Dự án Bản đồ gen người là gì? Dự án Bản đồ gen người là một dự án nghiên cứu khoa học quốc tế có mục đích chính là xác định trình tự của các cặp cơ sở (base pairs) tạo thành phân tử DNA và xác định khoảng 25.000 gen trong bộ gen của con người. Nguồn gốc ra đời dự án Bản đồ gen người? Ngày 7/3/1986, nhà sinh học Mỹ đoạt giải Nobel là Renato Dulbecco đã đăng một bài viết " Bước ngoặt trong nghiên cứu ung thư từ những phân tích về trình tự bộ gen của con người " trên tạp chí Science. Trong bài viết, ông nhớ lại những năm 70 của thế kỉ XX, nghiên cứu về ung thư có những bước tiến, giúp con người biết được nguyên nhân của bệnh, bao gồm cả ung thư, đều trực tiếp hoặc gián tiếp liên quan đến gen. Kể từ đó, các nhà sinh học đã tách ra một đoạn ADN trong bộ gen của sinh vật và phân tích trình tự sắp xếp cặp base tạo thành đoạn ADN. Trong bài viết, ông chỉ rõ có 2 lựa chọn khi nghiên cứu về bệnh: Một là , nghiên cứu độc lập về các gen quan tâm Hai là, mọi người cùng nghiên cứu và phân tích toàn bộ bộ gen người, và xác định trình tự cặp base trong bộ gen. Dulbecco ủng hộ cách hợp tác nghiên cứu, đầu tư toàn bộ tài lực, nhân lực để xác minh trình tự cặp base trong bộ gen. Sau khi bài viết của Dulbecco được công bố, rất nhiều nhà khoa học cho rằng, ông đã đưa ra một kế hoạch rất táo bạo nhưng vô cùng hấp dẫn. Nhưng cũng có người lo lắng, với trình độ khoa học kĩ thuật lúc bấy giờ, khó mà thực hiện được kế hoạch này, vả lại kế hoạch này đích thực cần đầu tư rất nhiều tài chính và nhân lực, sẽ ảnh hưởng tới trình độ nghiên cứu của toàn bộ ngành khoa học sự sống. Tranh cãi kéo dài trong suốt 5 năm, Quốc hội Mỹ cuối cùng cũng thông qua "Dự án Bản đồ gen người" vào ngày 1/10/1990 , thời gian thực hiện dự án là 15 năm , đầu tư ít nhất 3 tỷ USD . Logo của dự án Ngoài nước Mỹ, bài viết của Dulbecco cũng khiến cả thế giới chú ý, nhiều quốc gia khác cũng đầu tư vào dự án này. Cuối cùng, các nước Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nhật Bản và Trung Quốc cũng lần lượt tham gia. Sự ra đời Dự án Bản đồ gen người? Nhờ sự nỗ lực hợp tác của các nhà khoa học trên thế giới, cuối cùng, ngày 26/6/2000, họ đã vẽ phiên bản đầu tiên của Bản đồ gen người. Tấm bản đồ cũng giống như bản phác họa, vẽ được hơn 90% axit nucleic trong 24 phân tử ADN của người. Tổng thống Mỹ lúc đó là Bill Clinton đã cho rằng, ngày 26/6/2000 là một ngày mang dấu ấn lịch sử . Đến ngày 15/3/2003 , Tổ chức Bộ gen loài người (HUGO) công bố phiên bản hoàn thiện. Dự án Bản đồ gen người tìm hiểu những gì? Thuật ngữ "bộ gen" xuất hiện lần đầu vào năm 1922 trong các tài liệu về di truyền học, đề cập đến các tế bào đơn bội trong cả bộ nhiễm sắc thể. Nhờ những sự nghiên cứu chuyên sâu về sinh học phân tử, sau khi cốt lõi của cấu trúc nhiễm sắc thể được khẳng định là phân tử ADN, khẳng định rõ rằng bộ gen tồn tại trong các tế bào đơn bội, toàn bộ nhiễm sắc thể đều có chứa phân tử ADN . Bộ gen của con người có 23 nhiễm sắc thể mà hai loại nhiễm sắc thể giới tính X