Di truyền học người là gì? Các phương pháp nghiên cứu?

1. Di truyền học người là gì?

1.1. Khái niệm về di truyền học người:

Di truyền học người trong tiếng anh là human genetics, được hiểu đơn giản là việc nghiên cứu sự kế thừa các đặc điểm của con cái từ cha mẹ. Sự di truyền ở người cơ bản không khác biệt mấy so với sự di truyền ở các sinh vật khác.

Di truyền học người bao gồm nhiều lĩnh vực đa ngành như: di truyền học cổ điển, di truyền học tế bào (cytogenetics), di truyền học phân tử, di truyền học sinh hóa, hệ gen học, di truyền học quần thể, di truyền học phát triển, di truyền học lâm sàng, và tư vấn di truyền.

1.2. Nguồn gốc phát triển thuyết di truyền học người và phát hiện ra nhiễm sắc thể:

Một kỷ nguyên mới ở di truyền học tế bào, lĩnh vực nghiên cứu liên quan đến nghiên cứu về nhiễm sắc thể, bắt đầu vào năm 1956 với phát hiện của Jo Hin Tjio và Albert Levan rằng tế bào soma của con người chứa 23 cặp nhiễm sắc thể. Kể từ thời điểm đó, lĩnh vực này đã phát triển với tốc độ nhanh chóng đáng kinh ngạc và đã chứng minh rằng các sai lệch nhiễm sắc thể ở người được coi là nguyên nhân chính gây ra cái chết của thai nhi và các bệnh tật bi thảm ở người, nhiều trong số đó đi kèm với thiểu năng trí tuệ. Vì nhiễm sắc thể chỉ có thể được mô tả trong quá trình nguyên phân nên cần phải kiểm tra vật liệu trong đó có nhiều tế bào đang phân chia. Điều này thường có thể được thực hiện bằng cách nuôi cấy các tế bào từ máu hoặc da, vì chỉ các tế bào tủy xương (không dễ dàng lấy mẫu ngoại trừ trong trường hợp bệnh tủy xương nghiêm trọng như bệnh bạch cầu) mới có đủ số lượng nguyên phân trong trường hợp không nuôi cấy nhân tạo. Sau khi tăng trưởng, các tế bào được cố định trên các phiến kính và sau đó được nhuộm bằng nhiều loại thuốc nhuộm đặc hiệu DNA cho phép phân định và nhận dạng các nhiễm sắc thể. Các Hệ thống phân loại nhiễm sắc thể Denver, được thành lập vào năm 1959, đã xác định các nhiễm sắc thể theo chiều dài và vị trí của tâm động. Kể từ đó, phương pháp này đã được cải tiến bằng cách sử dụng các kỹ thuật nhuộm đặc biệt để truyền các dải sáng và tối duy nhất cho mỗi nhiễm sắc thể. Các dải này cho phép xác định các vùng nhiễm sắc thể bị nhân đôi, bị thiếu hoặc chuyển sang các nhiễm sắc thể khác.

Ảnh vi mô hiển thị các kiểu nhiễm sắc thể (tức là hình dạng vật lý của nhiễm sắc thể) của nam và nữ đã được tạo ra. Trong một ảnh hiển vi điển hình, 46 nhiễm sắc thể của con người (số lưỡng bội) được sắp xếp thành các cặp tương đồng, mỗi cặp bao gồm một thành viên có nguồn gốc từ mẹ và một thành viên có nguồn gốc từ cha. Tất cả các nhiễm sắc thể đều được đánh số ngoại trừ nhiễm sắc thể X và Y, là nhiễm sắc thể giới tính. Ở người, cũng như ở tất cả các loài động vật có vú, con cái bình thường có hai nhiễm sắc thể X và con đực bình thường có một nhiễm sắc thể X và một nhiễm sắc thể Y. Do đó, con cái là giới tính đồng nhất, giống như tất cả các giao tử của nó thường có một nhiễm sắc thể X. Con đực không đồng nhất giao tử, vì nó tạo ra hai loại giao tử – một loại chứa nhiễm sắc thể X và loại còn lại chứa nhiễm sắc thể Y. Có bằng chứng chắc chắn rằng nhiễm sắc thể Y ở người, không giống như nhiễm sắc thể ở Drosophila, là cần thiết (nhưng chưa đủ) đối với tính đực. Từ sự phát triển về nghiên cứu nghiễm sắc thể hay gen chính là bước ngoặt lớn cho quá trình nghiên cứu di truyền học ở người.

