Di truyền học và Hệ gen học (Genetics and Genomics)

Hai từ này còn có vẻ giống nhau, nhưng thật sự có những khác biệt đáng kể.

Bạn Đang Xem: Genomics Là Gì – Functional Genomics

Bạn đang xem: Genomics là gì

Di truyền học (Genetics) là khoa học nghiên cứu tính di truyền và biến dị của thân thể sống, các tính trạng được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác thông qua DNA, nghiên cứu kết cấu và chức năng của gen hoặc nhóm gen.

Hệ gen học (Genomics) là khoa học nghiên cứu toàn bộ các gen của genome trong thân thể. Genomics mới chỉ thực sự xuất hiện sau khoản thời gian dự án genome người kết thúc (2003) và phát triển nhanh trong hơn một thập kỉ gần đây, nhờ ứng dụng công nghệ giải trình tự gen, kết phù hợp với tin sinh vật học (bioinformatics). Các nhà khoa học genomics thế giới đang tập trung nghiên cứu các tài liệu trình tự gen người để tìm ra các biến thể di truyền ảnh hưởng tác động đến sức khỏe, đau ốm, đáp ứng thuốc, tăng trưởng và phát triển, lão hóa,…

Craig Venter – Một trong những nhà khoa học đặt nền tảng cho Genomics

Có thể thao khảo: International Journal of Genetics and Genomics; International Summit in Human genetics and genomics; Duke University“Program in genetics and genomics”; American Board of medical genetics and genomics; Genetics and genomics in nursing and healthcare; Cancer genetics and genomics…

Di truyền y khoa (Medical genetics)

Archibald Edwards Garrod – Cha đẻ của di truyền y khoa

Di truyền y khoa (Medical genetics) ngày này trở thành một phần không thể thiếu của y khoa, đang phát triển mạnh mẽ. Di truyền y khoa không chỉ tạm ngưng ở những nghiên cứu về cơ sở di truyền của sức khỏe và đau ốm, mà đang tập trung nghiên cứu phát triển công nghệ mới phục vụ chẩn đoán, sàng lọc, dự báo, dự phòng, điều trị bệnh di truyền (xem tiếp phần Bệnh di truyền).

Trong ngành nghề y khoa hệ gen (Genomic medicine) các nhà khoa học, các y sĩ y khoa đang dần khám phá ra các nguyên nhân di truyền của rất nhiều bệnh, từ bệnh đơn gen, cho tới các bệnh ung thư, bệnh tim mạnh, bệnh chậm phát triển trí tuệ, tự kỷ, quái đản bẩm sinh,…

Từ DNA đến Thể nhiễm sắc (From DNA to Chromosome)

Watson and Crick – tác giả của mô hình DNA xoắn kép, phần thưởng Nobel 1962

Nucleotide là một đơn phân trong phân tử DNA. Cấu trúc của một nucleotide gồm một đường deoxyribose (C5H10O4) kết phù hợp với một acid phosphoric (H3PO4) và một trong bốn loại base nitơ adenine (A), thymine (T), cytosine (C), guanine (G). Trong số đó, A và G là các purine (có kích thước lớn) còn T và C, có kích thước nhỏ hơn (pyrimidine). Các nucleotide trong một mạch đơn nối với nhau bằng liên kết 3’-5’ phosphodieste. Cứ ba nucleotide tạo thành một mã di truyền (codon), mỗi codon sẽ tương ứng với một đơn phân (acid amine) trong chuỗi polypeptide của protein.

Hồ hết các phân tử DNA tồn tại trong tự nhiên dạng cấu trúc bậc 2 gồm 2 mạch xoắn kép ngược nhau liên kết theo nguyên tắc bổ sung A liên kết với T bằng hai liên kết hydro, C liên kết với G bằng ba liên kết hydro. Với kết cấu một base lớn liên kết với một base nhỏ tạo khoảng tầm cách đều đặn giữa hai mạch đơn; base kỵ nước ở trong, chồng khít nhau, acid ưa nước ở ngoài liên kêt với nước đảm bảo tính ổn định của phân tử. Lượng lớn liên kết hydro ở giữa đảm bảo tính vững bền, liên kết hydro là liên kết yếu, dễ phân ly giúp mạch xoắn kép có thể dễ dàng tách thành mạch đơn trong các hoạt động sinh hoạt nhân đôi DNA hay phiên mã.

