Khoa học liên tục hướng đến những cách tiếp cận chính xác hơn và cụ thể hơn khi phát triển các công nghệ phân tích kiểu gen mới. Theo quan điểm đó, chúng tôi muốn thảo luận về phân tích kiểu gen thông lượng cao, cho phép thu được một số lượng lớn kết quả chính xác một cách nhanh chóng.
Phân tích kiểu gen thông lượng cao là gì?
Chúng ta hãy bắt đầu từ đầu. Để hiểu về kiểu gen thông lượng cao, trước tiên chúng ta phải biết thông lượng cao là gì và kiểu gen là gì.
Thông lượng cao có nghĩa là thực hiện một lượng lớn thử nghiệm tự động cùng một lúc, cho phép phân tích hàng nghìn mẫu trong một khoảng thời gian rất ngắn.
Phân tích kiểu gen là phương pháp được sử dụng để so sánh cấu trúc di truyền của một cá nhân với một cá nhân khác hoặc tìm hiểu xem kiểu gen quan tâm có khớp với trình tự tham chiếu hay không. Điều này được thực hiện để tìm ra sự khác biệt và điểm tương đồng giữa các trình tự bộ gen của các cá nhân, ví dụ, để tìm các dấu hiệu di truyền cho bệnh tật hoặc để xác định quan hệ cha con.
Tất nhiên, phân tích kiểu gen không chỉ giới hạn ở con người. Phương pháp này có thể được sử dụng để phân tích kiểu gen của bất kỳ sinh vật nào như động vật, thực vật, vi khuẩn, v.v.[1][2][3][4].
Mặc dù tương tự, nhưng điều quan trọng là không được nhầm lẫn giữa giải trình tự DNA với phân tích kiểu gen DNA. Bằng giải trình tự DNA, thứ tự nucleotide được xác định , có thể có hoặc không có giá trị. Thư viện thông tin di truyền này có thể được sử dụng để xác định các dấu hiệu di truyền mới cho các bệnh hiếm gặp bằng cách so sánh bộ gen của những cá nhân mắc bệnh với những cá nhân khỏe mạnh và tìm ra sự khác biệt giữa bộ gen của họ, v.v.
Phân tích kiểu gen DNA có nghĩa là so sánh các vùng DNA đã biết với một trình tự DNA quan tâm để xem liệu một cá nhân có các dấu hiệu chỉ ra, ví dụ, một bệnh di truyền cụ thể hay không. Trong trường hợp này, người ta đã biết các dấu hiệu nào chỉ ra bệnh và chúng nằm ở đâu trong trình tự. Không cần phải tìm kiếm chúng, chỉ cần so sánh hai trình tự. Tuy nhiên, một số phương pháp phân tích kiểu gen DNA liên quan đến giải trình tự, ví dụ, GBS (phân tích kiểu gen bằng giải trình tự) [5].
Khi kết hợp lại, phân tích kiểu gen thông lượng cao có nghĩa là đồng thời xác định một số lượng lớn các dấu hiệu di truyền ở một số lượng lớn cá thể. Tuy nhiên, số lượng các dấu hiệu và cá thể có thể thay đổi tùy thuộc vào thiết lập nghiên cứu.
Phân tích kiểu gen thông lượng cao hoạt động như thế nào ?
Vì kiểu gen đòi hỏi trình tự tham chiếu hoặc trình tự khác để so sánh trình tự bạn quan tâm, nên điều quan trọng là phải có trình tự trước. Theo quan điểm kiểu gen PCR, điều quan trọng là phải hiểu rõ về mục tiêu và bất kỳ biến thể tiềm ẩn nào trong đó. Điều này bao gồm việc xác định bất kỳ đa hình nucleotide đơn (SNP), chèn, xóa hoặc các sửa đổi di truyền khác có thể có. Theo cách đó, một hệ thống phát hiện cụ thể có thể được thiết kế để phân biệt giữa các kiểu gen tương tự . Trình tự tham chiếu có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu như RefSeq (Cơ sở dữ liệu trình tự tham chiếu NCBI) hoặc GenBank. Cũng có thể so sánh các cá thể với nhau trong trường hợp đó cần có mẫu DNA của các cá thể khác nhau.
Mặc dù có nhiều phương pháp khác nhau để phân tích kiểu gen thông lượng cao (GBS, SPET, v.v.) [2][5][6], chúng tôi sẽ tập trung vào PCR và qPCR.
Bước đầu tiên, bạn cần thiết kế mồi nếu bạn đang sử dụng PCR, và cả đầu dò nếu bạn đang sử dụng qPCR. Bạn có thể đọc thêm về thiết kế mồi và đầu dò từ trước đây của chúng tôi . Sau đó, DNA bộ gen phải được chiết xuất và tinh chế từ mẫu mô (ví dụ máu, lá). Khi bạn đã có DNA, đã đến lúc thực hiện (q)PCR. (Mặc dù gần đây việc sử dụng kiểu gen mRNA cũng trở nên khá phổ biến để tìm hiểu những gì thực sự được biểu hiện.) Dù bằng cách nào đối với (q)PCR, chúng tôi khuyên bạn nên chọn hỗn hợp chính, vì sử dụng các dung dịch trộn sẵn sẽ giúp thiết lập thí nghiệm nhanh hơn và bạn có thể dễ dàng tránh được lỗi nhiễm bẩn và lỗi hút bằng pipet hơn. Trong phần bên dưới, bạn có thể tìm hiểu thêm về cách thu được kết quả nhanh hơn nữa với các tùy chọn SolisFAST ® .