2. Các phương pháp nghiên cứu:

Để nghiên cứu về di truyền học ở người, các nhà khoa học chỉ ra một số phương pháp nghiên cứu cơ bản như sau:

2.1. Phương pháp nghiên cứu phả hệ:

Hồ sơ phả hệ được ghi chép và bảo quản tốt nên việc theo dõi sự truyền tải các đặc tính cụ thể qua các thế hệ trở nên dễ dàng hơn.

Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu tính trạng cụ thể trên những người thuộc cùng dòng màu qua khoảng 3 thế hệ.

Nội dung nghiên cứu:

–        Xác định được tính trạng nghiên cứu là tính trạng trội hay lặn, do 1 hay nhiều gen quy định.

–        Tính trạng đó nằm trên NST thường hay NST giới tính.

Kết luận:

–        Từ những nghiên cứu qua phả hệ phát hiện các bệnh máu khó đông, bệnh mù màu hay toác xoăn, mắt nâu nhiều hơn tóc thẳng, mắt đen là do gen lặn nằm trên NST giới tính X quy định.

–        Các tật dính móng tay, túm lông ở tay là do gen lặn nằm trên NST giới tính Y quy định.

–        Các bệnh phenul ketomên, bạch tạng do đột biến gen lặn nằm trên NST thường

–        Các bệnh hồng cầu nối liền, do đột biến gen trội nằm trên NST thường

2.2. Phương pháp nghiên cứu các cặp trẻ đồng sinh:

Bằng cách so sánh kiểu hình của các cặp song sinh cùng trứng và khác trứng (nghiên cứu về các cặp song sinh) , cơ sở di truyền của một số tính trạng đã được xác lập. Các đặc điểm di truyền và do môi trường gây ra có thể được thực hiện bằng cách so sánh nghiên cứu so sánh giữa các cặp song sinh giống hệt nhau và khác trứng.

Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu những trẻ sinh đôi, sinh ba, bốn,… Các trẻ là đồng sinh cùng trứng hoặc khác trứng.

Nội dung nghiên cứu:

–        Trẻ đồng sinh cùng trứng được thụ tinh bởi 1 tinh trùng, có cùng hệ gen, cùng giới tính, cùng nhóm máu (hi hữu mới có ca sinh đôi cùng trứng khác giới. Như ở Việt Nam, ca đồng sinh cùng trứng khác giới đầu tiên xuất hiện vào 9/11/2022 tại bệnh viện Phụ sản Hà Nội).

–        Trẻ sinh đôi khác trứng là so nhiều trứng được thụ tinh bởi nhiều tinh trùng và sinh ra cùng thời điểm. Trẻ sinh đôi khác trứng có thể có giới tính, nhóm máu giống hoặc khác nhau.

–        Thực hiện nuôi trẻ đồng sinh trong cùng môi trường, và môi trường khác nhau.

Kết quả:

–        Các bệnh như mù màu, máu khó đông,… hay nhóm máu đều không phụ thuộc vào môi trường.

–        Trí thông minh, chiều cao, tính cách,… vừa chịu tác động di truyền vừa chịu ảnh hưởng từ môi trường.

2.3. Phương pháp nghiên cứu di truyền học quần thể:

Di truyền học quần thể đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu di truyền học con người. Vì vậy, các phương pháp phân tích số phận các nhân vật trong quần thể đã khắc phục được hạn chế về số lượng con cháu ít ỏi ở con người.

Mục đích: Tiến hành nghiên cứu tần số alen của các bệnh di truyền, hậu quả của hôn nhân cân huyết và nguồn gốc của nhóm người.

Nội dung nghiên cứu: Áp dụng định luật Hacdi – Vantec để thấy được tỉ lệ kiểu hình suy ra được tỉ lệ kiểu gen và tỉ số alen quần thể.

