Báo Cáo Xây dựng cơ sở khoa học cho dự án khả thi giải trình tự và phân tích bộ gen người Việt Nam

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
Năm 2011

Báo cáo dài 257 trang
ĐẶT VẤN ĐỀ
Bộ gen hay còn gọi là hệ gen (toàn bộ tập hợp các gen) người là có một cấu trúc hết sức tinh vi và phức tạp, gồm 2 thành phần: i) Bộ gen nhân: kích thước khoảng 3,2 tỷ đơn vị chiều dài, được gọi là nucleotide hoặc cặp bazơ (base pairs, bp; 1000 bp= 1 kilobazơ, kb) và ii) Bộ gen ty thể có kích thước chỉ hơn 16 kb. Mọi biểu hiện của sự sống, bao gồm các yếu tố quyết định sức khỏe mỗi người (khỏe mạnh hay ốm đau ) đều liên quan đến chức năng gen. Vì vậy, việc nghiên cứu cấu trúc và chức năng toàn bộ các gen của cơ thể là một vấn đề khoa học cơ bản có định hướng ứng dụng hết sức quan trọng.
- Dự án Hệ gen người (Human Genome Project, HGP), thời gian thực hiện:
~15 năm (1989-2003), do Nhóm các cơ quan khoa học nhà nước do Mỹ đứng đầu với khoảng 20 nước và vùng lãnh thổ tham gia. Dự án đã chi 3-4 tỷ USD tiền ngân nhà nước cho giải mã hoàn chỉnh hệ gen người (~3,2 tỷ bp), với DNA lấy từ 5 cá thể đại diện 5 chủng tộc người trên thế giới. Đồng thời, việc giải mã hệ gen người cũng đã được Công ty tư nhân Celera Genomics của Mỹ tiến hành (số tiền đã chi ước tính cũng phải hàng tỉ USD). Kết quả là mỗi nhóm giải mã hoàn chỉnh 1 hệ gen người, đồng thời công bố “bản nháp” trên 2 tạp chí khoa học danh tiếng nhất là Nature, Anh (McPherson et al., 2001), và Science, Mỹ (Venter et al., 2001). Trình tự của Nhóm được tài trợ từ ngân sách của các chính phủ đã được công khai, dữ liệu thông tin về hệ gen cho toàn thế giới cùng sử dụng, được gọi là “trình tự chuẩn” hay “trình tự tham chiếu” (reference sequence).
Kết quả quan trọng nhất sau khi có bản đồ gen người “chi tiết” (2003) cho thấy, các chủng tộc, các cá thể người giống nhau đến 99,9% và chỉ khác nhau về một tỷ lệ rất nhỏ (0,1%) về cấu trúc hệ gen (hay ~3 triệu/ ~3,2 tỷ bp của cấu trúc toàn bộ bộ/ hệ gen). Tuy nhiên, phần khác biệt rất nhỏ này lại có ý nghĩa quyết định đối với đặc điểm nhân chủng học của một dân tộc, là yếu tố di truyền liên quan đến sức khỏe của cả dân
tộc và mỗi cá thể. Bước phát triển logic tiếp theo của công trình giải mã hệ gen người đầu tiên được hình thành như sau:
Trên sơ sở các dữ liệu về hệ gen (trình tự chuẩn) đã được công bố và sử dụng miễn phí, các quốc gia đi sâu nghiên cứu các đặc điểm gen của các dân tộc, các cá thể khỏe mạnh và mắc các bệnh khác nhau của nước mình;
Thu nhận vật liệu gen (DNA) và sản phẩm gen (protein) của đại điện các dân tộc, các cá thể để nghiên cứu sâu về cấu trúc, chức năng của chúng theo hướng nghiên cứu cơ bản cũng như ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị. Một trong những thành tựu mới nhất về nghiên cứu hệ gen người là việc giải mã xong hệ gen của cả 4 thành viên trong 1 gia đình đầu tiên (gồm bố mẹ, 1 con trai và 1 con gái) tại Viện Sinh học Hệ thống, Seatle (Hoa Kỳ) phối hợp với một số cơ quan khác. Qua đó, người ta phát hiện được các gen ứng cử viên liên quan đến hội chứng Miller - bệnh di truyền có tính chất gia đình (Roach et al., 2010). Tin sinh học là bộ môn khoa học mới liên ngành giữa sinh học và tin học, trong đó các trung tâm tính toán hiệu năng cao, các cơ sở dữ liệu gen khổng lồ được thiết lập, cũng như các phần mềm, công cụ tính toán được phát triển để phân tích, xử lý số liệu sinh học, mô hình hóa, mô phỏng để nghiên cứu chức năng gen và protein
Bộ gen người, trước hết là hệ gen ty thể và một số gen chức năng của hệ gen nhân, đã được các nhà khoa học Việt Nam quan tâm nghiên cứu từ đầu những năm 2000 trở lại đây. Đặc biệt, sau khi Nhà nước phê duyệt các chương trình công nghệ sinh học và đầu tư một số phòng thí nghiệm trọng điểm, các nghiên cứu theo hướng này đã đạt được những kết quả bước đầu.