Sau khi đã chuẩn bị xong mẫu, đã đến lúc phản ứng. Như đã đề cập trước đó, phương pháp thông lượng cao phần lớn là tự động. Tất nhiên, điều này giả định rằng bạn có một máy có khả năng thực hiện PCR hoặc qPCR thông lượng cao. Điều tuyệt vời về việc phân tích kiểu gen bằng PCR hoặc qPCR là bạn có thể sử dụng phương pháp ghép kênh, cho phép bạn xác định các mục tiêu khác nhau của cùng một tác nhân gây bệnh hoặc nhiều tác nhân gây bệnh trong một phản ứng. Ngoài ra còn có khả năng khuếch đại các đoạn chứa các vị trí đa hình, sau đó phát hiện các đầu dò phát hiện cụ thể. Ví dụ, phân tích kiểu gen SNP và phân biệt alen [7][8]. Các dung dịch gốc thuốc nhuộm cũng có thể được sử dụng, ví dụ tốt nhất là HRM và các cấu hình đường cong nóng chảy cụ thể [7][9]. Bạn vẫn có thể cần tối ưu hóa giao thức của mình, nhưng sau khi hoàn thành việc này, bạn có thể đi ăn trưa hoặc làm việc khác trong khi máy thực hiện công việc.
Sau khi máy hoàn tất, bạn chỉ cần phân tích kết quả và xác định hành động tiếp theo.
Tại sao phân tích kiểu gen thông lượng cao lại hữu ích?
Như đã đề cập trước đó, với kiểu gen thông lượng cao, có thể phân tích hàng nghìn dấu hiệu di truyền cùng một lúc. Điều này cho phép chẩn đoán thực sự nhanh chóng, ví dụ như giúp sản xuất lương thực hiệu quả hơn để hỗ trợ dân số ngày càng tăng và tìm ra cách chữa trị các bệnh trước khi chúng trở nên mất kiểm soát. Ngoài ra, việc thực hiện mọi thứ cùng lúc giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc cho các nhà nghiên cứu. Chưa kể đến việc có quy trình làm việc ổn định và thoải mái hơn với tự động hóa và rô bốt thực hiện hầu hết công việc. Có nguy cơ nhiễm bẩn nhỏ hơn, ít lỗi hút hơn, chất lượng tốt hơn và kết quả nhất quán và đáng tin cậy.
Phương pháp phân tích kiểu gen thông lượng cao được sử dụng ở đâu?
Ngoài việc chẩn đoán các bệnh di truyền (ở người, thực vật, động vật) hoặc làm xét nghiệm quan hệ cha con, phân tích kiểu gen thông lượng cao cũng được sử dụng trong nghiên cứu [10][11]. Đây là công nghệ mang tính công cụ trong việc xác định kiểu gen liên quan đến phản ứng thuốc hoặc nghiên cứu khả năng di truyền của các bệnh di truyền [12]. Nó cũng có thể được sử dụng để lai tạo trong nông nghiệp (thực vật và động vật), để tạo ra động vật chuyển gen [3] và thực vật [2], để kiểm tra chất lượng thực phẩm [1] và ngăn chặn vi-rút hoặc nhiễm trùng do vi khuẩn lây lan [4].
Các giải pháp của Solis BioDyne cho việc phân tích kiểu gen thông lượng cao
Trong các thiết lập tự động hóa và thông lượng cao, các thuốc thử thường ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, điều này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của enzyme, nhưng tất cả enzyme của chúng tôi đều chứa TAG ổn định, nhờ đó chúng ổn định hơn ở nhiệt độ cao và do đó rất thân thiện với tự động hóa.
Dòng sản phẩm SolisFAST® qPCR cung cấp hỗn hợp qPCR dạng đầu dò và thuốc nhuộm sẵn sàng sử dụng cho các xét nghiệm qPCR nhanh, có độ nhạy cao và có thể tái tạo. Kết hợp SolisFAST® DNA Polymerase được thiết kế in silico và một bộ đệm được tối ưu hóa, MasterMix SolisFAST® qPCR cho phép hiệu suất qPCR mạnh mẽ và phát hiện mục tiêu chính xác trong các điều kiện khắt khe. Dòng sản phẩm cung cấp dịch vụ vận chuyển và thiết lập phản ứng tại nhiệt đồ phòng.
Đối với PCR Endpoint, SolisFAST® Master Mix cho kết quả đáng tin cậy trong các xét nghiệm đơn và đa và có độ đặc hiệu và năng suất cao. Bạn có thể nhận được kết quả nhanh chóng và cũng có sẵn hỗn hợp chứa dUTP/UNG để ngăn ngừa nhiễm bẩn.
Một lựa chọn khác cho PCR điểm cuối là HOT FIREPol® Blend Master Mix Ready to Load. Nó cung cấp năng suất, độ nhạy và độ đặc hiệu tăng lên đến 5 lần độ trung thực cao hơn. Hỗn hợp này phù hợp với các khuôn mẫu lên đến 5 kb, có sự hình thành dimer mồi giảm và có thể được nạp trực tiếp vào gel sau PCR. Ngoài ra, nó tương thích với trình tự Illumina và khách hàng báo cáo khả năng ghép kênh 52 lần.
Bạn cũng có thể sử dụng DNA Polymerase HOT TERMIPol® cho PCR điểm cuối. Nó kết hợp hiệu quả các nucleotide không thông thường và có thể được sử dụng để phát hiện SNP, xét nghiệm mở rộng mồi, mảng khối, giải trình tự sanger, MALDI-TOF, mảng vi mô và gắn nhãn DNA.