và Y lại không hoàn toàn tương đồng, nên trong bộ gen người có toàn bộ các phân tử ADN tong 24 nhiễm sắc thể, cụ thể là 22 NST thường và phân tử ADN của NST giới tính X và Y. Nghiên cứu khoa học đã chứng minh, mỗi phân tử ADN đều có 4 loại base A-T, T-A, C-G và G-C ghép lại thành sợi dây phân tử, trong 24 phân tử ADN có khoảng ba tỷ cặp base. Nhiệm vụ chính của Dự án Bản đồ gen người là tìm ra trình tự sắp xếp của 3 tỷ cặp base trong phân tử ADN , đó chính là một phần mật mã di truyền trong cơ thể chúng ta. Nếu làm một so sánh của bốn loại base, giống như bốn viên gạch màu sắc khác nhau. Ví dụ như A-T là gạch đỏ, G-C là gạch đen, đồng thời phân tử ADN như một con đường xây từ những viên gạch này, vậy thì 24 phân tử ADN của người giống nhau như 24 con đường được xây từ 4 loại gạch khác nhau. Nếu khích thước của mỗi viên gạch bằng một chữ Trung Quốc trong văn bản, thì chiều dài 60 cặp base khoảng 10cm, nếu các cặp base (viên gạch) được sắp xếp sát nhau. Theo cách tính này, tổng chiều dài của 3 tỷ cặp base tương đương khoảng cách từ Montreal (Canada) tới London (Anh). Có thể thấy, muốn hiểu rõ trình tự sắp xếp của 3 tỷ cặp base trên 24 phân tử ADN, rõ ràng là điều quá khó khăn. Nhưng việc hiểu rõ trình tự sắp xếp của 3 tỷ cặp base trên 24 phân tử ADN sẽ mang nhiều ý nghĩa trong việc tìm hiểu các hiện tượng của sự sống như nguồn gốc loài người, sự khác biệt giữa các cá nhân, nguyên nhân phát sinh bệnh tật, tuổi thọ và lão hóa.. Dự án Bản đồ gen người có tác dụng gì? Dự án Bản đồ gen người đã vẽ thành công "bản đồ sống" về những bí ẩn của cơ thể con người. Là bản đồ phân bố 24 phân tử ADN, bao gồm trình tự 3 tỷ cặp base như một cuốn Kinh thánh , vậy chúng ta phải đọc thế nào? Từ trình tự các cặp base, các nhà khoa học sẽ biết được cặp base nào là gen, là gen gì, có vai trò như thế nào, những bí ẩn về sự sống sẽ dần được tiết lộ nhờ những nghiên cứu chuyên sâu về trình tự các cặp cơ sở. Ngoài ra, nghiên cứu này cũng cung cấp thêm bằng chứng đáng tin cậy về nguồn gốc con người, các tộc người được phân chia như thế nào và di cư ra sao. Ví dụ như, đại gia đình Việt Nam có 54 dân tộc, nghiên cứu về bộ gen của 54 dân tộc, có thể tìm ra những đặc điểm nhằm xác định những vết tích giai đoạn hình thành và phát triển của tất cả các nhóm dân tộc. Dự án Bản đồ gen người đã đặt ra cho các nhà khoa học rất nhiều "câu hỏi" mới: Mặc dù trình tự của 3 tỷ cặp base đã được xác định, nhưng còn rất nhiều vấn đề trong đó vẫn chưa có đáp án rõ ràng. Trong phân tử ADN dài, có rất nhiều phân khúc cặp base không trực tiếp tham gia vào tổng hợp protein, vậy những phân đoạn base này có vai trò gì, họ vẫn chưa biết chính xác. Hơn nữa, tất cả các sinh vật bao gồm cả con người, từ lúc sinh ra cho đến khi chết đi, đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển sinh lý khác nhau do một loạt các chất tác động, nếu những cặp base đảm nhiệm các nhiệm vụ quan trọng trong bộ gen xảy ra vấn đề, sẽ gây ra ảnh hưởng nhất định tới hoạt động