Phần lớn phân tử DNA tồn tại ở dạng B là dạng cổ điển do Watson-Crick mô tả, xoắn theo chiều từ trái sang phải, đường kính 2nm, 1 chu kỳ luân hồi gồm 10,4 bp dài 3,4 nm. Ngoài ra còn một số dạng tồn tại khác ví như dạng A xoắn từ trái qua phải, có đường kính lớn (2,6 nm), 1 chu kỳ luân hồi 11 bp dài 2,8 nm hay dạng Z có chiều xoắn từ phải qua trái, đường kính 1,8nm, 1 chu kỳ luân hồi gồm 12bp dài 4,5nm. Ở một số virus, vi trùng, ty thể và lạp thể phân tử DNA tồn tại dưới dạng cấu trúc bậc 3 đóng vòng kín.

Nếu nói DNA là vật chất di truyền mức phân tử thì vật chất di truyền mức tế bào là thể nhiễm sắc. Thể nhiễm sắc kết cấu từ mạch DNA liên kết với những phân tử protein đảm bảo cho phân tử DNA ổn định và dễ dàng trong quá trình phân bào. Mỗi thể nhiễm sắc chứa nhiều gen và các trình tự nucleotide khác.

Một số dạng của phân tử DNA

Thể nhiễm sắc có cấu trúc gồm bốn bậc cấu trúc không gian. Cấu trúc bậc một là chuỗi xoắn kép DNA. Các cấu trúc bậc cao hơn nữa là việc cuộn xoắn của DNA đó, kết phù hợp với các protein như protein histon, protamin và các protein không phải histon.

Từ DNA đến NST

Bộ thể nhiễm sắc người (Human genome)

Một người thông thường sở hữu 23 cặp NST trong đó có 22 cặp NST thường và 1 cặp NST nam nữ ( XX ở nữ và XY ở nam). Một nửa trong số NST được thừa hưởng từ bố, còn nửa kia thừa hưởng từ mẹ.

Bộ NST (Karyotype) của người nữ (XX) và nam (XY)

Bộ NST người thường được nghiên cứu vào kỳ giữa (metaphase) hoặc kỳ giữa sớm (pro-metaphase). Địa thế căn cứ vào độ dài của NST và vị trí tâm của mỗi NST (tâm giữa, tâm lệch, tâm đầu), bộ NST người được chia làm 8 nhóm:

Nhóm A gồm NST 1, 2, 3Nhóm B gồm NST 4,5Nhóm C gồm NST 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, XNhóm D gồm NST 13, 14, 15Nhóm E gồm NST 16, 17, 18Nhóm F gồm NST 19, 20Nhóm G gồm NST 21, 22, YNST 1 (Chromosome 1)

Là NST lớn số 1 trong bộ gen được tạo nên từ hơn 249 triệu đơn vị DNA và đại diện thay mặt cho khoảng tầm 8% toàn bộ DNA của tế bào. Có tầm khoảng 2000-2100 gen ở NST 1, mã hóa cho nhiều protein với nhiều vai trò khác nhau trong thân thể. Một số bệnh khi có đột biến ở NST một là: U nguyên bào thần kinh, hội chứng TAR (thrombocytopenia-absent radius), bệnh Alzheimer hay cườm nước…

NST 2(Chromosome 2)

Xem Thêm : Thép hộp tiếng anh là gì?

Là NST có kích thước lớn thứ hai trong hệ gen được xây dựng từ 243 triệu đơn vị DNA chiếm 8% toàn bộ DNA của tế bào. NST 2 chứa từ 1300 cho tới 1400 gen mã hóa cho nhiều protein trong thân thể.

Có một vài bệnh về gen thường xuất hiện ở NST 2 như:Bệnh đột biến mất đoạn ở vị trí 2q37 gây ra nhiều bệnh khác ví như tự kỉ, bệnh lùn hay béo phì.Ung thư máu hay hội chứng rối loạn sinh tủy.

Xem thêm: Tiểu Sử Ông Phạm Công Danh Sở Hữu 97/114 Bất Động Sản Nhà Đất, Vụ Án Phạm Công Danh

NST 3(Chromosome 3)

Chứa khoảng tầm 198 triệu đơn vị DNA, chiếm 6.5% lượng DNA trong tế bào. NST 3 gồm có 1000-1100 gen mã hóa cho nhiều loại protein khác nhau. Bệnh điếc, tự kỉ hay thậm chí còn một số loại ung thư như: ung thư trực tràng, ung thư vú, ung thư phổi… đã được nghiên cứu có liên quan đến NST này.

