Giải mã “Bản đồ sự sống”: Thành tựu đột phá trong nghiên cứu gen người bệnh và đa dạng sinh học tại Việt Nam
Sự phát triển của công nghệ giải trình tự gen đã mở ra cơ hội tiếp cận nguyên nhân bệnh tật ở cấp độ phân tử, song việc ứng dụng vào thực tiễn tại Việt Nam vẫn gặp nhiều thách thức do thiếu dữ liệu hệ gen đặc trưng của người Việt. Đối với các bệnh hiếm và bệnh mạn tính như suy giảm miễn dịch bẩm sinh, rối loạn cơ xương, rối loạn nội tiết hay một số bệnh ung thư, nhiều trường hợp vẫn khó xác định chính xác nguyên nhân di truyền, khiến việc chẩn đoán, tiên lượng và lựa chọn phương pháp điều trị còn gặp nhiều hạn chế. Trong khi đó, phần lớn CSDL gen hiện nay được xây dựng trên quần thể người ở các nước trên thế giới nên chưa phản ánh đầy đủ đặc điểm di truyền của người Việt Nam.
Không chỉ trong lĩnh vực y học, nhu cầu xây dựng dữ liệu hệ gen cũng trở nên cấp thiết đối với công tác bảo tồn đa dạng sinh học. Việt Nam là một trong những quốc gia có mức độ đa dạng sinh học cao trên thế giới với nhiều loài đặc hữu, quý hiếm và có giá trị khoa học, kinh tế. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu, suy giảm sinh cảnh và khai thác quá mức đang làm gia tăng nguy cơ suy giảm quần thể của nhiều loài. Trong khi đó, dữ liệu hệ gen và quan hệ di truyền của nhiều loài sinh vật vẫn còn thiếu, gây khó khăn cho việc định danh, đánh giá tiến hóa, bảo tồn nguồn gen cũng như khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên sinh học phục vụ phát triển bền vững.
Trước yêu cầu xây dựng nguồn dữ liệu hệ gen phục vụ cả chăm sóc sức khỏe con người và nghiên cứu đa dạng sinh học, việc làm chủ công nghệ giải trình tự gen và phát triển các CSDL đặc trưng của Việt Nam trở thành nhiệm vụ có ý nghĩa chiến lược.
Từ định hướng đó, đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam: “Phát triển nhóm nghiên cứu xuất sắc hạng I về nghiên cứu đột biến gen của một số bệnh trên người và giải mã hệ gen sinh vật có giá trị phục vụ xây dựng cơ sở dữ liệu gen của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam” (mã số: NCXS.01.03/23-25) được triển khai bởi nhóm nghiên cứu của GS.TS. Nguyễn Huy Hoàng - Viện Sinh học. Với cách tiếp cận liên ngành, các nhà khoa học tập trung nghiên cứu đột biến gen trên một số nhóm bệnh ở người, đồng thời giải mã hệ gen của các loài sinh vật có giá trị nhằm từng bước hình thành nguồn dữ liệu gen phục vụ nghiên cứu cơ bản, phát triển các ứng dụng trong y học và bảo tồn đa dạng sinh học.
GS.TS. Nguyễn Huy Hoàng tại phòng thí nghiệm. Ảnh: Minh Đức
Từ nền tảng CSDL hệ gen người và sinh vật Việt Nam
Trong giai đoạn 2023 - 2025, nhóm nghiên cứu đã xây dựng nguồn dữ liệu hệ gen của người bệnh và sinh vật, tạo tiền đề cho việc hình thành CSDL gen phục vụ nghiên cứu và ứng dụng lâu dài.
Ở lĩnh vực y sinh học, nhóm đã thu thập mẫu, ứng dụng kỹ thuật giải trình tự toàn bộ vùng mã hóa (Whole Exome Sequencing - WES) hay phần chứa hầu hết các gen tạo protein của cơ thể và xây dựng CSDL giải trình tự trên bệnh nhân mắc nhiều nhóm bệnh hiếm và bệnh mạn tính, bao gồm suy giảm miễn dịch bẩm sinh, bệnh vảy cá Harlequin, loạn dưỡng cơ, loạn dưỡng cơ đai chi, loạn sản cột sống type 4, rối loạn cơ tim, còi xương phụ thuộc vitamin D và suy tuyến yên.
Theo GS.TS. Nguyễn Huy Hoàng: Đây là một trong những bộ dữ liệu có giá trị tham chiếu đầu tiên được xây dựng trên chính bệnh nhân người Việt, tạo cơ sở để nghiên cứu sâu hơn về nguyên nhân di truyền của các bệnh hiếm cũng như hỗ trợ chẩn đoán trong thực hành lâm sàng. Bộ dữ liệu mới này được kỳ vọng sẽ là nền tảng để các bác sĩ và nhà khoa học có thêm cơ sở tham chiếu trong chẩn đoán, tiên lượng và định hướng điều trị, góp phần thúc đẩy sự phát triển của y học chính xác tại Việt Nam.
