gắn kết với các đầu dò trên chip.

Đặc biệt, khi thai nhi có bất thường về cấu trúc hoặc trong trường hợp thai chết lưu, xét nghiệm microarray được ưu tiên sử dụng để phân tích di truyền thai nhi.

So với xét nghiệm karyotype truyền thống, microarray có nhiều ưu điểm vượt trội và được khuyến cáo thay thế trong các trường hợp trên. Theo hướng dẫn của ACOG và SMFM, cả xét nghiệm microarray và karyotype đều có thể được thực hiện khi chẩn đoán trước sinh xâm lấn cho thai nhi bình thường về cấu trúc, không phụ thuộc vào tuổi tác của mẹ.

2.Hạn chế của công nghệ Microarray

2.1 Chuyển đoạn cân bằng

Chuyển đoạn cân bằng là hiện tượng xảy ra ở khoảng 1/500 cá thể và đa phần là lành tính. Do chuyển đoạn cân bằng không gây ra sự thay đổi đáng kể về lượng vật chất di truyền, nên công nghệ microarray thường không phát hiện được các trường hợp này. Tuy nhiên, với kích thước lớn của chuyển đoạn, phương pháp karyotyping truyền thống có thể nhận diện được.

Mặc dù hầu hết các chuyển đoạn cân bằng đều vô hại, nhưng nếu điểm đứt gãy xảy ra trong quá trình chuyển đoạn ảnh hưởng đến các gen quan trọng, có thể gây ra tác động tiêu cực đến chức năng của gen. Theo Hiệp hội Y học Di truyền Mỹ (ACMG) năm 2018, các tái sắp xếp cân bằng như chuyển đoạn, đảo đoạn và chèn đoạn đóng vai trò quan trọng. ACMG cũng khuyến cáo rằng các cá nhân mang chuyển đoạn cân bằng nên tham gia tư vấn di truyền để đảm bảo cho sức khỏe thế hệ sau.

Việc bổ sung karyotyping với nhuộm băng G sau khi có kết quả âm tính từ microarray có thể giúp tăng hiệu suất chẩn đoán thêm khoảng 0,78% đến 1,3%. Ngoài ra, rối loạn đơn gen do biến đổi một hoặc một vài cặp base (các đơn vị cơ bản của vật chất di truyền) cũng thường không được phát hiện qua công nghệ microarray

2.2 Các biến thể có ý nghĩa không chắc chắn (VUS)

Các biến thể có ý nghĩa không chắc chắn (VUS) có thể xuất hiện ở khoảng 1 đến 2% các trường hợp. Những biến thể này có thể gây lo lắng cho phụ huynh, vì vậy cần có sự tư vấn và theo dõi chuyên nghiệp để đánh giá và quản lý tình hình một cách thích hợp.

Theo thời gian, VUS có thể được phân loại lại thành lành tính hoặc gây bệnh khi có thêm thông tin và dữ liệu mới được bổ sung vào cơ sở dữ liệu, giúp cải thiện độ chính xác trong chẩn đoán.

Dữ liệu thu được từ máy quét sẽ được phân tích bằng các phần mềm chuyên dụng để xác định mức độ biểu hiện của các gen hoặc phân tử.

3. Một số ứng dụng khác của Microarray

3.1 Ứng dụng của công nghệ microarray trong phân tích kiểu gen người

Công nghệ microarray có vai trò quan trọng trong phân tích kiểu gen người, bao gồm cả phân tích toàn bộ hệ gen và các gen mục tiêu, đóng góp lớn cho nhiều lĩnh vực như y học chính xác, dược động học, nghiên cứu dịch mã, và sàng lọc bệnh lý.

3.2 Ứng dụng của microarray trong nông nghiệp

Trong lĩnh vực nông nghiệp, công nghệ microarray hỗ trợ phân tích kiểu gen, giúp nâng cao hiệu quả trong nhân giống và chọn lọc di truyền. Phương pháp này cho phép xác định mối liên hệ giữa kiểu gen và kiểu hình, góp phần cải thiện giống cây trồng và vật nuôi.

Phân tích kiểu gen bằng microarray đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực nông nghiệp.

3.3 Ứng dụng của microarray trong phân tích kiểu gen tùy chỉnh

Công nghệ microarray hiện đại được thiết kế linh hoạt, đáp ứng nhu cầu phân tích kiểu gen tùy chỉnh cho nghiên cứu, phát triển sản phẩm và ứng dụng thương mại. Hệ thống có khả năng phân tích hơn 1 triệu biến thể di truyền, mang đến giải pháp toàn diện cho nhiều lĩnh vực khác nhau.

3.4 Ứng dụng của microarray trong phân tích methyl hóa

Phân tích methyl hóa bằng microarray là kỹ thuật tiên tiến giúp nghiên cứu các mẫu biểu sinh trên hệ gen. Công nghệ này sử dụng các mảng methyl hóa để đánh giá chính xác mức độ methyl hóa tại các đảo CpG, vùng không CpG và các vị trí khác trên DNA, cho phép xác định chi tiết từng nucleotide, hỗ trợ nghiên cứu biểu sinh hiệu quả.

4. Dải ứng dụng rộng rãi của công nghệ Microarray

Công nghệ microarray đã và đang phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu trong nhiều lĩnh vực y học và chăm sóc sức khỏe, bao gồm:

• Truy xuất nguồn gốc tổ tiên (hiện chưa phổ biến ở châu Á)
• Sàng lọc sức khỏe tổng quát bằng microarray
• Đánh giá nguy cơ mắc các bệnh mãn tính như tiểu đường, tim mạch
• Sàng lọc dược lý di truyền (PGx)
• Giải mã dữ liệu gen từ các ngân hàng sinh học bằng microarray
• Ứng dụng trong các chẩn đoán lâm sàng bằng microarray

Công nghệ microarray do Illumina phát triển mở ra nhiều tiềm năng như truy tìm nguồn gốc tổ tiên.

Công nghệ microarray hiện nay được coi là một xét nghiệm “công nghệ cao” với nhiều ưu điểm nổi bật như:

• Cung cấp dữ liệu đáng tin cậy
• Microarray được ứng dụng rộng rãi trên toàn cầu
• Khả năng phát hiện các thay đổi nhiễm sắc thể và biến thể số lượng bản sao
• Microarray hỗ trợ hiệu quả cho các nghiên cứu quy mô lớn
• Microarray được tích hợp với hệ thống trình tự Illumina, hỗ trợ phân tích đa omics
• Nội dung phân tích linh hoạt, đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau
• Microarray hỗ trợ quản lý dữ liệu hiệu quả

Quý khách hàng có nhu cầu khám chữa bệnh tại Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec, hoặc có bất kỳ thắc mắc nào cần được bác sĩ chuyên khoa giải đáp, vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Để đặt lịch khám tại viện, Quý khách vui lòng bấm số HOTLINE hoặc đặt lịch trực tiếp TẠI ĐÂY. Tải và đặt lịch khám tự động trên ứng dụng MyVinmec để quản lý, theo dõi lịch và đặt hẹn mọi lúc mọi nơi ngay trên ứng dụng.