Các nhà khoa học giải mã được bí ẩn về nhiễm sắc thể Y

Nỗ lực đầu tiên nhằm xác định các khối xây dựng nên mã di truyền của chúng ta đã diễn ra cách đây 20 năm, nhưng vẫn còn những khoảng trống đáng kể trong trình tự của tất cả 23 cặp nhiễm sắc thể ở người. Những khoảng trống đó phần lớn đã được lấp đầy vào năm ngoái bởi một nhóm quốc tế gồm 100 nhà khoa học có tên là Hiệp hội Telomere-to-Telomere (T2T).

Tuy nhiên, hơn một nửa trình tự trong nhiễm sắc thể Y, nhiễm sắc thể nhỏ nhất và phức tạp nhất trong số 46 nhiễm sắc thể ở người, vẫn chưa được biết đến. Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu đã tìm được thông tin còn thiếu, qua đó công bố trình tự nhiễm sắc thể Y hoàn chỉnh vào ngày 23-8 trên tạp chí Nature.

Monika Cechova, đồng tác giả chính của bài báo và là học giả sau tiến sĩ về kỹ thuật phân tử sinh học tại Đại học California, Santa Cruz, cho biết: “Chỉ vài năm trước, một nửa nhiễm sắc thể Y của con người chưa được hiểu biết đầy đủ. Hồi đó chúng tôi thậm chí còn không biết liệu nó có thể được giải trình tự hay không, điều đó thật khó hiểu. Đây thực sự là một sự thay đổi lớn về những gì có thể xảy ra”.

Những gì nhiễm sắc thể Y có thể tiết lộ

Con người thường có một cặp nhiễm sắc thể giới tính trong mỗi tế bào. Những người được chỉ định là nam khi sinh ra có nhiễm sắc thể X và Y, trong khi những người được chỉ định là nữ khi sinh ra có hai nhiễm sắc thể X.

Thông tin chi tiết hơn được cung cấp bởi trình tự tham chiếu nhiễm sắc thể Y mới được công bố sẽ giúp nghiên cứu các tình trạng và rối loạn liên quan đến nhiễm sắc thể dễ dàng hơn, chẳng hạn như việc cơ thể thiếu sản xuất tinh trùng dẫn đến vô sinh.

Nghiên cứu gần đây cho thấy nhiễm sắc thể Y cũng rất quan trọng đối với sức khỏe và tuổi thọ, Kenneth Walsh - giáo sư hóa sinh và di truyền phân tử tại Trường Y thuộc Đại học Virginia, người không tham gia vào nghiên cứu mới, cho biết.

Walsh cho biết qua email: “Các gen đã được xác định trên nhiễm sắc thể Y được chứng minh là cần thiết để ngăn ngừa ung thư và bệnh tim mạch”.

Con người thường có nhiễm sắc thể X và Y trong tế bào

Ông nói thêm: “Nhiễm sắc thể Y đại diện cho ‘vật chất tối’ của bộ gen. Phân tích mới này sẽ cho phép chúng tôi hiểu rõ hơn về các vùng của nhiễm sắc thể Y có chức năng điều hòa và có thể mã hóa mRNA và protein”.

Nhiều người bắt đầu mất nhiễm sắc thể Y ở một số tế bào khi họ già đi, đặc biệt là những tế bào có tốc độ thay đổi nhanh chóng, chẳng hạn như tế bào máu.

Các nhà khoa học chưa bao giờ hiểu đầy đủ lý do tại sao điều này xảy ra và ảnh hưởng của nó đối với sức khỏe con người, mặc dù hiện tượng này đã được liên kết trong hai bài báo khoa học gần đây với mức độ nghiêm trọng ngày càng tăng của bệnh ung thư bàng quang và nguy cơ mắc bệnh tim cao hơn. Việc có một tham chiếu di truyền nhiễm sắc thể Y hoàn chỉnh có thể giúp các nhà khoa học và bác sĩ khám phá thêm về mối liên hệ tiềm năng này.

Walsh cho biết: “Những bài báo này có thể đại diện cho phần nổi của tảng băng trôi trong việc hiểu biết vai trò của nhiễm sắc thể Y đối với các bệnh liên quan đến tuổi tác. Ngoài ra, việc mất nhiễm sắc thể Y có thể một phần là nguyên nhân khiến tuổi thọ của nam giới ngắn hơn. (Đàn ông sống ít hơn phụ nữ ở các quốc gia công nghiệp hóa phương Tây khoảng sáu năm, Walsh nói.)

