Công nghệ ADN mở ra hy vọng xác định danh tính liệt sĩ sau nhiều thập kỷ

Trong những ngày nước rút của chiến dịch "Chiến dịch 500 ngày đêm đẩy mạnh thực hiện tìm kiếm, quy tập và xác định danh tính hài cốt liệt sĩ", Trung tâm Giám định ADN, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đang chạy đua với thời gian. Theo kế hoạch, trong chiến dịch cao điểm 500 ngày đêm, Trung tâm Giám định ADN sẽ thực hiện giám định 6.623 mẫu hài cốt liệt sĩ còn lưu giữ tại đơn vị.

Với các cán bộ Trung tâm Giám định ADN, mỗi mảnh xương hay chiếc răng không chỉ là một mẫu vật, mà là dấu tích của một người lính cùng niềm mong mỏi kéo dài hàng chục năm của biết bao gia đình.

Trước đây, Trung tâm Giám định ADN chủ yếu sử dụng phương pháp phân tích ADN ty thể. Dù đạt nhiều kết quả quan trọng, phương pháp này gặp nhiều hạn chế với các mẫu hài cốt đã chôn cất hàng chục năm. Giai đoạn 2019-2021, Trung tâm giám định 4.276 mẫu nhưng chỉ 1.205 mẫu thu được dữ liệu đủ điều kiện đối sánh và xác định được danh tính 9 liệt sĩ.

Trung tâm Giám định ADN đang áp dụng đồng thời các công nghệ giám định ADN tiên tiến, phù hợp với đặc thù mẫu hài cốt liệt sĩ đã chôn cất trong thời gian dài và bị phân hủy nặng.

TS. Trần Trung Thành là Giám đốc Trung tâm Giám định ADN thuộc Viện Sinh học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) chia sẻ, hiện nay, Trung tâm đang áp dụng đồng thời các công nghệ giám định ADN tiên tiến, phù hợp với đặc thù mẫu hài cốt liệt sĩ đã chôn cất trong thời gian dài và bị phân hủy nặng.

Trong đó, các kỹ thuật chủ yếu gồm phân tích ADN ty thể (mtDNA) và công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới (Next Generation Sequencing - NGS) trên hệ gen nhân để thu nhận thông tin di truyền từ những mẫu có lượng ADN rất ít hoặc bị phân mảnh nghiêm trọng.

"So với trước đây, công nghệ giám định ADN đã có nhiều bước tiến quan trọng. Độ nhạy và độ chính xác được nâng cao, giúp thu được nhiều thông tin di truyền hơn từ các mẫu xương, răng đã xuống cấp sau nhiều thập kỷ", TS Trần Trung Thành cho biết.

Các quy trình tách chiết, làm giàu và phân tích ADN cũng được tối ưu, góp phần giảm nguy cơ nhiễm mẫu, tăng tỷ lệ thành công trong giám định và rút ngắn thời gian xử lý. Độ nhạy và độ chính xác được nâng cao, giúp thu được nhiều thông tin di truyền hơn từ các mẫu xương, răng đã xuống cấp sau nhiều thập kỷ. Các quy trình tách chiết, làm giàu và phân tích ADN cũng được tối ưu, góp phần giảm nguy cơ nhiễm mẫu, tăng tỷ lệ thành công trong giám định và rút ngắn thời gian xử lý.

Đặc biệt, việc ứng dụng công nghệ giải trình tự thế hệ mới cùng với các phần mềm phân tích sinh tin học hiện đại đã mở rộng khả năng giải mã những mẫu trước đây rất khó hoặc không thể phân tích bằng các phương pháp truyền thống.

Việc ứng dụng công nghệ giải trình tự thế hệ mới cùng với các phần mềm phân tích sinh tin học hiện đại đã mở rộng khả năng giải mã những mẫu trước đây rất khó hoặc không thể phân tích bằng các phương pháp truyền thống.

