Kỹ thuật DNA tái tổ hợp và miễn dịch lâm sàng

Những tiến bộ về sinh học phân tử trong những năm qua đã mở ra nhiều ứng dụng quan trọng trong chẩn đoán và điều trị các bệnh miễn dịch. Do vậy, những nhà miễn dịch học lâm sang cần phải hiểu những thuật ngữ và phương pháp mà những nhà sinh học phân tử đang sử dụng.

Kỹ thuật và thuật ngữ

Các enzym endonuclease hạn chế (restriction endonuclease) là những enzym lấy từ vi khuẩn có khả năng cắt chuỗi DNA tại một vị trí đặc biệt liên quan đến một trình tự nucleotid nhất định. Dùng những enzym này với những tính đặc hiệu khác nhau cho phép cắt chuỗi DNA thành từng đoạn, mà mỗi đoạn có chứa một gen đặc biệt cần tách ra khỏi phần còn lại của phân tử DNA.

Hình. Lập bản đồ gen bằng kỹ thuật Southern Blot

Trong kỹ thuật Southern blot, các đoạn DNA, sau khi được cắt bởi bằng endonuclease hạn chế, được cho điện di trên gel agarose, những đoạn nhỏ thì di chuyển xa hơn những đoạn lớn. Trong số những đoạn này sẽ có đoạn có chứa gen mà ta quan tâm. Bằng cách dùng chất kiềm ta có thể làm tách đôi các đoạn dsDNA ra thành các ssDNA. Sau khi blot các ssDNA sang giấy nitrocellulose, ta cho đoạn DNA chuỗi đơn mới được tách lai với một đoạn ssDNA bổ sung tương ứng đã đánh dấu. Sau khi rửa và quan sát dưới đèn đọc phát xạ (autoradiography) thấy có phát xạ ở vị trí nào thì đó là vị trí có chứa đoạn gen mà ta quan tâm.

Có nhiều bệnh di truyền, sự khuyết tật của gen không thể biết và việc tìm gen khuyết tật này cũng không thực hiện được. Trong trường hợp này, gen gây bệnh có thể liên kết chặt chẽ với vị trí nhận diện của một endo- nuclease hạn chế nào đó. Dùng các endonuclease đã biết để dò toàn bộ genome người có thể giúp tìm ra các vị trí endonuclease mới hoặc loại bỏ những vị trí đang tồn tại. Như vậy, những đoạn DNA tạo được do một enzym hạn chế nhất định sẽ có những chiều dài khác nhau trên những người khác nhau. Người ta gọi điều này là tính đa dạng về chiều dài đoạn hạn chế (restriction fragment length polymorphism, RFLP), và tính chất này được di truyền đơn giản theo kiểu Mendel. RFLP cung cấp cho ta một lượng lớn các dấu ấn liên kết (linkage marker) để tìm ra các gen gây bệnh trong gia đình, mà không cần phải biết gì về bản thân gen đó cả.

Kỹ thuật DNA tái tổ hợp (recombinant DNA technology) dựa vào việc sử dụng plasmid như các phương tiện để truyền các đoạn DNA lạ, ví dụ gen người. Plasmid là những mảnh DNA hình tròn, nhỏ, xuất hiện tự nhiên trong bào tương của vi khuẩn. Dùng một endonuclease đặc hiệu có thể mở vòng plasmid này và gắn vào đó một đoạn gen người, và như vậy là ta đã tạo ra một phân tử DNA lai (hybrid DNA) có chức năng sinh học riêng. Nếu sau đó plasmid đưa được vào một loại vi khuẩn nào đó (ví dụ E. coli) thì ta có thể cho nuôi cấy vi khuẩn để sản xuất ra một loại các bản sao đoạn DNA đã gắn vào plasmid đó. Kỹ thuật DNA tái tổ hợp thường được dùng để sản xuất các chế phẩm sinh học tính khiết sử dụng trong chẩn đoán hoặc điều trị hoặc một số mục đích sinh học khác.

Ứng dụng chẩn đoán

Kỹ thuật khuyếch đại DNA đã cung cấp cho chúng ta một phương tiện chẩn đoán trước sinh (prenatal diagnosis) chính xác đối với các bệnh di truyền. Vật phẩm dùng cho chẩn đoán là mẩu mô lấy được từ gai nhau, từ kỹ thuật soi thai (fetoscopy) hoặc chọc túi ối (amniocentesis). Kỹ thuật này cũng giúp chẩn đoán ở giai đoạn tiền lâm sàng những bệnh nhiễm sắc thể có thời kỹ khởi bệnh muộn, bệnh phụ nữ liên quan giới tính, kể cả những thiếu hụt miễn dịch di truyền.

Người ta ghi nhận rằng các thử nghiệm gen đang được sử dụng ngày càng nhiều cho việc chẩn đoán bệnh. Việc phát hiện ra hiện tượng tái sắp xếp (rearrangement) của các gen immunoglobulin và của gen thụ thể tế bào T (TCR gene) đã cung cấp cho chúng ta một công cụ mới để phân tích nguồn gốc của những tế bào lympho ác tính không mang các dấu ấn kinh điển của tế bào B và tế bào T, tìm nguồn gốc của tế bào ung thư trong bệnh bạch cầu tế bào dạng tóc (hairy cell leukemia) và những cơn tăng dữ dội các nguyên bào trong bệnh bạch cầu tủy mạn. Ngoài ra, thử nghiệm gen cũng giúp ta phân biệt các bệnh tăng sinh lympho đa clôn và đơn clôn.

Ứng dụng điều trị

Kỹ thuật DNA tái tổ hợp đã mang lại nhiều tiến bộ trong điều trị thông qua việc tổng hợp các hợp chất sinh học hoặc liệu pháp gen.

Sinh tổng hợp có được tiến hành bằng cách gắn một gen người vào một plasmid làm vật truyền và sau đó cho nhân lên thành clôn. Có nhiều loại hormone (ví dụ insulin) và thuốc điều hòa miễn dịch (ví dụ interferon) đã được tổng hợp theo cách này. Một ứng dụng quan trọng của phương pháp này sẽ là ứng dụng trong sản xuất vắc xin. Một khi chúng ta đã xác định được những kháng nguyên vi khuẩn có khả năng gây miễn dịch bảo vệ thì chúng ta có thể tạo clôn được với những gen tương ứng. Một vắc-xin tái tổ hợp đã được sản xuất và dùng phổ biến là vắc xin viêm gan B. Hiện nay các nhà nghiên cứu đang cố gắng để tìm ra những vắc xin có hiệu quả khác nhằm chống lại các bệnh nhiễm trùng phổ biến trên thế giới như vắc-xin sốt rét và HIV.

Một mục đích của công nghệ gen là thay thế được những gen bị khiếm khuyết trong cơ thể con người. Liệu pháp gen hiện đang còn nhiều tranh cãi nhưng những rối loạn miễn dịch như thiếu hụt adenosine deaminase hoặc purine nucleoside phosphorylase đang là những ứng cử viên quan trọng đầu tiên cho việc sử dụng liệu pháp này để điều trị.