NST 4 (Chromosome 4)

Chứa khoảng tầm 191 triệu đơn vị phân tử DNA chiếm khoảng tầm 6% lượng DNA trong tế bào. NST 4 có số lượng gen tương đương như NST 3. Một vài loại bệnh ung thư đã được tìm thấy có liên quan đến NST này đây là bệnh bạch huyết cầu ác tính, bệnh loạn dưỡng cơ vân (Facioscapulohumeral muscular dystrophy),hội chứng Wolf-Hirschorn…

NST 5 (Chromosome 5)

Được kết cấu từ khoảng tầm 181 triệu phân tử DNA, đóng góp gần 6% vào tổng lượng DNA của tế bào. Có tầm khoảng 900 gen trên NST 5. Một số bệnh được nghiên cứu có liên quan đến NST này là: Hội chứng Cockayne, thoái hóa cơ tủy (Spinal Muscolar Atrophy), bệnh suyễn, bệnh gây biến dạng mang tên là Diastrophic dysplasia…

NST 6 (Chromosome 6)

Có tầm khoảng 171 triệu phân tử DNA tham gia vào kết cấu NST 6, chiếm khoảng tầm 5.5% đến 6% DNA trong tế bào và có 1000-1100 gen trên NST này.Hội chứng tiếu não, tiểu đường, thừa chất sắt, động kinh…. là những bệnh di truyền hay gặp liên quan đến NST này.

NST 7 (Chromosome 7)

Chứa hơn 159 triệu phân tử DNA, chiếm hơn 5% số lượng DNA trong tế bào và có số gen tương đương NST 6 (1000-1100 gen). Thay đổi trên NST này là một trong những nguyên nhân gây ra bệnh béo phì, tiểu đường, ngoài ra còn tồn tại hội chứng rối loạn bẩm sinh William hay bệnh xơ nang (cystic fibrosis).

NST 8 (Chromosome 8)

Có tầm khoảng 146 triệu phân tử DNA hình thành nên NST 8, chiếm khoảng tầm 4.5-5% tổng số DNA trong tế bào. Có trên dưới 700 gen trên NST 8 tham gia mã hóa protein cho tế bào. NST này còn có thể gây ra một trong những căn bệnh rất hiếm gặp đó là hội chứng rối loạn lão hóa (Werner syndrome) hoặc burkit lymphoma…

NST 9 (Chromosome 9)

Có tầm khoảng 141 triệu phân tử DNA cấu thành nên NST 9, đại diện thay mặt cho 4.5% tổng số DNA hiện hữu trong tế bào. Song song đóng góp 800-900 gen mã hóa cho nhiều protein với chức năng khác nhau. Hiện nay NST 9 được nghiên cứu có liên quan đến những nguyên nhân dẫn đến bệnh ung thư bóng đái, ung thư da melanoma, ung thư bạch huyết cầu mãn tính…

NST 10 (Chromosome 10)

Có hơn 135 triệu phân tử DNA, chứa khoảng tầm 4-4.5% lượng DNA của tế bào và có tầm khoảng 800-900 gen. Thay đổi trong NST này là nguyên nhân gây ra bệnh Crohn, viêm võng mạc sắc tố…

NST 11 (Chromosome 11)

Có tầm khoảng 135 triệu đơn vị DNA cấu thành nên NST, chiếm tỷ lệ khoảng tầm 4-4.5% toàn bộ DNA trong tế bào. Tuy có số lượng đơn vị cấu thành không nhiều như các NST ở trên nhưng NST 11 có tới 1100-1300 gen. Không chỉ thế, NST được giải trình có là có liên quan tới một số bệnh như: viêm võng mạc sắc tố (Beckwith-Wiedemann), ung thư liên kết xương (Ewing’s Sarcoma), tăng sinh đa tuyến nội tiết (Multiple Endocrine Plasia)…

NST 12 (Chromosome 12)

Gồm có 134 triệu phân tử DNA chiếm 4.5% DNA trong tế bào. Người ta tìm thấy xấp xỉ 1100-1200 gen ở NST này, mã hóa cho nhiều protein phục vụ cho hoạt động của tế bào. Nếu có 3 NST số 12 có thể gây ra bệnh bạch huyết cầu Lympho bào mãn tính, hoặc bị đột biến ở gen PXR1 gây ra bệnh Zellwegwe…