Từ CSDL này, nhóm đã xác định được nhiều đột biến gen liên quan đến các bệnh hiếm gặp, như suy giảm miễn dịch, bệnh vảy cá Harlequin, loạn dưỡng cơ đai chi, loạn sản cột sống type 4, còi xương phụ thuộc vitamin D, suy tuyến yên và một số bệnh cơ tim di truyền. Đặc biệt, nhóm đã phát hiện một biến thể mới trên gen ABCA12 chưa từng được ghi nhận trước đây. Kết quả này giúp làm rõ nguyên nhân gây bệnh vảy cá Harlequin ở trẻ sơ sinh và bổ sung thêm dữ liệu có giá trị cho nghiên cứu di truyền học trên thế giới. Đối với bệnh còi xương phụ thuộc vitamin D, nhóm nghiên cứu đã xác định được các biến thể trên gen CYP27B1 dẫn đến kiểu hình thấp còi và các bất thường về xương ở các bệnh nhân.
Hình ảnh những bất thường về xương trên phim X quang
Vị trí của các đột biến xác định được trên gen CYP27B1 và số bệnh nhân mang đột biến
Ngoài ra, nhóm còn mở rộng nghiên cứu sang các bệnh ung thư, lĩnh vực đang có xu hướng ứng dụng mạnh mẽ các dữ liệu di truyền trong chẩn đoán và điều trị cá thể hóa. Trên 58 bệnh nhân ung thư biểu mô tế bào gan, các nhà nghiên cứu đã chứng minh SUMO2 - một gen có vai trò cân bằng chức năng nội môi mạch máu - hoạt động mạnh hơn ở mô ung thư so với mô bình thường. Kết quả cũng cho thấy, gen này có liên quan đến cơ chế thúc đẩy sự phát triển và lan rộng của tế bào ung thư thông qua con đường tín hiệu NF-κB, hệ thống kiểm soát nhiều hoạt động quan trọng của tế bào như phản ứng viêm, miễn dịch và sự sống còn của tế bào. Phát hiện này mở ra triển vọng sử dụng SUMO2 như một dấu ấn sinh học, góp phần hỗ trợ phát hiện sớm, theo dõi tiến triển và định hướng điều trị ung thư gan trong tương lai. Đối với ung thư tuyến tiền liệt, ung thư đại trực tràng và bệnh bạch cầu lympho cấp, nhóm đã xác định nhiều biến thể trên các gen liên quan đến nguy cơ mắc bệnh. Một số biến thể làm tăng nguy cơ ung thư, trong khi một số khác có thể đóng vai trò bảo vệ. Trên cơ sở đó, nhóm đã xây dựng CSDL về các biến thể gen liên quan đến nhiều nhóm ung thư.
Trong lĩnh vực sinh vật biển, nhóm tập trung nghiên cứu các loài rong biển và cỏ biển - nguồn tài nguyên có giá trị đối với thực phẩm, dược phẩm, nuôi trồng thủy sản và bảo tồn hệ sinh thái biển. Thông qua việc phân tích đặc điểm và dữ liệu di truyền của các loài, nhóm đã xây dựng CSDL phục vụ nhận diện chính xác nguồn gen sinh vật biển ở Việt Nam.
Cỏ Vích (Thalassia hemprichii (Ehrenberg) Ascherson, 1871). Chụp tại Lý Sơn
Ở nhóm động vật có giá trị và nguy cơ tuyệt chủng, nghiên cứu đã mở rộng phân tích trên nhiều nhóm thú, bò sát và lưỡng cư như chuột chũi, chuột chù, cá cóc, thạch sùng mí, nhông ô rô vảy, ếch cây và nhái bầu. Nhóm không chỉ phân tích hình thái, âm sinh học, giải trình tự hệ gen ty thể của một số loài mà còn phân tích các gen liên quan để đánh giá quan hệ di truyền, đồng thời xây dựng các giả thuyết về lịch sử tiến hóa của nhiều nhóm loài trong mối liên hệ với quá trình kiến tạo địa chất và biến đổi khí hậu ở Việt Nam.
Cây phát sinh chủng loài và thang thời gian tiến hóa của các loài Euroscaptor hiện sinh ở Việt Nam dựa trên dữ liệu ghép nối giữa gene nhân và gene ty thể (Các thanh ngang tại mỗi nút biểu thị khoảng tin cậy hậu nghiệm 95% của tuổi các nhánh. Thang đo phía dưới biểu thị thời gian tính bằng triệu năm trước)
Đến những giá trị lâu dài cho khoa học và thực tiễn
Trong khuôn khổ nghiên cứu, các nhà khoa học đã xây dựng thành công hệ thống CSDL có khả năng ứng dụng trong cả y học và nghiên cứu đa dạng sinh học.