TS Trần Trung Thành chia sẻ, khó khăn lớn nhất là sự phân hủy tự nhiên của ADN theo thời gian. Sau hàng chục năm, dưới tác động của nhiệt độ, độ ẩm, vi sinh vật, độ pH của đất và các yếu tố hóa học trong môi trường, ADN trong xương và răng bị phân hủy nghiêm trọng, đứt gãy thành các đoạn rất ngắn và chỉ còn tồn tại với hàm lượng rất thấp. Điều này khiến việc tách chiết, thu nhận và phân tích thông tin di truyền trở nên phức tạp hơn rất nhiều, đòi hỏi phải áp dụng các công nghệ có độ nhạy cao cùng quy trình xử lý chuyên biệt.

Ngoài ra, nhiều hài cốt đã trải qua nhiều lần quy tập hoặc bảo quản trong điều kiện chưa tối ưu nên nguy cơ nhiễm ADN ngoại lai cũng tăng lên. Một số mẫu còn chịu ảnh hưởng của bom đạn, cháy nổ hoặc môi trường axit, làm tổn thương cấu trúc xương và giảm đáng kể lượng ADN nội sinh.

"Thực tế, không phải tất cả các mẫu hài cốt đều còn đủ vật liệu di truyền để phân tích. Đây là giới hạn khách quan của khoa học mà dù công nghệ hiện đại đến đâu cũng khó có thể vượt qua hoàn toàn", TS Trần Trung Thành chia sẻ.

Nhiều giải pháp kỹ thuật để "cứu" những mẫu ADN khó

Công nghệ NGS-SNP không chỉ là việc đưa mẫu vào máy giải trình tự rồi đọc kết quả. Với những di cốt đã bị vi sinh vật, nhiệt độ, độ ẩm và thời gian tàn phá hàng chục năm, dữ liệu ADN thu được là một khối dữ liệu thông tin rất lớn, bị nhiễu, lẫn ADN của vi khuẩn, nấm mốc, ADN ngoại lai từ môi trường đất, cùng vô số đoạn ADN người bị đứt gãy, đọc sai, trùng lặp… Nếu xử lí thủ công, gần như không thể tách bạch được đâu là tín hiệu di truyền của liệt sĩ.

Tổ chức lấy mẫu sinh phẩm hài cốt liệt sĩ chưa xác định được thông tin tại nghĩa trang liệt sĩ Giồng Riềng, tỉnh An Giang.

Việc xác định gene di cốt phải sử dụng các phần mềm chuyên dụng, thuật toán khoa học và các mô hình phân loại đóng vai trò như một bộ lọc thông minh, hoạt động nhiều tầng. Trước hết là lọc nguồn gốc sinh học qua đối chiếu hàng triệu đoạn đọc với hệ gene tham chiếu để loại bỏ tạp nhiễm từ vi sinh vật và môi trường. Tiếp đến là hiệu chỉnh lỗi giải trình tự và ghép nối các đoạn ADN ngắn, vốn chỉ dài 50-70 cặp bazơ, thành các đoạn có ý nghĩa sinh học đủ để đọc được chỉ thị SNP. Sau đó là bước gọi kiểu gene (genotype calling) theo xác suất thống kê, giúp phân biệt một biến thể di truyền thật với một lỗi kỹ thuật ngẫu nhiên, điều đặc biệt quan trọng khi lượng ADN đầu vào rất thấp và từng có nguy cơ gây kết luận sai.

Cuối cùng, phần mềm phân tích quan hệ huyết thống mà Viện Sinh học đã tiếp nhận, làm chủ và tinh chỉnh cho phù hợp với cấu trúc gia đình Việt Nam sẽ tính toán xác suất quan hệ huyết thống dựa trên hàng nghìn chỉ thị SNP, cho phép truy nguyên quan hệ không chỉ giữa cha mẹ - con mà còn mở rộng tới ông bà, cháu, chắt hoặc họ hàng xa, tới thế hệ thứ ba, thứ tư.

