Kỹ thuật mới quét toàn bộ genome tìm các gen chống lại bệnh tật

Các nhà nghiên cứu của MIT đã áp dụng hệ thống chỉnh sửa CRISPR để xác định các gen bảo vệ tế bào khỏi một protein gắn liền với bệnh Parkinson.

Các nhà nghiên cứu của MIT đã sử dụng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR để xác định các gen bảo vệ tế bào khỏi một loại protein liên quan tới bệnh Parkinson. Sử dụng một phiên bản sửa đổi của hệ thống chỉnh sửa gene CRISPR, các nhà nghiên cứu của MIT đã phát triển một phương pháp mới để kiểm tra các gen có khả năng chống lại các bệnh cụ thể.

CRISPR thường được sử dụng để chỉnh sửa hoặc xóa các gen từ các tế bào sống. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu MIT đã điều chỉnh nó để ngẫu nhiên bật hoặc tắt các bộ gene khác nhau trên các quần thể lớn của tế bào, từ đó cho phép các nhà nghiên cứu xác định các gen có khả năng bảo vệ tế bào khỏi một loại protein liên quan đến bệnh Parkinson.

Công nghệ mới này, được mô tả trong tạp chí Molecular Cell, đưa ra như là một cách mới nhằm  tìm kiếm các mục tiêu mà thuốc điều trị nhắm đến để chữa nhiều loại bệnh tật, chứ không chỉ  Parkinson, theo Timothy Lu, giáo sư về điện, tin học và kỹ thuật sinh học của MIT.Ông Lu nói: "công nghệ tiên tiến hiện nay đang nhắm mục tiêu tới hai hoặc ba gen cùng lúc và sau đó xem xét các tác động"

Bật hoặc tắt gen

Hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR bao gồm một enzyme cắt DNA được gọi là Cas9 và những đoạn RNA hướng dẫn ngắn nhằm tìm mục tiêu là các trình tự đặc biệt của bộ gen, sau đó đưa ra tín hiệu với Cas9 rằng vị trí cắt của nó trên gene mục tiêu. Sử dụng quá trình này, các nhà khoa học có thể thực hiện các đột biến có mục tiêu trong bộ gen của động vật sống, như xóa các gen hoặc chèn các gen mới.

Trong nghiên cứu mới này, nhóm nghiên cứu của MIT đã hủy bỏ khả năng cắt bỏ của Cas9 và chỉnh sửa protein này để sau khi nó gắn vào vị trí mục tiêu, nó có thể kết nối được với các nhân tố phiên mã (các protein cần thiết để khởi động quá trình phiên mã gen).

Bằng cách đưa phiên bản Cas9 mới này cùng với sự hướng dẫn RNA sợi đơn, các nhà nghiên cứu có thể nhắm mục tiêu là một chuỗi trình tự di truyền trên mỗi tế bào. Mỗi RNA hướng dẫn có thể nhắm mục tiêu một gen đơn hoặc nhiều gen, tùy thuộc vào trình tự hướng dẫn cụ thể. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu ngẫu nhiên sàng lọc toàn bộ genome để tìm ra  các gen ảnh hưởng đến sự sống sót của tế bào.

"Những gì chúng tôi quyết định làm là áp dụng cách tiếp cận hoàn toàn không thiên vị, thay vì nhắm mục tiêu tới các gen riêng biệt quan tâm, chúng tôi sẽ đưa ra những hướng dẫn ngẫu nhiên bên trong tế bào", Lu nói. "Sử dụng cách tiếp cận đó, chúng ta có thể sàng lọc những RNA hướng dẫn có hoạt động bảo vệ mạnh mẽ trong mô hình bệnh thoái hóa cơ tim".

Các nhà nghiên cứu đã triển khai công nghệ này trong các tế bào nấm men được biến đổi gen để sản xuất quá mức một protein liên quan đến bệnh Parkinson, gọi là alpha-synuclein. Protein này tạo thành các khối trong não của bệnh nhân Parkinson, thường có độc tính đối với các tế bào nấm men.

Bằng cách sử dụng phương pháp sàng lọc này, nhóm nghiên cứu của MIT đã xác định được một sợi  RNA  hướng dẫncó hiệu quả rất mạnh, giữ cho các tế bào có thể tồn tại hiệu quả hơn nhiều trong điều kiện độc tính so với bất kỳ gen nào đã từng được tìm thấy để bảo vệ loại tế bào nấm men.

Việc kiểm tra di truyền tiếp theo cho thấy nhiều gen đã được bật bởi dòng RNA hướng dẫn này là các protein chaperone, giúp các protein khác có thể hình thành đúng cấu trúc hình dạng. Các nhà nghiên cứu giả thiết rằng những protein chaperone này có thể giúp ích cho việc gấp nếp hợp lý của synuclein alpha, điều này có thể ngăn không cho nó hình thành các khối u.

Các gen khác được kích hoạt bởi RNA hướng dẫn mã hóa các protein ty thể giúp tế bào điều hoà sự trao đổi năng lượng và các protein vận chuyển liên quan đến đóng gói và vận chuyển các protein khác. Các nhà nghiên cứu hiện đang tìm hiểu xem liệu RNA hướng dẫn  bật mỗi loại gen một cách độc lập hay  nó có kích hoạt một hoặc nhiều gen điều hòa cùng lúc và sau đó truyền tín hiệu đến các gene khác.

Tác dụng bảo vệ

Một khi các nhà nghiên cứu đã xác định được những gen này trong nấm men, họ sẽ kiểm tra các gene tương đương trên con người trong tế bào thần kinh được nuôi trên đĩa thí nghiệm, và nó cũng được biến đổi để sản xuất quá mức syuclein alpha. Những gen này cũng đã bảo vệ tế bào khỏi độc tính alpha-synuclein, cho thấy chúng có thể được thử nghiệm như các liệu pháp điều trị gen cho bệnh Parkinson.

Wilson Wong, trợ lý giáo sư về kỹ thuật y sinh học tại Đại học Boston, cho biết nghiên cứu đã chỉ ra những ứng dụng đa dạng mà CRISPR / Cas9 có thể được sử dụng.

Wong nói, "Thật thú vị khi thấy rằng phương pháp này sử dụng nấm men như là điểm khởi đầu của việc sàn lọc di truyền và xác định RNA hướng dẫn có thể chống lại độc tính alpha-synuclein trong tế bào động vật có vú", Wong, người không tham gia nghiên cứu, cho biết. "Công trình này có thể mở đường cho việc sử dụng RNA hướng dẫn ngẫu nhiên và nấm men đươc thử nghiệm để khảo sát tính phức tạp trên  con người."

Phòng thí nghiệm của Lu hiện đang sử dụng cách tiếp cận này để sàng lọc các gen liên quan đến các rối loạn khác, và các nhà nghiên cứu đã xác định được một số gen có khả năng  lại những ảnh hưởng nhất định của sự lão hóa.

Bùi Anh Xuân theo Phys.org