Ông nhấn mạnh: “Tuy nhiên, người ta vẫn đặt câu hỏi liệu việc mất nhiễm sắc thể Y có phải là dấu hiệu sinh học của quá trình lão hóa sinh học hay việc mất nhiễm sắc thể Y có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của nam giới hay không. Nghiên cứu gần đây cung cấp bằng chứng mạnh mẽ cho thấy tác động này là trực tiếp”.

Nhiễm sắc thể Y lặp đi lặp lại một cách bất thường

Nhiễm sắc thể Y là một loại hạt di truyền đặc biệt khó giải quyết vì nó lặp đi lặp lại một cách bất thường.

Bốn chữ cái hoặc khối xây dựng của DNA - adenine (A), cytosine (C), guanine (G) và thymine (T) - tạo thành các cặp cụ thể liên kết với nhau theo hình xoắn kép. Nhiễm sắc thể là những cấu trúc dạng sợi được tạo thành từ DNA.

Trong khi tất cả các nhiễm sắc thể của con người đều chứa các đoạn lặp lại, hơn 30 triệu chữ cái của nhiễm sắc thể Y - trong số 62,5 triệu - là các chuỗi lặp lại, đôi khi được gọi là DNA vệ tinh hoặc DNA rác. Nhiễm sắc thể Y cũng chứa các palindromes - chuỗi các chữ cái giống nhau về phía trước và phía sau, giống như radar.

“(Nhiễm sắc thể Y) không chỉ nhỏ nhất mà còn phức tạp nhất nên nó có số lượng DNA lặp lại cao nhất, giống như các đoạn DNA được lặp lại nhiều, rất nhiều lần, đôi khi song song và đôi khi chúng có thể được xen kẽ với các trình tự độc đáo” - Cechova nói.

Theo Viện nghiên cứu bộ gen người quốc gia Mỹ, DNA lặp đi lặp lại làm phức tạp mọi thứ vì việc tập hợp dữ liệu từ trình tự gen giống như cố gắng đọc một cuốn sách dài được cắt thành từng dải.

Viện nghiên cứu cho biết: “Nếu tất cả các dòng trong cuốn sách là duy nhất thì việc xác định thứ tự các dòng sẽ dễ dàng hơn. Tuy nhiên, nếu cùng một câu được lặp lại hàng nghìn hoặc hàng triệu lần thì thứ tự ban đầu của các dải sẽ kém rõ ràng hơn nhiều”.

Trong trường hợp của nhiễm sắc thể Y, có vẻ như một vài câu tương tự được lặp lại trong suốt một nửa chiều dài của cuốn sách.

Các nhà nghiên cứu đã có thể đọc được hoàn toàn nhiễm sắc thể Y nhờ công nghệ giải trình tự “đọc dài” mới và các phương pháp tính toán có thể xử lý các chuỗi lặp đi lặp lại và biến đổi dữ liệu thô thành tài nguyên có thể sử dụng được.

Nhiễm sắc thể Y hoàn chỉnh bổ sung hơn 30 triệu cặp bazơ - các trình tự lặp đi lặp lại - vào bộ gen tham chiếu của con người.

Đầu năm nay, các nhà nghiên cứu đã biên soạn một “pangenome” kết hợp DNA của hàng chục người từ hầu hết các châu lục – về cơ bản là cập nhật bộ gen của con người để làm cho nó trở nên công bằng và toàn diện hơn.

Trong nghiên cứu đi kèm được công bố trên cùng một tạp chí vào ngày 23-8, một nhóm các nhà khoa học cộng tác đã tập hợp nhiễm sắc thể Y từ 43 cá thể nam từ 21 quần thể trên thế giới để nắm bắt biến thể di truyền trong nhiễm sắc thể Y.

Charles Lee, tác giả cấp cao của bài báo nghiên cứu đi kèm, đồng thời là giáo sư và giám đốc nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Y học gen Jackson, cho biết: “Nghiên cứu đang nổi lên cho thấy chức năng gen nhiễm sắc thể Y thích hợp là vô cùng quan trọng đối với sức khỏe tổng thể của nam giới”.

“Nghiên cứu của chúng tôi cho phép đưa nhiễm sắc thể Y đầy đủ vào tất cả các nghiên cứu trong tương lai khi giải trình tự bộ gen của nam giới để hiểu về sức khỏe và bệnh tật” – tác giả này nói.

Anh Duy (Theo CNN)