- Giải mã gen, biết được đặc điểm cấu trúc gen người khỏe mạnh làm cơ sở tham chiếu cho các nghiên cứu đa hình/ đột biến gen ở người bệnh;
- Giải mã các hệ gen người bệnh (ung thư, tim mạch, tiểu đường, Alzheimer .) giúp tìm ra bản chất di truyền của các yếu tố liên quan; tìm ra các chỉ thị chẩn đoán và phát triển dược phẩm cho điều trị;
- Làm chủ việc giải mã hệ gen người, có thể áp dụng cho việc giải mã các tác nhân gây bệnh cho người cũng như mọi cơ thể sinh vật khác; qua đó có thể phát triển các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực rất khác nhau.
- Các chuyên ngành khoa học sự sống (sinh học) và công nghệ sinh học hiện đại:
sinh học phân tử, công nghệ gen, hệ gen học cấu trúc và chức năng, hệ protein học, tin sinh học, hệ gen học người, di truyền phân tử, công nghệ protein và enzyme, tiến hóa phân tử người, nhân học phân tử
- Các chuyên ngành y học, dược học, khoa học hình sự, quốc phòng-an ninh: Y học phân tử, di truyền y học phân tử, dịch tễ học phân tử, bệnh học phân tử, hệ gen y học, hệ protein y học, liệu pháp gen, miễn dịch học phân tử, hệ gen học cá thể người, di truyền quần thể người, pháp y, giám định gen, y-dược học quân sự
- Công nghệ thông tin (các trung tâm/ hệ thống tính toán hiệu năng cao, các phần mềm chuyên dụng phân tích gen và protein, các hệ thống mô hình, mô phỏng, xây dựng các cơ sở dữ liệu ).
 Nhu cầu phát triển khoa học đạt trình độ khu vực và quốc tế: công bố khoa học có trình độ cao (các bài có hệ số ảnh hưởng - IF cao, ví dụ trong nhóm tạp chí Nature); xây dựng tiềm lực (cơ sở vật chất, đội ngũ cán bộ ) có khả năng hội nhập quốc tế.
 Nhu cầu phát triển của đất nước: Như trên đã trình bày, mặc dù các chủng tộc, các cá thể chỉ khác nhau về cấu trúc ~0,1% (hay ~3 triệu/ ~3,2 tỷ bp của cấu trúc toàn bộ bộ/ hệ gen), nhưng phần khác biệt rất nhỏ này lại có ý nghĩa quyết định đối với đặc điểm nhân chủng học, giống nòi của cả một dân tộc, là yếu tố di truyền liên quan đến sức khỏe của mỗi cá thể. Vì vậy, việc nghiên cứu hệ gen các cá thể thuộc mỗi dân tộc là vấn đề rất cấp bách và là giai đoạn phát triển tiếp theo về Bộ gen học người (Human Genomics). Đặc biệt, cần lưu ý là mỗi nước phải đầu tư giải mã gen cho người của dân tộc mình và không thể có ai làm hộ, làm thay.
Việt Nam, quốc gia với trên 86 triệu dân (đứng thứ 13 trên thế giới về dân số) với 54 dân tộc anh em, cần có một chiến lược lâu dài và chương trình cấp bách và cụ thể về nghiên cứu cơ bản, nhằm định hướng ứng dụng, liên quan đến hệ gen người Việt Nam. Tuy nhiên, việc nghiên cứu đồng bộ về hệ gen người Việt Nam (với trang thiết bị tầm trung như hiện có) sẽ rất khó khăn, tốn kém về thời gian và chi phí và không khả thi. Vì vậy, cần có một dự án (chương trình) mang tầm cỡ quốc gia và hội nhập quốc tế thì mới thực hiện được.