NST 13 (Chromosome 13)

Chứa khoảng tầm 115 triệu phân tử DNA, chiếm xấp xỉ 3.5% – 4% lượng DNA của tế bào. Tuy nhiên người ta mới chỉ tìm được 300-400 gen trên NST này, thấp hơn rất nhiều so với những NST có số phân tử DNA tương đương. Đột biến xẩy ra ở gen RB1 trên NST số 13 có thể gây ung thư nguyên bào võng mạc (retinoblastoma), hay một phần của gen ATP7B không hoạt động sẽ gây nên ra bệnh Wilson (còn được gọi là bệnh thoái hóa gan), bệnh điếc, ung thư vú…

Xem Thêm : MVP là gì? Ví dụ từ các startup thành công – Tech Apollo

NST 14 (Chromosome 14)

Chứa khoảng tầm 107 triệu phân tử DNA, chiếm xấp xỉ 3.5% tổng số DNA trong tế bào. Các nhà nghiên cứu đã tìm ra khoảng tầm 800-900 gen trên NST số 14 mã hóa tạo ra các protein cho tế bào. Một vài bệnh được đã được tìm hiểu và chỉ ra có liên quan khi NST 14 bị đột biến đó là: bệnh Alzheimer, bệnh thiếu men alpha-1-antitrypsin…

NST 15 (Chromosome 15)

Chứa khoảng tầm 103 triệu đơn vị phân tử chiếm 3% toàn bộ lượng DNA của tế bào. Khoảng chừng 600-700 gen trên NST 15. Đột biến NST 15 có thể gây ra hội chứng Angelman, hội chứng Prader-Willie, hội chứng Marfan, bệnh Tay-Sachs…

NST 16 (Chromosome 16)

Có hơn 90 triệu phân tử DNA tham gia cấu thành NST 16, chiếm khoảng 3% lượng DNA của tế bào. NST 16 chứa khoảng tầm 800-900 gen, các gen này mã hóa cho nhiều loại protein trong tế bào. Một số bệnh di truyền liên quan đến đột biến ở NST này là: bệnh thiếu máu alpha-thalassemia, bệnh thận đa nang (Polycystic kidney disease), hội chứng Rubinstein-Taybi,…

NST 17 (Chromosome 17)

Được cấu thành từ hơn 81 triệu phân tử DNA, chiếm khoảng tầm 2.5%-3% số AND trong tế bào. NST 17 chứa khoảng tầm 1200 gen. Hội chứng Miller—Dieker, hội chứng Smith-Magenis, hội chứng Charcot-Marie-Tooth hay ung thư vú là một vài bệnh di truyền liên quan tới sự việc đột biến NST này.

NST 18 (Chromosome 18)

NST 18 sở hữu số lượng phân tử DNA khá khiêm tốn 78 triệu đơn vị và chiếm 2.5% lượng DNA trong tế bào, gen trên NST này cũng rất ít chỉ ở mức 200-300 gen. Một vài bệnh tiêu biểu có liên quan đến tình trạng thất thường ở NST 18 là: ung thư tuyến tụy, bệnh Niemann-Pick, có 3 hay 4 NST ở NST 18 gây ra một số rối loạn về phát triển,…

NST 19 (Chromosome 19)

Có tầm khoảng 59 triệu phân tử DNA tham gia cấu thành, chiếm khoảng 2% lượng DNA trong tế bào. Người ta tìm thấy khoảng tầm 1900 gen trên NST này, các gen này mã hóa tạo ra các protein khác nhau cho tế bào. Một vài bệnh tiêu biểu liên quan đến đột biến NST 19 là: bệnh suy giảm miễn nhiễm phối hợp nghiêm trọng, bệnh Ketone niệu, bệnh loạn dưỡng cơ vân,…

NST 20 (Chromosome 20)

Có khoảng gần 63 triệu phân tử DNA cấu thành nên NST này, chiếm xấp xỉ 2% lượng DNA trong tế bào. NST 20 chứa khoảng tầm 500-600 gen, chúng tạo ra nhiều protein khác nhau phục vụ cho thân thể. Đột biến xẩy ra ở NST này còn có thể dẫn đến bệnh suy giảm miễn nhiễm nghiêm trọng (giống NST 19), hội chứng alagille cũng như một vài loại trong ung thư máu như: đa hồng huyết cầu nguyên phát, rối loạn sinh tủy…

