Trong thế kỷ này, thế giới phải đối mặt với hai đại dịch do virus Corona có nguồn gốc từ dơi là hội chứng hô hấp cấp tính nặng - còn gọi là SARS-CoV (Severe acute respiratory syndrome coronavirus) và hội chứng hô hấp Trung Đông - còn gọi là MERS-CoV (Middle East respiratory syndrome coronavirus). Và gần đây, vào ngày 31 tháng 12 năm 2019, Văn phòng Tổ chức Y tế thế giới (WHO) tại Trung quốc đã ghi nhận trường hợp viêm phổi không rõ nguyên nhân đầu tiên tại thành phố Vũ Hán thuộc tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc. Dịch bệnh không chỉ lan ra ở nhiều địa phương của quốc gia này mà còn lây lan ra các quốc gia và vùng lãnh thổ khác. Các nhà khoa học gọi chủng virus mới là "virus Corona mới 2019" (viết tắt là 2019-nCoV). Đến ngày 11/2/2020, WHO đã công bố tên chính thức của dịch này là Covid-19 và thống nhất tên gọi chính thức cho virus gây bệnh này là "virus Corona hội chứng hô hấp cấp tính nặng 2" (viết tắt là SARS-CoV-2).

Trước diễn biến nghiêm trọng của dịch bệnh, các nghiên cứu về cấu trúc bộ gen và đa dạng di truyền của chủng virus mới là rất cần thiết để phân tích nguồn gốc lây nhiễm và đưa ra các chẩn đoán chính xác. Vì vậy, từ khi xuất hiện trường hợp nhiễm bệnh đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã cố gắng xác định chủng virus mới bằng nhiều phương pháp bao gồm phương pháp Sanger và giải trình tự thế hệ mới - NGS (next-generation sequencing). Trong đó, nổi bật là phương pháp giải trình tự gen thế hệ mới - NGS, cho phép giải trình tự toàn bộ các thông tin di truyền có trong bệnh phẩm, từ đó phát triển các phương pháp xét nghiệm và phân tích đa dạng di truyền của virus gây bệnh.

Ngày 24/01/2020, dữ liệu bộ gen của virus SARS-CoV-2 được giải max bằng phương pháp NGS lần đầu tiên công bố trên Tạp chí Y học New England. Cho đến nay đã có hơn 80 trình tự gen của virus này được giải mã hoàn toàn và được công bố trên GISAID và GENBANK. Giải mã các thông tin di truyền đã giúp các nhà khoa học phân tích sâu hơn về sự tiến hóa cũng như đặc điểm di truyền phân tử của SARS-CoV-2 so với các chủng virus Corona khác đã được phát hiện trước đây. Điều này, rất quan trọng trong công tác phát triển vaccin phòng bệnh và chế tạo các xét nghiệm chẩn đoán Covid-19 nhanh.

Bài báo này nhằm giới thiệu về ứng dụng kỹ thuật giải trình tự gen thế hệ mới (NGS) để nghiên cứu Covid-19.

Giải trình tự gen thế hệ mới NGS

Bước 1: Tạo thư viện: DNA sẽ được cắt ngắn phù hợp theo phương pháp và thường được gắn một đoạn nucleotide và 2 đầu.

Bước 2: Giải trình tự bằng phương pháp tổng hợp: Các thành phần cho phản ứng khuếch đại được thêm vào và xác định nucleotide theo nguyên lý của phương pháp.

Bước 3: Ghép nối các đoạn DNA đã được giải trình tự.

Bước 4: Sử dụng các phần mềm tin sinh phân tích dữ liệu trình tự thu được theo mục tiêu nghiên cứu

Ứng dụng trong phát hiện và xác định chủng virus mới gây bệnh Covid-19 bằng thiết bị giải trình tự gen thế hệ mới -NGS

+ Phương pháp lấy mẫu và phân lập virus;

+ Phương pháp tách chiết RNA của virus và chuyển thành cDNA;

+ Giải trình tự NGS;

+ Phân tích kết quả;

Kết luận

Nhờ vào kết quả giải trình tự gen và phân tích phát sinh loài mà các nhà khoa học đã biết virus 2019n-CoV là một chủng virus mới thuộc chi Betacoronavirus, thuộc phân chi Sarbecovirus. Chủng này khác biệt về mặt di truyền với chủng MERS-CoV và SARS-CoV nhưng lại có họ hàng gần với hai chủng giống SARS phân lập từ dơi là bat-SL-CoVZC45 và chủng bat-SL-CoVZXC21, được phân lập vào năm 2018 ở phía tây Trung Quốc.

Không chỉ xác định nguồn gốc của virus, phương pháp giải trình tự gen đã giúp các nhà nghiên cứu có cái nhìn rõ ràng về cấu trúc hệ gen, kiểm soát được các đột biến phát sinh, giúp phát triển phương pháp phát hiện virus bằng phương pháp sinh học phân tử khác thông qua mồi và đoạn dò đặc hiệu. Nhờ vậy quá trình phát hiện virus được rút ngắn rất nhiều so với thời gian giải toàn bộ bộ gen của virus. Việc xây dựng mô hình liên kết thụ thể của virus cũng được dự đoán dựa vào kết quả giải trình tự gen, giúp phát triển vaccin phòng bệnh.

Phương pháp giải trình tự gen thế hệ mới-NGS và các phần mềm tin sinh học đã nâng cao sự hiểu biết về nguồn gốc và cơ chế truyền bệnh, giúp đẩy nhanh việc xác định mầm bệnh và thúc đẩy chia sẻ dữ liệu. Chính điều này đã hỗ trợ con người trong cách giải quyết đối phó với sự bùng phát của các bệnh truyền nhiễm hay đại dịch.