Luận Văn Xây dựng cơ sở dữ liệu hai gene 16s và 23s ribosom rna ở vi khuẩn – ứng dụng cơ sở dữ liệu hai gen

TÓM TẮT KHÓA LUẬN


– Khóa luận được thực hiện tại bộ môn Công Nghệ Sinh Học - Trường Đại Học


Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, từ tháng 1/2006 đến 8/2006.


Với sự phát triển của kỹ thuật sinh học phân tử, một số lượng lớn các gene 16S


và 23S rRNA đã được giải trình tự. Những trình tự gene này được lưu trữ trong CSDL


sinh học lớn như NCBI, EMBL, DDBj Vì các CSDL này quá lớn và chứa rất nhiều


thông tin khác nhau, không tập trung cho một đối tượng cụ thể nên khó có thể thực


hiện việc truy xuất các thông tin phục vụ trực tiếp cho một nghiên cứu chuyên biệt. Do


vậy, mục tiêu của đề tài là tiến hành xây dựng cơ sở dữ liệu hai gene 16S và 23S rRNA


ở vi khuẩn và ứng dụng CSDL này để phát hiện các loài vi khuẩn gây bệnh viêm màng


não mủ.


Để đạt được mục tiêu trên, khóa luận cần đảm bảo thực hiện những nội dung như


sau:


Dùng Perl script để thu nhận các mẫu tin của hai gene từ trang CSDL GenBank


(CSDL nucleotide của NCBI). Tiếp tục sử dụng Perl script tách các mẫu tin thu


nhận được thành từng phần riêng biệt như accession number (mã số truy cập),


gi, definition, sequence (trình tự của gene)


Thiết kế CSDL dựa vào mô hình dữ liệu quan hệ. Dùng Perl script để chuyển tự


động các thông tin tách được ở bước trên vào CSDL.


Sử dụng giao thức CGI kết hợp với ngôn ngữ lập trình Perl để thiết kế trang


web CSDL về hai gene 16S và 23S rRNA ở các loài vi khuẩn.


Sử dụng trình tự của hai gene 16S và 23S rRNA trong CSDL để thiết kế mồi cho


phản ứng PCR phát hiện và phân biệt các tác nhân gây bệnh viêm màng não


mủ.


Đề tài đã đạt được những kết quả như sau:


Đã thu thập được 2825 mẫu tin về gene 16S rRNA và 305 mẫu tin về gene 23S


rRNA từ cơ sở dữ liệu GenBank (NCBI).


Tạo được CSDL của hai gene 16S và 23S rRNA tích hợp với web.


Trang web CSDL của hai gene và gồm có 5 trang chính: HOME, SEARCH,


TOOL, LINK, ABOUT. Từ các trang web này, người sử dụng có thể truy xuất


thông tin, tìm kiếm trình tự, so sánh một trình tự quan tâm với các trình tự trong


CSDL (alignment, BLAST) Ngoài ra, những trang web chính này còn kết nối


đến những trang phụ khác để cung cấp các tiện ích cho người dùng.


Thiết kế mồi cho phản ứng PCR phát hiện các tác nhân gây bệnh viêm màng


não mủ bằng chương trình thiết kế mồi Primrose.


MỤC LỤC


Nội dung Trang


LỜI CẢM ƠN . iii


TÓM TẮT KHÓA LUẬN iv


MỤC LỤC . vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ SƠ ĐỒ x


DANH SÁCH CÁC HÌNH . xi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xiii


PHẦN 1: MỞ ĐẦU .1


1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ .1


1.2. MỤC ĐÍCH .2


1.3. YÊU CẦU 2


PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3


2.1. SƠ LưỢC VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 3


2.1.1. Định nghĩa 3


2.1.2. Hệ quản trị CSDL (Database Management System – DBMS) .3


2.1.3. Các mô hình dữ liệu .3


2.2. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH PERL, MẠNG INTERNET VÀ WEB .3


