Phát hiện sớm các bệnh hiếm di truyền từ gen đột biến

Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Huy Hoàng hướng dẫn đồng nghiệp kiểm tra kết quả ứng dụng công nghệ WES phân tích gen mã hóa protein trên hệ gen người.(Ảnh: MINH ĐỨC)

Các nhà khoa học Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã ứng dụng thành công công nghệ giải trình tự toàn bộ vùng mã hóa (Whole Exome Sequencing - WES) phát hiện sớm gen đột biến gây bệnh hiếm, mở ra hướng đi hiệu quả trong chẩn đoán, điều trị và tư vấn di truyền trong lĩnh vực y học.

Hiện nay, tại Việt Nam, dữ liệu về một số bệnh di truyền hiếm như: Loạn dưỡng não chất trắng, não bé (microcephaly), rối loạn phát triển giới tính… còn rất hạn chế, nhất là ở cấp độ phân tử. Kết quả chẩn đoán các bệnh này chủ yếu phụ thuộc các xét nghiệm cơ bản và những triệu chứng lâm sàng trong y học, nhiều khi không xác định được chính xác nguyên nhân gây bệnh. Trong khi đó, một số bệnh hiếm có biểu hiện di truyền lặn dễ tái phát, gây ảnh hưởng nặng nề đến thế hệ sau.

Bên cạnh đó, một trong những nguyên nhân khiến kết quả chẩn đoán bệnh hiếm chưa thật sự chính xác là do thiếu dữ liệu về các loại bệnh, sự chồng lấn về triệu chứng giữa các bệnh lý khác nhau. Cùng với đó là biểu hiện lâm sàng của bệnh hiếm thường đa dạng, phức tạp… Điều đó gây khó khăn cho việc chẩn đoán và điều trị những bệnh hiếm có yếu tố di truyền. Do vậy, trong một số trường hợp để tìm nguyên nhân gây bệnh cần áp dụng những phương pháp phân tích di truyền chuyên sâu hiện đại.

Trước yêu cầu thực tiễn đặt ra, đồng thời để làm sáng tỏ căn nguyên di truyền của các bệnh hiếm này trên quần thể người Việt Nam, Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Huy Hoàng và nhóm nghiên cứu Viện Nghiên cứu hệ gen (nay là Viện Sinh học), Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã thực hiện thành công đề tài “Nghiên cứu đột biến gen ở các bệnh nhân người Việt Nam mắc một số bệnh hiếm gặp bằng công nghệ giải trình tự gen toàn bộ vùng mã hóa” (Mã số: KHCBSS.01/22-24).

Công nghệ WES được biết đến là kỹ thuật NGS (Next-Generation Sequencing hiện đại, có thể phân tích hơn 22.000 gen mã hóa protein trên hệ gen người. WES giúp chẩn đoán chính xác nhiều loại bệnh có yếu tố di truyền khác nhau như: Ung thư, tim mạch, thần kinh, các bệnh hiếm… với chi phí tối ưu. Hơn nữa, việc nghiên cứu ứng dụng WES không chỉ có ý nghĩa lớn trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu đột biến gen của người Việt, mà còn góp phần chẩn đoán chính xác để đưa ra hướng điều trị hiệu quả cho các bệnh nhân mắc bệnh hiếm.

Theo Chủ nhiệm đề tài nghiên cứu, Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Huy Hoàng, trong quá trình triển khai, thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã thu thập mẫu máu của 17 bệnh nhân thuộc 5 nhóm bệnh hiếm khác nhau gồm: Loạn sản xương, não bé, rối loạn phát triển giới tính, loạn dưỡng não chất trắng, suy tuyến yên bẩm sinh. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng thu thập thêm mẫu của 44 thành viên gia đình để tiến hành phân tích di truyền phả hệ. Quá trình thực hiện bao gồm: Tách chiết DNA, xây dựng thư viện và giải trình tự toàn bộ vùng mã hóa bằng hệ thống giải trình tự gen thế hệ mới.

Kết quả phân tích cho thấy, nhóm tác giả đã xác định được 19 biến thể có ý nghĩa bệnh lý, phân bố trên 17 gen khác nhau, với mô hình di truyền rõ ràng trong từng gia đình. Cụ thể, đối với bệnh loạn sản xương, các đột biến gây bệnh được phát hiện trên các gen như FGFR2, FGFR3, RUNX2, PHEX và WES giúp phát hiện các biến thể hiếm gây bệnh, hỗ trợ phân loại chính xác thể loạn sản. Đối với bệnh suy tuyến yên bẩm sinh, công nghệ WES cũng giúp phát hiện hai gen POU1 F1 và CDH7 trong các gia đình bệnh nhân có hai biến thể gây bệnh này.

Đối với nhóm loạn dưỡng não chất trắng, phân tích WES cho phép phân biệt chính xác các thể bệnh có biểu hiện lâm sàng tương tự, đồng thời xác định cơ chế di truyền lặn thông qua phân tích phả hệ… Nhóm nghiên cứu cũng lần đầu ghi nhận một trường hợp tại Việt Nam mắc bệnh PKAN do mang hai đột biến dị hợp tử kép trên gen PANK2, qua đó xác định căn nguyên phân tử của bệnh...

Đặc biệt, mở rộng phạm vi đề tài, nhóm tác giả còn áp dụng công nghệ WES trong nghiên cứu một số bệnh hiếm khác như: Rối loạn chu trình chuyển hóa u-rê, teo cơ bẩm sinh, hội chứng Cornelia de Lange, hội chứng Seckel... và đã đạt được những thành công nhất định. Qua đó, bước đầu có thể khẳng định công nghệ WES không chỉ giúp phát hiện các gen đột biến gây bệnh hiếm mà còn giúp phân biệt với các nguyên nhân thứ phát khác; xác định nguyên nhân gây bệnh trong các trường hợp chưa rõ cơ chế. WES cũng hỗ trợ phân biệt giữa các thể lâm sàng khác nhau vốn rất giống nhau về triệu chứng, nhưng khác biệt về phương pháp điều trị và tiên lượng trong y học.

Theo Giáo sư, Tiến sĩ Lê Mai Hương, Chủ tịch Hội đồng nghiệm thu đề tài khoa học của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đề tài khoa học đã góp phần xây dựng các bộ dữ liệu di truyền có giá trị sử dụng lâu dài cho nghiên cứu về các bệnh hiếm. Các kết quả nghiên cứu đều thể hiện tính ứng dụng cao trong thực tiễn ngay trên người bệnh cũng như những giá trị khoa học đề tài mang lại. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành công năm bộ dữ liệu giải trình tự toàn bộ vùng gen mã hóa cùng các biến thể gây bệnh tương ứng với năm nhóm bệnh hiếm. Công bố khoa học với bốn bài báo quốc tế thuộc danh mục SCIE, một bài trên tạp chí quốc gia uy tín, đồng thời góp phần đào tạo nguồn nhân lực nghiên cứu trong lĩnh vực công nghệ sinh học.

Trên cơ sở phương pháp WES kết hợp phân tích phả hệ và kiểm chứng biến thể, đề tài khoa học của Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Huy Hoàng và đồng nghiệp vừa chỉ rõ nguyên nhân di truyền các bệnh hiếm nêu trên, vừa đặt nền móng cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu lâm sàng đặc thù cho người Việt. Từ đó, khẳng định năng lực làm chủ công nghệ trong lĩnh vực sinh học và mở ra hướng nghiên cứu y học trong chẩn đoán, tư vấn và điều trị các loại bệnh hiếm có yếu tố di truyền.