sống, mà cho đến nay con người vẫn biết rất ít về điều này. Sự sống rất phức tạp và thần kỳ, để hiểu rõ những bí ẩn của sự sống, sẽ cần thêm rất nhiều thời gian trong tương lai. Ai là "người thí nghiệm" trong Dự án Bản đồ gen người? Những mẫu gen sử dụng trong Dự án Bản đồ gen người không phải từ một người nào đó, mà là tổng hợp gen của nhiều người. Tổ chức Bộ gen loài người đã sử dụng mẫu gen lấy từ máu của 4 người tình nguyện (2 nam, 2 nữ). Bốn người này được lựa chọn ngẫu nhiên từ 40 người tình nguyện. Ngoài dự án từ chính phủ, công ty tư nhân Celera của Mỹ cũng đã bắt đầu triển khai Dự án Bản đồ gen người vào năm 1998. Công ty Celera sử dụng mẫu nghiên cứu từ 5 tình nguyện viên lựa chọn ngẫu nhiên trong số 21 tình nguyện viên đăng ký tham gia. Nhà khoa học Craig Venter của Công ty Celera là 1 trong số 21 tình nguyện viên. Ông cũng là người hiến tặng duy nhất được tiết lộ danh tính. Có "ADN rác" hay không? Trong một thời gian dài, gen là nguyên nhân chính quyết định tới đặc điểm sinh vật , nghĩa là, các trình tự ADN mã hóa protein quyết định các kiểu hình của sinh vật . Tuy nhiên, khi Dự án Bản đồ gen người hoàn thiện, thật bất ngờ, chỉ khoảng 5% ADN trong bộ gen người đóng vai trò mã hóa protein, còn tới 95% ADN không liên quan trực tiếp tới việc tổng hợp protein, chúng không thuộc về trình tự protein mã hóa, nên có người cho rằng, có rất nhiều "ADN rác" trong bộ gen. Sự thật là thế nào? Năm 2003, Mỹ đã phát động Chương trình " Bách khoa toàn thư ADN ", với mong muốn có thể biết rõ chức năng của tất cả ADN trong bộ gen. Mọi người ngạc nhiên nhận thấy, trong bộ gen có tới hơn 90% ADN được phiên mã , trong đó hơn 2% "ADN hữu ích" được phiên mã thành ARN thông tin (mRNA), và tiếp tục mã hóa thành protein. Còn lại hầu hết đều được phiên mã thành các ARN không mã hóa (ncARN) với kích cỡ, chức năng khác nhau, đó chính là một lượng lớn RNA không mã hóa. Tuy nhiên, vai trò của các ncRNA không hề nhỏ. Chuỗi ARN không mã hóa (IncARN) trong các tế bào nhân thực có trách nhiệm điều chỉnh sự biểu hiện của gen mã hóa protein; micro ARN (miARN) tham gia vào việc điều chỉnh biểu hiện gen sau phiên mã ; can thiệp ARN (siARN) tham gia vào việc điều chỉnh biểu hiện gen, và quá trình phòng chống virut (piARN) tham gia vào hầu hết các transposon kiểm soát động vật, điều chỉnh tình trạng nhiễm sắc thể và phát triển. Số lượng lớn ncARN với vị trí độc đáo, cơ chế đa dạng tạo thành một mạng gen IncARN rất lớn và có hiệu quả, quyết định hoạt động của bộ gen trong một thời gian và không gian nhất định, giúp cơ thể sinh vật hoàn thành quá trình phát triển phức tạp. Khi các ARN không mã hóa bị rối loạn chức năng, sẽ gây ra bệnh tật. Do đó, tên gọi "ADN rác" sẽ lùi vào lịch sử khi con người có những hiểu biết sâu hơn về gen. Vì sao nói Bản đồ gen người chỉ là điểm khởi đầu về nhận thức Sự sống? Sau khi Dự thảo "Bản đồ gen người" được công bố năm 2000, cả thế giới đã chấn động, ngay lập tức đã có người tuyên bố " Sẽ diễn ra một cuộc cách