Phát triển thành công quy trình lắp ráp bộ gen mới

Viện Genome hợp tác cùng với Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ (DOE JGI) là một trong những tổ chức hàng đầu thế giới về giải trình tự bộ gen của vi khuẩn, tập trung vào các ứng dụng tiềm năng của chúng trong lĩnh vực năng lượng sinh học và môi trường. DOE JGI còn tập trung vào việc phát triển các công cụ lắp ráp và phân tích việc giải trình tự hiệu quả hơn về mặt chi phí.

Mặc dù có những tiến bộ to lớn trong việc giảm chi phí và thông lượng của việc giải trình tự DNA, những nhiều thách thức lớn vẫn còn trong quá trình xây dựng lại bộ gen một cách hiệu quả. Công nghệ hiện tại tốt trong việc tạo ra nhanh chóng các đoạn ký tự DNA ngắn, được lắp ráp lại với nhau thành các đoạn dài hơn bằng máy tính. Tuy nhiên, việc lắp ráp bộ gen, tương tự như xếp hình với hàng triệu mảnh lộn xộn, tách rời nhau mà không hề biết được hình ảnh đó thật sự là gì, vẫn là công việc đầy khó khăn do số lượng rất lớn các mảnh ghép rất nhỏ, phải được lắp ráp lại với nhau sử dụng các phương pháp hiện tại.

Một sự hợp tác giữa DOE JGI, Pacific Biosciences (PacBio) và Đại học Washington đã đem lại một quy trình làm việc tốt hơn trong việc lắp ráp bộ gen mà nhóm nghiên cứu mô tả là “một quá trình hoàn toàn tự động từ việc chuẩn bị mẫu DNA cho đến việc xác định bộ gen hoàn chỉnh”.

Kỹ thuật này được gọi là HGAP (Hierarchical Genome Assembly Process), sử dụng nền giải trình tự DNA đơn phân tử theo thời gian thực (SMRT) của PacBio, giúp tạo ra các đoạn có thể dài đến hàng chục ngàn nucleotide, thậm chí còn dài hơn những đoạn được tạo ra bằng công nghệ giải trình tự Sanger, là công nghệ tạo ra các đoạn dài khoảng 700 nucleotide. Quy trình Sanger tạo ra nhiều thư viện DNA, thực hiện nhiều lần chạy, và kết hợp dữ liệu lại với nhau, để các khoảng trống trong mã được lấp đầy và độ chính xác của một đoạn DNA rất cao. Phương pháp Post-Sanger vẫn thường phải có nhiều thư viện và thường là sự kết hợp của nhiều công nghệ để tạo ra kết quả tối ưu. Thay vào đó, với HGAP, “chỉ chuẩn bị một thư viện DNA duy nhất và giải trình tự SMRT tự động liên tục”, nhóm nghiên cứu cho biết.

Phương pháp lắp ráp mới lạ này được kiểm tra bằng cách sử dụng ba vi khuẩn trước đó được giải trình tự bởi DOE JGI. Dữ liệu thu thập được đem so sánh với các trình tự tham chiếu cho những vi khuẩn này và nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng, phương pháp HGAP cho ra kết quả lắp ráp cuối cùng với độ chính xác >99,999%.

Nỗ lực giải trình tự của DOE JGI chiếm hơn 20% tổng số hơn 20.000 dự án bộ gen trên toàn thế giới (vi sinh vật, thực vật, nấm, tảo, và cộng đồng vi khuẩn) đã hoàn thành hoặc đang được thực hiện, và hầu hết những dự án này tập trung vào sinh học của việc xử lý môi trường, năng lượng và than.

“Chúng tôi đã có được sự hợp tác rất hiệu quả với Viện Genome cho dự án này và được hưởng lợi rất nhiều từ chuyên môn của các nhà khoa học tại Viện Genome trong cả hai lĩnh vực vi sinh học và lắp ráp và chú thích bộ gen của vi sinh vật,” Jonas Korlach tại Pacific Biosciences, cho biết. “Chuyên môn này đã giúp chúng tôi tinh chỉnh các phương pháp lắp ráp trình tự đơn phân tử của mình để có được chất lượng thành phẩm cao hơn so với trước đây sử dụng phương pháp tiêu chuẩn vàng của Sanger, với tốc độ và chi phí cạnh tranh. Chúng tôi mong được nhìn thấy các tiến bộ khoa học ra đời từ phương pháp này”.

Ngoài vi sinh vật, nhóm nghiên cứu sẽ tìm cách mở rộng tiện ích của phương pháp lắp ráp mới này cho bộ gen của các sinh vật phức tạp hơn.

Thanh Vân – Dostdongnai, Theo Eurekalert.