Đối với những mẫu hài cốt bị phân hủy nặng hoặc ADN suy giảm nghiêm trọng, các nhà khoa học phải kết hợp nhiều giải pháp kỹ thuật để tối đa hóa khả năng thu nhận thông tin di truyền. Trước hết là lựa chọn phần xương hoặc răng còn bảo tồn tốt, ưu tiên các vị trí có khả năng lưu giữ ADN cao như phần xương đặc hoặc chân răng.

Theo đó, quy trình tách chiết ADN được tối ưu nhằm thu hồi tối đa lượng ADN còn sót lại, đồng thời loại bỏ các chất ức chế có thể ảnh hưởng đến quá trình phân tích. Với những mẫu có ADN bị đứt gãy thành các đoạn rất ngắn, các kỹ thuật phân tích chuyên biệt cùng công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới (NGS) được áp dụng để tăng khả năng đọc và phục hồi thông tin di truyền mà các phương pháp truyền thống khó thực hiện.

Ngoài các giải pháp về công nghệ, quy trình kiểm soát chất lượng được thực hiện rất nghiêm ngặt để phòng ngừa nhiễm ADN ngoại lai. Kết quả giám định cũng được đánh giá bằng các phương pháp thống kê và đối chiếu với thông tin thân nhân, hồ sơ liệt sĩ nhằm bảo đảm độ chính xác và độ tin cậy cao nhất trước khi đưa ra kết luận.

Dù thực hiện thận trọng, công nghệ hiện đại, trình độ nhân lực cao nhưng tỷ lệ thành công phụ thuộc rất lớn vào chất lượng mẫu và nguồn mẫu đối chứng của thân nhân nên không có một con số cố định áp dụng cho tất cả các trường hợp.

Mỗi kết quả giám định là sự trở về của một người lính.

"Trong thực tế, với các mẫu được bảo tồn tương đối tốt và có đầy đủ thân nhân trực hệ để đối sánh, khả năng xác định danh tính có thể đạt mức khá cao. Ngược lại, với các mẫu đã phân hủy nghiêm trọng hoặc thiếu thân nhân phù hợp thì tỷ lệ thành công giảm đáng kể", TS Trần Trung Thành chia sẻ.

Việc đối sánh được thực hiện trên cơ sở phân tích các chỉ thị di truyền phù hợp với từng mối quan hệ huyết thống. Nếu còn cha, mẹ hoặc con của liệt sĩ thì đây là nguồn mẫu có giá trị cao nhất. Trong trường hợp này, việc đối sánh ADN nhân sẽ cho xác suất xác định rất cao.

"Nếu thân nhân trực hệ không còn, chúng tôi có thể sử dụng mẫu của anh chị em ruột, cháu, họ hàng bên ngoại thông qua ADN ty thể hoặc họ hàng nam cùng dòng nội thông qua công nghệ giám định giải trình tự thế hệ mới NGS SNP", lãnh đạo Trung tâm Giám định ADN nói.

Mỗi kết quả giám định là sự trở về của một người lính

TS Trần Trung Thành cho biết, theo kế hoạch, Trung tâm đặt mục tiêu từng bước nâng cao năng lực để thực hiện giám định hàng nghìn mẫu hài cốt liệt sĩ mỗi năm, góp phần đẩy nhanh tiến độ xác định danh tính các liệt sĩ còn thiếu thông tin theo chủ trương của Đảng và Nhà nước.

Các nhà khoa học Trung tâm Giám định ADN vẫn ngày đêm miệt mài giám định hài cốt liệt sĩ.