mạng lớn trong việc chẩn đoán, dự phòng và điều trị rất nhiều loại bệnh nhờ trình tự gen ". Nhiều người dường như đã nghĩ rằng, những khó khăn và dày vò vì bệnh tật trong cuộc sống đều có thể được giải quyết. Nhưng thực tế những năm qua đã chứng minh, bản đồ gen người không đóng vai trò to lớn trong thực tiễn trị liệu như con người tưởng tượng . Điều này cũng cho thấy, hệ thống sinh học thực chất rất phức tạp, con người lập được bản đồ gen chỉ là hiểu biết sâu sắc hơn về sự sống, và sức khoẻ con người. Trong tương lai, trên nền tảng bản đồ gen đã được lập, con người cần tiếp tục nghiên cứu về mối tương quan giữa gen với môi trường, gen với gen, gen với trình tự ADN không mã hóa, gen với protein. Hơn nữa, cần coi trọng việc ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào việc điều trị, phòng chống bệnh tật và kéo dài tuổi thọ con người. Đây là nhiệm vụ và cũng mục tiêu quan trọng ở kỷ nguyên hậu Proteomics. Ở kỷ nguyên hậu Proteomics cần đặc biệt chú trong nghiên cứu về "proteome". Proteome - bộ protein chính là các protein tương ứng trong một tế bào hoặc bộ gen của một tổ chức nào đó hình thành nên. Trong hơn 200 loại tế bào của cơ thể người, có những bộ gen tương đồng, nhưng thời điểm phát huy tác dụng và vai trò của gen lại khác nhau, khiến cho các loại tế bào khác nhau chứa các proteome khác nhau, ví dụ như tế bào tim và tế bào da. Hơn nữa, trong cuộc đời của một sinh vật, proteome liên tục thay đổi, ví dụ từ nhỏ cho đến khi già đi, protein trong tế bào không ngừng thay đổi. Vì thế, mọi hình thức sự sống đều có một nhóm protein đặc thù xuất hiện ở một thời điểm và vị trí thích hợp đồng thời phát huy vai trò riêng. Những trình tự ADN mã hóa protein mà không cung cấp thông tin chỉ có thể dùng nghiên cứu các chuỗi ADN mã hóa protein mà không thể tiết lộ quy luật của hoạt động sống. Ở kỷ nguyên hậu proteomics, việc nghiên cứu về gen người cũng cần phải kết hợp với bộ gen biểu sinh (epigenome). Nghiên cứu hiện nay chỉ ra rằng, bộ gen người có 2 loại thông tin di truyền: Một là thông tin di truyền truyền thống được lưu trữ trong các trình tự ADN, cung cấp mẫu tổng hợp protein thiết yếu cho sự sống. Hai là thông tin di truyền biểu sinh, lưu trữ trong các loại NST trên bề mặt cấu trúc gen gốc, cung cấp thông tin di truyền về thời gian, địa điểm cũng như phương thức chỉ thị di truyền học ứng dụng thông tin. Hai loại thông tin này bổ sung cho nhau, để hoàn thành quá trình phát triển và hình thành đặc điểm di truyền (kiểu hình). Mặt khác, bộ gen biểu sinh khiến bộ gen liên tục thay đổi do môi trường kết nối với bộ gen tương đối ổn định, bằng cách thay đổi một loạt các cơ chế biểu sinh, điều tiết gen, từ đó liên kết kiểu hình gen và môi trường với kiểu hình bệnh. Bản đồ gen đã cung cấp cho con người kho thông tin cực lớn, trong kỷ nguyên hậu Proteomics, khoa học sự sống đang phải đối mặt với rất nhiều thách thức cũng như cơ hội, Con người đối với nhận thức về sự sống đã bước sang một giai đoạn hoàn toàn mới.