NST 21 (Chromosome 21)

Là NST nhỏ nhất trong bộ gen người chứa khoảng tầm 48 triệu đơn vị phân tử DNA, chiếm 1.5% – 2% lượng DNA có trong tế bào. Trong năm 2000, NST 21 đã được lời giải toàn bộ chuỗi nucleotide. Bệnh lý liên quan đến NST này tiêu biểu nhất là hội chứng Down (có 3 NST 21), ngoài ra đột biến NST này còn liên quan đến bệnh tăng lympho bào cấp tính…

NST 22 (Chromosome 22)

Là NST cuối cùng trong nhóm NST thường, cũng là NST nhỏ thứ hai trong bộ gen người, chỉ chứa khoảng tầm 51 triệu đơn vị phân tử DNA, chiếm 1.5-2% lượng DNA trong tế bào. Vào năm 1999, các nhà khoa học trong dựán bộ gen người thông tin rằng họđã lời giải toàn bộ trình tự của NST 22, cũng là NST trước nhất được lời giải. Có tầm khoảng 500-600 gen trên NST này mã hóa cho những protein trong cho thân thể. Đột biến NST nàycó thể dẫn đến bệnh bạch huyết cầu mãn tính, bệnh u sợi thần kinh, hội chứng DiGeorge…

NST X (X chromosome)

NST X là một trong 2 NST nam nữ trong hệ gen người. NST X sở hữu khoảng tầm 155 triệu đơn vị phân tử DNA. Một người thông thường sẽ có một trong 2 NST nam nữ trong từng tế bào, nữ sẽ có được 2 NST X trong những khi nam có một NST X và 1 NST Y. Trong thời đoạn đầu thai kì của thai nữ nhi, một trong hai NST X sẽ bị bất hoạt một cách tình cờ trong tế bào sinh dưỡng. Hiện tượng lạ này được gọi là bất hoạt NST X. Bất hoạt X xẩy ra tình cờ, ở một số tế bào NST bị bất hoạt có nguồn gốc từ bố và ở một số tế bào khác thì NST bị bất hoạt này thừa hưởng từ mẹ. Hiện tượng lạ này đảm bảo sẽ có một bản sao của NST X hoạt động thông thường trong mỗi tế bào của thân thể.

Tuy nhiên có một số gen trên NST X không trải qua quá trình bất hoạt này, một số vùng trên NST này vẫn duy trì trạng thái hoạt động thông thường trên các bản sao của nó như những vùng đầu tận cùng trên 2 nhánh của NST. Vùng đầu mút nhánh ngắn và vùng Xq21.3 trên nhánh dài của NST X có độ tương đồng rất cao với phần xa ở nhánh ngắn của NST Y. Các gen nằm ở vùng này di truyền theo quy luật giống như những gen nằm trên NST thường nên vùng này còn gọi là vùng giả NST thường (pseudoautosomal region) gồm có: PAR 1 (27Mbp), PAR 2 (330 Kbp) và PAR 3 (Xq21.3 và Yp11.2).

NST Y (Y chromosome)

Là một trong 2 NST nam nữ trong bộ gen người, NST Y nhỏ hơn rất nhiều so với NST X chỉ chứa khoảng tầm 59 triệu đơn vị phân tử DNA, chiếm khoảng 2% tổng DNA trong tế bào. Mỗi người thông thường sẽ có một cặp NST nam nữ, NST Y hiện hữu trong bộ gen của người nam sẽ là XY, trong những khi người nữ là XX.

Nghiên cứu chỉ ra rằng có tầm khoảng 50-60 gen trên NST Y, chúng chịu trách nhiệm mã hóa tạo ra protein cấp thiết cho thân thể và đóng vai trò quan trọng với khả năng sinh sản của nam giới. Bởi vì NST này chỉ xuất hiện ở nam, các gen trên NST Y quyết định nam nữ và sự phát triển của nam.

Có nhiều gen xuất hiện trên NST Y tạo ra 1 khu vực gọi là vùng giả NST thường (pseudoautosomal), vùng này còn có mặt trên cả hai NST nam nữ. Nhiều gen ở các vùng giả NST thường rất cấp thiết cho việc phát triển thông thường.