Giải trình tự gen: nên chọn Sanger hay NGS?

Giải trình tự gen Sanger và NGS là hai phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay, mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng.

1. Giải trình tự Sanger

Phương pháp giải trình tự gen Sanger (hay còn gọi là phương pháp dideoxy) là một phương pháp khoa học được sử dụng để xác định trình tự nucleotide của DNA. Phương pháp này được phát triển bởi Frederick Sanger và đồng nghiệp của ông vào những năm 1970 và đã trở thành một trong những công cụ quan trọng nhất trong nghiên cứu gene học.

Phương pháp này được đặc trưng bởi việc sử dụng dideoxynucleotide (ddNTPs) để dừng lại quá trình sao chép trong quá trình tổng hợp chuỗi. Sự dừng lại này sẽ tạo ra các chuỗi đoạn DNA ngắn với độ dài khác nhau, từ đó có thể xác định được trình tự nucleotide của chuỗi DNA gốc.

Phương pháp Sanger bắt đầu với việc sao chép chuỗi DNA mẫu bằng cách sử dụng phản ứng PCR. Trong quá trình PCR, một chuỗi ngắn của các đoạn DNA được tạo ra từ DNA mẫu. Các đoạn DNA này được sao chép bằng cách sử dụng một mẫu chuỗi DNA đối với việc tổng hợp chuỗi. Trong quá trình tổng hợp chuỗi, các ddNTPs được thêm vào chuỗi DNA để dừng lại quá trình sao chép tại những vị trí cụ thể. Khi ddNTPs được thêm vào chuỗi DNA, quá trình tổng hợp chuỗi sẽ dừng lại tại vị trí của ddNTPs và tạo ra một chuỗi đoạn DNA ngắn.

Các ddNTPs được đánh dấu với các fluorophore khác nhau để phân biệt chúng với các nucleotide thông thường. Sau khi các chuỗi đoạn DNA được tạo ra, chúng được phân tích bằng cách sử dụng kỹ thuật điện di. Kỹ thuật này cho phép các đoạn DNA được phân tách và phân biệt dựa trên độ dài và màu sắc của fluorophore. Các dữ liệu được thu thập và phân tích để xác định trình tự của chuỗi.

2. Giải trình tự NGS

Phương pháp giải trình tự NGS (Next Generation Sequencing) là một công nghệ giải trình tự mới được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu gene học và y học. Phương pháp này được đặc trưng bởi khả năng đồng thời giải trình tự hàng triệu phân tử DNA hoặc RNA cùng một lúc, từ đó cung cấp thông tin đầy đủ về trình tự gen của hệ gen.

Nguyên lý của phương pháp giải trình tự NGS bắt đầu bằng việc cắt các chuỗi DNA hoặc RNA thành đoạn ngắn bằng các enzyme cắt giới hạn hoặc RNAse. Sau đó, các mảnh này được chèn vào các vectơ để tạo thành các thư viện DNA hoặc cDNA.

Các thư viện này được sao chép hàng triệu lần bằng phương pháp PCR để tạo ra các vật liệu sao chép. Các vật liệu sao chép này được đưa vào máy giải trình tự NGS để tiến hành giải trình tự.

Trong quá trình giải trình tự, các vật liệu sao chép được đưa vào các thiết bị giải trình tự NGS, trong đó các phân tử cơ sở nucleotide được đưa vào từng vị trí trên chuỗi DNA hoặc RNA. Mỗi mẫu cơ sở nucleotide được đọc bởi máy đọc, và sau đó phần mềm sẽ tự động tìm kiếm và ghép nối các chuỗi để tạo thành trình tự hoàn chỉnh của gen.

Tổng thời gian để giải trình tự một mẫu còn phụ thuộc vào số lượng vật liệu sao chép được tạo ra và thiết bị giải trình tự NGS được sử dụng. Tuy nhiên, phương pháp giải trình tự NGS cung cấp một cách tiếp cận hiệu quả và nhanh chóng để giải trình tự gen, từ đó giúp định hình được cấu trúc và chức năng của chúng.

3. So sánh hai phương pháp

Phương pháp giải trình tự Sanger và giải trình tự NGS là hai công nghệ quan trọng trong nghiên cứu gene học. Dưới đây là một số điểm khác nhau giữa hai phương pháp này:

• Khả năng đồng thời giải trình tự: Phương pháp Sanger chỉ có thể giải trình tự một mẫu tại một thời điểm, trong khi phương pháp NGS có thể đồng thời giải trình tự hàng triệu mẫu cùng một lúc. Điều này giúp phương pháp NGS tiết kiệm thời gian và chi phí hơn.
• Chi phí và thời gian: Phương pháp Sanger có chi phí đắt đỏ hơn và thời gian giải trình tự lâu hơn so với phương pháp NGS.
• Độ chính xác: Phương pháp Sanger có độ chính xác cao hơn so với phương pháp NGS, đặc biệt là khi giải trình tự những vùng gen có độ phức tạp cao hoặc có các đoạn trùng lặp. Tuy nhiên, phương pháp NGS đang được phát triển để cải tiến độ chính xác thông qua các thuật toán phân tích dữ liệu.
• Ứng dụng: Phương pháp Sanger thường được sử dụng để xác định trình tự gen cụ thể hoặc để phát hiện các biến đổi gen, trong khi phương pháp NGS được sử dụng để giải trình tự toàn bộ genome của một loài.
• Số lượng dữ liệu: Phương pháp Sanger chỉ tạo ra một lượng dữ liệu nhỏ, trong khi phương pháp NGS tạo ra rất nhiều dữ liệu. Điều này đòi hỏi sự phức tạp trong việc xử lý dữ liệu và phân tích, nhưng cũng cho phép các nhà khoa học có được cái nhìn toàn diện về trình tự gen hoặc transkriptom của một loài.

Tóm lại, phương pháp Sanger và phương pháp NGS đều có ưu điểm và hạn chế riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu và ngân sách của từng nghiên cứu.