Công suất thiết kế của Trung tâm được đầu tư có thể thực hiện giám định 4000 mẫu/ năm với phương pháp giám định ADN trên hệ gen ty thể và với hệ thống máy móc mới được đầu tư theo công nghệ giải trình tự thế hệ mới NGS SNP cho phép giám định khoảng 1500-2000 mẫu/ năm phân tích trên hệ gen nhân

Thực tế, trong những năm qua đã có nhiều trường hợp hài cốt liệt sĩ được xác định danh tính thành công nhờ giám định ADN sau hàng chục năm chưa xác định được thông tin. Mỗi trường hợp đều là kết quả của sự phối hợp chặt chẽ giữa công tác quy tập, thu thập thông tin, lấy mẫu thân nhân và ứng dụng các công nghệ giám định ADN hiện đại.

Đối với gia đình liệt sĩ, việc xác định được danh tính người thân sau nhiều năm chờ đợi có ý nghĩa vô cùng to lớn. Đó không chỉ là lời giải cho những trăn trở, mong mỏi kéo dài qua nhiều thế hệ, mà còn giúp gia đình có điều kiện đón liệt sĩ trở về quê hương hoặc chăm lo phần mộ đúng với danh tính của người đã hy sinh.

Tuy nhiên trên thực tế, vẫn có những trường hợp sau nhiều lần giám định chưa thể xác định được danh tính. Nguyên nhân chủ yếu là do ADN trong mẫu hài cốt đã bị phân hủy quá nghiêm trọng, không thu được đủ thông tin di truyền để phân tích. Với các trường hợp mẫu xấu đã thực hiện nhiều lần giám định theo các phương pháp tối ưu nhất vẫn không thể thực hiện được sẽ được hoàn mẫu theo đúng quy định.

Từ các mẫu ADN liệt sĩ thu thập được, các nhà khoa học sẽ đưa vào ngân hàng dữ liệu ADN của thân nhân liệt sĩ. Cơ sở dữ liệu ADN của thân nhân liệt sĩ có vai trò đặc biệt quan trọng, bởi đây là nền tảng để đối chiếu, xác minh và xác định danh tính hài cốt liệt sĩ. Dù công nghệ giám định hiện đại đến đâu, việc xác định danh tính vẫn cần có mẫu đối chứng phù hợp từ thân nhân để đánh giá mối quan hệ huyết thống với độ tin cậy khoa học.

Vẫn còn hàng nghìn hài cốt liệt sĩ chưa xác định được danh tính.

"Hiện nay việc lấy mẫu thân nhân và giám định các mâu thân nhân đang được Bộ Công An thực hiện đồng bộ và quyết liệt. Chúng tôi rất tin tưởng và kỳ vọng nhiệm vụ này sẽ được thực hiện một cách tốt nhất", TS Trần Trung Thành nói.

Tuy vậy các chuyên gia cũng cho rằng thách thức vẫn còn rất lớn khi ước tính còn khoảng 200.000-300.000 mẫu hài cốt cần giám định, trong khi năng lực hiện nay mới đáp ứng khoảng 1.000-2.000 mẫu mỗi năm. Để rút ngắn hành trình tri ân, cần tiếp tục đầu tư đồng bộ về công nghệ, trang thiết bị và nhân lực, đồng thời mở rộng năng lực giám định thông qua hợp tác quốc tế và chuyển giao công nghệ.

Công nghệ NGS cho phép phân tích đồng thời nhiều chỉ thị di truyền với độ nhạy và độ phân giải cao, góp phần nâng cao tỷ lệ thu nhận dữ liệu từ các mẫu hài cốt lâu năm. Đây là xu hướng của công tác giám định trên thế giới đặc biệt đối với các mẫu khó và hiện nay với các kết quả thu được rất khả quan.

"Chúng tôi rất tin tưởng và kỳ vọng công nghệ giải trình tự thế hệ mới NGS SNP sẽ là công nghệ giám định ADN phù hợp với đặc điểm và điều kiện của các mẫu hài cốt liệt sĩ tại Việt Nam", TS Trần Trung Thành nhận định.