Mở Khóa Một Bộ Gen Khác Biệt

Chúng tôi hy vọng rằng việc giải trình tự bộ gen của ong mật sẽ giải mã được những bí ẩn tiến hóa xung quanh nguồn gốc của xã hội côn trùng. Vậy 12 năm sau, làm sao chúng ta vẫn chỉ biết khoảng 2/3 gen của họ thực sự có chức năng gì?

Chúng ta từng nghĩ rằng việc biết trình tự bộ gen của một sinh vật – hay mã di truyền hoàn chỉnh – có nghĩa là chúng ta có thể khám phá tất cả bí mật sinh học của nó. Cuối cùng, chúng ta có thể hiểu được nguồn gốc tiến hóa của loài. Biết được bộ gen của nó, chúng ta có thể xác định chính xác nguyên nhân gây ra những căn bệnh phức tạp hoặc những hành vi di truyền. Chúng ta có thể ghép các con đường trao đổi chất lại với nhau, giúp hiểu những thứ như dinh dưỡng ảnh hưởng đến sức khỏe như thế nào. Có lẽ chúng ta thậm chí có thể học cách tự thiết kế bộ gen từ đầu.

Khi tôi còn là sinh viên đại học lần đầu tiên bắt đầu nghiên cứu về ong mật, tôi nhanh chóng biết rằng thực tế không phải vậy. Phòng thí nghiệm của chúng tôi chuyên về một kỹ thuật gọi là “proteomics”, cho phép chúng tôi chụp ảnh nhanh các phân tử protein khác nhau trong chiết xuất từ ​​các mô bị nghiền nát, để chúng tôi có thể tìm hiểu những điều đặc biệt như điều gì đặc biệt ở loài ong vệ sinh hoặc tác động của nhiễm vi-rút đối với não. Khi tham gia phòng thí nghiệm, tôi phát hiện ra rằng chúng tôi (và mọi người khác trên thế giới) thường xuyên xác định được ít protein hơn ở ong mật so với các sinh vật khác, như chuột hoặc con người (Hình 1). Có vẻ như có tới một phần tư dữ liệu về ong mật bị thiếu. Làm sao chuyện này có thể? Chúng tôi có bộ gen và cơ sở dữ liệu về gen và protein, vì vậy không có lý do rõ ràng nào khiến mẫu ong mật tạo ra dữ liệu có chất lượng thấp hơn mẫu chuột. Và chất lượng dưới mức đó có nghĩa là nghiên cứu của chúng tôi đang gặp khó khăn, vì chúng tôi chỉ nhìn thấy một phần bức tranh sinh học mà lẽ ra chúng tôi nên nhìn thấy. Việc cố gắng tìm ra nguồn gốc của sự thiếu hụt trầm trọng này đã khiến tôi phải thực hiện một nhiệm vụ kéo dài hàng năm trời để cố gắng giải quyết – hoặc ít nhất là hiểu được – vấn đề. Và tất cả bắt đầu với việc mở khóa một bộ gen khác biệt.

Bây giờ tôi biết rằng bộ gen không thể chỉ được đọc như một cuốn sách. Nó giống như cố gắng đọc vô số văn bản được viết bằng một ngôn ngữ khác. Chuyển thông tin đó thành kiến thức hữu ích cho chúng ta biết ong mật đánh dấu như thế nào là một quá trình khó khăn. Điều này đúng với bất kỳ trình tự di truyền nào, nhưng bộ gen của ong mật đặc biệt rắc rối, khiến công nghệ giải trình tự và công cụ giải mã tốt nhất của chúng ta phải thử nghiệm. Trình tự bộ gen đã tạo ra những tiến bộ đáng kinh ngạc trong khoa học về ong mật (như chương trình nhân giống chọn lọc công nghệ cao mà tôi đã viết trước đây1), nhưng nhiều khi, chúng ta vẫn đang làm việc nửa vời. Đây là lý do tại sao.

Ruồi đầu tiên

Bộ gen côn trùng đầu tiên được giải trình tự là Drosophila melanogaster, hay ruồi giấm thông thường. Trên thực tế, bộ gen của nó đã được công bố vào năm 2000, thậm chí trước cả bộ gen của con người vào năm 2001. Đây có vẻ là một lựa chọn kỳ lạ, nhưng nó đã xuất hiện từ những nghiên cứu di truyền sớm nhất trong đó các đột biến đực của ruồi giấm có thể dễ dàng được xác định do một thay đổi màu mắt. Điều này khiến ruồi giấm trở thành sinh vật mẫu cực kỳ quan trọng, đặc biệt là về di truyền và sinh học thần kinh. Trong nhiều năm qua, nghiên cứu về ruồi giấm đã cho ra đời không dưới sáu giải Nobel. Những con ruồi đã được nghiên cứu kỹ lưỡng trong nhiều thập kỷ. MD Adams (tác giả chính của bài báo Khoa học chuyên đề mô tả trình tự bộ gen của ruồi giấm2) viết: “Drosophila melanogaster là một trong những sinh vật được nghiên cứu chuyên sâu nhất trong sinh học [nhấn mạnh của riêng tôi] và đóng vai trò như một hệ thống mô hình để nghiên cứu nhiều loài phát triển và các quá trình tế bào phổ biến ở sinh vật nhân chuẩn cao hơn, bao gồm cả con người.”