2.2.1. Perl .3


2.2.1.1. Tóm tắt lịch sử phát triển .3


2.2.1.2. Ứng dụng 4


2.2.1.3. Một số module của Perl thường được sử dụng 4


2.2.2. Giới thiệu về mạng Internet .5


2.2.3. Tích hợp CSDL với web dùng CGI 5


2.3. CƠ SỞ DỮ LIỆU SINH HỌC .6


2.3.1. NCBI (National Center for Bioinformatic Information) .6


2.3.1.1. Vài nét về NCBI 6


2.3.1.2. Một số cơ sở dữ liệu trong NCBI 7


2.3.1.3. Một số công cụ trong NCBI .7


2.3.2. EBI (European Bioinformatics Institute) .8


2.3.2.1. Vài nét về EBI .8


2.3.2.2. Một số cơ sở dữ liệu trong EBI .8


2.3.2.3. Một số công cụ hỗ trợ phân tích trình tự sinh học .9


2.3.3. SIB (Swiss Institute of Bioinformatics) .9


2.3.4. DDBJ (DNA Data Bank Japan) và PDBj (Protein Database Japan) . 10


2.4. BỆNH VIÊM MÀNG NÃO MỦ 12


2.4.1. Sơ lược về bệnh viêm màng não mủ . 12


2.4.1.1. Định nghĩa . 12


2.4.1.2. Bệnh theo lứa tuổi 12


2.4.1.3. Các con đường xâm nhiễm của vi khuẩn gây bệnh 13


2.4.2. Các triệu chứng biểu hiện lâm sàng của bệnh . 13


2.4.2.1. Những triệu chứng giai đoạn khởi phát 13


2.4.2.2. Biểu hiện lâm sàng của viêm màng não mủ . 13


2.4.3. Hậu quả của bệnh trên những đối tượng bị lây nhiễm 15


2.4.4. Tình hình bệnh viêm màng não mủ trên thế giới và Việt Nam . 15


2.5. VI KHUẨN GÂY BỆNH VIÊM MÀNG NÃO MỦ 16


2.6. CÁC PHưƠNG PHÁP XÉT NGHIỆM BỆNH VIÊM MÀNG NÃO MỦ 18


2.6.1. Phương pháp chẩn đoán lâm sàng . 18


2.6.2. Phương pháp xét nghiệm vi khuẩn học . 18


2.6.3. Phương pháp miễn dịch học 19


2.6.4. Phương pháp tế bào học . 19


2.6.5. Phương pháp sinh hoá . 19


2.6.5.1. Đường trong dịch não tủy 19


2.6.5.2. Đạm trong dịch não tủy 19


2.6.5.3. Phương pháp khảo sát nồng độ lactate .20


2.6.6. Phương pháp chụp cắt lớp – CT (computer tomography) .20


2.6.7. Phương pháp xét nghiệm dựa vào kỹ thuật PCR .20


2.7. KỸ THUẬT PCR VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC PHÁT HIỆN TÁC NHÂN


GÂY BỆNH VIÊM MÀNG NÃO MỦ .20


2.7.1. Nguyên tắc của kỹ thuật PCR .20


2.7.2. Quy trình của phản ứng PCR 21


2.7.3. Seminested PCR/ Multiplex PCR .22

2.7.3.1. Seminested PCR .22


2.7.3.2. Multiplex PCR 22


2.7.4. Ứng dụng kỹ thuật PCR trong việc phát hiện vi khuẩn gây bệnh viêm


màng não mủ 22


2.8. GENE 16S rRNA VÀ 23S rRNA 24


2.8.1. RNA ribosome (rRNA) – Cấu trúc ribosome 24


2.8.2. Gene 16S rRNA thước đo tiến hóa 25


2.8.3. Gene 23S rRNA .28


2.9. ĐIỀU TRỊ BỆNH VIÊM MÀNG NÃO MỦ BẰNG KHÁNG SINH .28


PHẦN 3: PHưƠNG PHÁP VÀ CÁC CHưƠNG TRÌNH SỬ DỤNG 29


3.1. CÁC CHưƠNG TRÌNH VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH ĐưỢC SỬ DỤNG 29


3.1.1. Hệ điều hành 29


3.1.2. Các chương trình phân tích trình tự .29


3.1.2.1. Chương trình so sánh trình tự ClustalW 29


3.1.2.2. Chương trình tìm kiếm các trình tự tương đồng – BLAST .30


3.1.3. Hệ quản trị CSDL quan hệ MySQL 30


3.1.4. Apache web server .31


3.1.5. Ngôn ngữ lập trình Perl và các gói sử dụng .31


3.1.6. Chương trình thiết kế mồi Primrose 2.17 .32


3.2. PHưƠNG PHÁP 33


3.2.1. Thu nhận các mẫu tin chứa trình tự và thông tin liên quan của hai gene


16S và 23S rRNA .33


3.2.3. Thiết kế CSDL gene 16S và 23S rRNA 38


3.2.3.1. Phân tích dữ liệu 38


3.2.3.2. Thiết kế CSDL dạng bảng 39


3.2.3.3. Lưu trữ các thông tin vào CSDL 41


3.2.4. Tích hợp CSDL gene 16S rRNA và 23S rRNA với trang web 42


3.3. Thiết kế mồi cho phản ứng PCR phát hiện vi khuẩn viêm màng não .42


3.3.1 Thiết kế mồi dựa trên trình tự gene 16S rRNA 43


3.3.2. Thiết kế mồi dựa trên trình gene 23S rRNA 47


3.3.3. Nhiệt độ nóng chảy của mồi .51


PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .52


4.1. Kết quả thu nhận các mẫu tin chứa trình tự và thông tin liên quan của hai


gene 16S và 23S rRNA .52


4.2. CSDL gene 16S và 23S rRNA 52


4.3. Trang web thể hiện thông tin CSDL gene 16S và 23S rRNA 52


4.3.1. Trang thông tin chung về CSDL gene 16S và 23S rRNA (Home Page) .54


4.3.2. Trang tìm kiếm (Search Page) 55


4.3.3. Trang công cụ (Tool Page) .58


4.3.4. Trang Meningitidis 60


4.4. Kết quả thiết kế mồi phát hiện các tác nhân viêm màng màng não mủ .60


PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 63


PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO .64


PHỤ LỤC