Đối với lĩnh vực y sinh, CSDL trình tự hệ gen mã hóa, các đột biến và đa hình gen liên quan đến nhiều nhóm bệnh hiếm, bệnh mạn tính và ung thư trở thành nguồn dữ liệu tham chiếu quan trọng, hỗ trợ các bác sĩ trong chẩn đoán, tư vấn di truyền, tiên lượng bệnh và mở ra cơ hội phát triển các phương pháp điều trị theo hướng cá thể hóa.
Trong khi đó, dữ liệu hệ gen của rong biển, cỏ biển và nhiều loài động vật quý hiếm góp phần nâng cao độ chính xác trong định danh loài, nghiên cứu quan hệ tiến hóa giữa các loài và cung cấp cơ sở khoa học cho công tác bảo tồn, quản lý và khai thác bền vững nguồn tài nguyên sinh học. Đặc biệt, CSDL di truyền và phân loại của các loài thú, bò sát, lưỡng cư quý hiếm là căn cứ khoa học để định danh chính xác, phát hiện loài mới, cập nhật khu hệ động vật và hỗ trợ đánh giá mức độ nguy cấp phục vụ Danh lục đỏ IUCN, Sách Đỏ Việt Nam cũng như quản lý các loài thuộc Công ước CITES. Thực tiễn cho thấy các nghiên cứu về thành phần nọc rắn và hiệu quả của huyết thanh kháng nọc đặc thù theo vùng góp phần nâng cao hiệu quả điều trị rắn cắn - vấn đề sức khỏe cộng đồng còn bị lãng quên ở nhiều vùng nông thôn.
Đáng chú ý, thay vì những nghiên cứu đơn lẻ trước đây chỉ tập trung vào từng nhóm đối tượng, đề tài đã hình thành hệ thống dữ liệu gen được xây dựng theo hướng đồng bộ và có khả năng cập nhật, mở rộng. Đây không chỉ là nguồn dữ liệu phục vụ trực tiếp cho các nghiên cứu hiện nay mà còn tạo nền tảng để phát triển CSDL gen của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, góp phần nâng cao năng lực nghiên cứu hệ gen của Việt Nam trong bối cảnh y học chính xác và công nghệ sinh học đang phát triển mạnh trên thế giới.
Chia sẻ về thành tựu của nghiên cứu, GS.TS. Nguyễn Huy Hoàng cho biết: Trong quá trình triển khai, nhóm đã làm chủ nhiều kỹ thuật giải trình tự gen và phân tích tin sinh học hiện đại, đồng thời hình thành môi trường nghiên cứu liên ngành, kết nối các chuyên gia trong lĩnh vực di truyền học, sinh học phân tử, tin sinh học và đa dạng sinh học. Nhiệm vụ cũng đào tạo thành công 3 tiến sĩ, góp phần hiện thực hóa mục tiêu phát triển nhóm nghiên cứu xuất sắc của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Năng lực nghiên cứu của nhóm cũng được khẳng định thông qua hệ thống công bố quốc tế với 15 bài báo trên các tạp chí SCIE/Scopus, phần lớn thuộc nhóm Q1 và Q2 cùng nhiều công bố trên các tạp chí chuyên ngành uy tín.
Đánh giá kết quả thực hiện đề tài, Chủ tịch Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến nhận định: Đây là công trình có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Nhóm tác giả đã thực hiện khối lượng công việc rất lớn, đồng thời tạo ra nhiều sản phẩm vượt chỉ tiêu đăng ký. Đặc biệt, việc xây dựng được CSDL về gen người và hệ gen của các loài sinh vật có giá trị được xem là đóng góp quan trọng, tạo nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực y sinh học và đa dạng sinh học.
PGS.TS. Nguyễn Quang Huy, thành viên của Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đánh giá: Đề tài đã tạo dựng được môi trường làm việc cho nhóm nghiên cứu mạnh, phát triển các hướng nghiên cứu hiện đại. Hội đồng cũng thống nhất cho rằng nhiệm vụ đã hoàn thành xuất sắc mục tiêu phát triển năng lực nghiên cứu, tạo tiền đề để nhóm tiếp tục phát triển bền vững và vươn tới các nghiên cứu có tầm ảnh hưởng trong thời gian tới.
Từ thành tựu nghiên cứu, nhóm sẽ tiếp tục mở rộng phạm vi giải trình tự trên nhiều nhóm bệnh và các loài sinh vật đặc hữu của Việt Nam, đồng thời bổ sung, cập nhật và hoàn thiện CSDL hệ gen nhằm phục vụ hiệu quả hơn cho nghiên cứu khoa học, chăm sóc sức khỏe cộng đồng và bảo tồn đa dạng sinh học. Đây cũng là bước đi quan trọng hướng tới xây dựng hệ sinh thái dữ liệu hệ gen mang đặc trưng của Việt Nam, góp phần thúc đẩy sự phát triển của y học chính xác và khoa học sự sống trong giai đoạn mới.
Tin: Vân Nga - Chu Ngân, Trung tâm Dữ liệu và Thông tin khoa học