Tiện ích của ruồi giấm như một hệ thống mô hình phần lớn là do con người và ruồi, mặc dù có ngoại hình cực kỳ khác nhau nhưng lại có chung khoảng 60% trình tự DNA của chúng ta. Điều này có nghĩa là nhiều cỗ máy phân tử protein của chúng ta cũng giống nhau hoặc rất giống nhau. Ruồi cũng rẻ hơn, nhanh hơn và dễ nuôi hơn trong phòng thí nghiệm so với chuột hoặc các động vật có vú khác, vì vậy chúng nhanh chóng trở thành một nghiên cứu kinh điển. Vì lý do này, vào thời điểm bộ gen được giải trình tự, chúng ta đã có rất nhiều kiến thức về gen của ruồi giấm và chức năng của chúng. Cuối cùng, khi bản đồ di truyền hoàn chỉnh được công bố, chúng tôi biết chính xác phải làm gì với nó: vì chúng tôi đã biết hầu hết các gen của nó trông như thế nào – các loại trình tự mà chúng có xu hướng có và cách chúng được sắp xếp – nên việc xác định tương đối dễ dàng. viết chương trình máy tính để tìm ra những gen còn lại mà chúng ta chưa biết đến.

Không có may mắn như vậy với ong mật.

Bộ gen kỳ lạ bị loại bỏ

Rắc rối bắt đầu trong quá trình giải trình tự. Giống như bất kỳ loài thực vật hay động vật nào, DNA của ong mật được sắp xếp thành các nhiễm sắc thể – trong đó con người có 23 nhiễm sắc thể, ong mật có 16, điều này khá bình thường. Càng xa càng tốt. Mỗi nhiễm sắc thể được tạo thành từ hàng triệu khối xây dựng phân tử mà chúng ta gọi là nucleotide, viết tắt là A, T, G và C. Hầu hết các bộ gen được tạo thành từ khoảng 55-60% nucleotide A và T, phần còn lại là G và C. Ruồi giấm có 58% A và T, muỗi có 55% và con người có 59%. Tuy nhiên, ong mật là một trường hợp ngoại lệ rõ ràng, với mức trung bình là 67% A và T. Điều này có vẻ không phải là vấn đề lớn nhưng lại gây ra một số vấn đề nghiêm trọng.

Để minh họa, hãy tưởng tượng bạn đang đọc một bài báo. Đó là một câu chuyện bình thường, có thể giống như bạn có thể tìm thấy trên tạp chí này. Bạn có thể đọc nó từ đầu đến cuối khá dễ dàng vì nó được sắp xếp theo cách hợp lý: nhiều từ được sử dụng và chúng có mạch logic. Bạn hiếm khi mất vị trí của mình hoặc phải bắt đầu lại. Bây giờ hãy tưởng tượng bạn đang đọc một bài viết chỉ có một nhóm từ giới hạn (ví dụ: 10). Vì nhiều câu chắc chắn sẽ giống nhau nên sự lặp lại này khiến bạn dễ bị mất vị trí. Tôi đang ở dòng 3 hay dòng 5? Cả hai đều nói giống nhau nên tôi không chắc lắm. . .

Điều này rất giống với những gì xảy ra khi chúng ta cố gắng sắp xếp một bộ gen với các vùng dài và giàu AT: chúng lặp đi lặp lại nhiều đến nỗi thật khó để biết thứ tự đúng là gì. Đây ít nhất là một phần lý do tại sao những nỗ lực giải trình tự ong mật ban đầu vào năm 2006 đã tạo ra một bộ gen chưa hoàn chỉnh, với độ bao phủ khoảng 88%. Chừng đó vẫn đủ để bắt đầu cố gắng giải mã những bí mật của bộ gen, nhưng sự tàn phá do mức độ AT giàu có của nó vẫn chưa kết thúc.

Bẻ khóa mã

Bản thân một bộ gen được tập hợp có rất ít tiện ích; đầu tiên, nó cần phải được chú thích và mức độ giàu AT cũng ảnh hưởng đến quy trình này. Chú thích bộ gen là quá trình tìm kiếm và mô tả hàng nghìn gen nằm trong bộ gen. Điều này quan trọng vì hầu hết các công cụ sinh học phân tử hiện đại (bao gồm cả chuyên môn trong phòng thí nghiệm của chúng tôi, protein học) đều dựa vào một cách nào đó để có một bộ gen hoặc protein được dự đoán chính xác, đầy đủ để diễn giải một cách có ý nghĩa….

======

Bài viết được biên soạn bởi Mật Ong Golden Bee https://goldenbee.com.vn/

Tất cả về Mật Ong https://goldenbee.com.vn/mat-ong

Thông tin về Ong Mật https://goldenbee.com.vn/ong-mat

Sản phẩm Mật Ong Nguyên Chất Golden Bee https://goldenbee.com.vn/san-pham/mat-ong-nguyen-chat-golden-bee

Mật Ong Nguyên Chất Golden Bee

100,000500,000

Mật ong nguyên chất Golden Bee, khai thác tại Tây Nguyên.

Đóng chai theo quy trình khép kín, bảo đảm VSANTP.

Đã hạ thủy phần trong nước dưới 20%.

Đọc tiếp

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Contact Me on Zalo