Kết quả: Xác định được tần số alen của các bệnh di truyền từ đó đưa ra những dự đoán về khả năng mắc bệnh và có biện pháp phòng ngừa kịp thời.

2.4. Phương pháp nghiên cứu tế bào:

Trong tế bào học của con người, các kỹ thuật nhuộm màu mới đã được phát triển. Với những kỹ thuật tiên tiến như vậy, số lượng nhiễm sắc thể lưỡng bội của con người đã được xác định chính xác, tức là 46 đã được tìm thấy là chính xác.

Trong trường hợp không có thí nghiệm nhân giống, thông tin về sự di truyền của con người phần lớn được rút ra bằng cách nghiên cứu phả hệ của các đặc điểm xuất hiện tự nhiên. Những đặc điểm như vậy có thể không quan trọng hoặc có tầm quan trọng đối với sức khỏe và hạnh phúc của con người.

Chúng có thể là màu mắt, bệnh bạch tạng, mù màu, chiều cao, khả năng nếm một chất hóa học gọi là PTC, khả năng cuộn lưỡi, bệnh máu khó đông, các lỗi bẩm sinh của siêu tổng thể, khả năng trí tuệ,…

Khả năng nếm PTC:

Người nếm PTC (phenyl thio-carbamide) thấy nó có vị rất đắng. Những người không nếm được hoặc không nếm được vị đó hoặc nhận ra một số vị khác ngoài vị đắng. Hầu hết con người đều là những người nếm thử, cho thấy rằng nó được xác định bởi alen trội T.

Ba kiểu gen có thể có là TT, Tt và tt. Những người không có vị giác là người đồng hợp lặn, tt. Người nếm có kiểu gen TT, Tt. Nếu một đứa trẻ không nếm thử tt có một người anh em nếm thử TT hoặc Tt thì bố mẹ của chúng chỉ dị hợp tử về gen (Tt x tt) hoặc (Tt x Tt)

Tương tự như vậy, khả năng cuộn lưỡi trong ống giống như kiểu thời trang được điều khiển bởi alen trội R. Các con lăn có kiểu gen RR hoặc Rr và các con không lăn luôn là đồng hợp tử lặn rr.

Thân chắn:

Murry Barr (1949) tìm thấy một thi thể bị nhuộm màu nặng nề bởi axit nucleic trong tế bào thần kinh của mèo cái. Sau đó, người ta nhận thấy rằng hầu như tất cả các tế bào soma của động vật có vú cái đều đại diện cho sự hiện diện của cơ thể này. Nó được xác định là nhiễm sắc thể giới tính hoặc thể Barr. Điều này được phát hiện là không có ở nam giới bình thường.

Cơ thể nằm tựa vào màng nhân và trông giống như một chiếc đĩa tròn. Davidson và Smith đã quan sát vào năm 1954 rằng nó có một dạng đặc biệt trong bạch cầu đa nhân và được gọi là dùi trống vì nó có thể được coi là phụ lục của nhân. Nó nhô ra khỏi hạt nhân.

Kiểu dải nhiễm sắc thể:

Các kỹ thuật đặc biệt đã được phát triển để nhuộm nhiễm sắc thể người bằng thuốc nhuộm huỳnh quang sau nhiều phương pháp xử lý khác nhau. Kiểu dải dùng để xác định các đoạn nhiễm sắc thể riêng lẻ.

Các kỹ thuật tạo dải Q, G, R, O và C đã phát triển trong những năm gần đây. Điều thú vị cần lưu ý là mỗi nhiễm sắc thể có một kiểu dải duy nhất với cách xử lý cụ thể và kiểu của nó không đổi với cùng một cách xử lý.

Nghiên cứu về các nhóm có thể được sử dụng làm dấu hiệu phân tích phả hệ, nghiên cứu về quần thể và định vị gen. Các nghiên cứu về dải có ứng dụng rộng rãi hơn trong nghiên cứu bệnh lâm sàng, tức là vai trò của sự thay đổi nhiễm sắc thể trong sự phát triển kém, chậm phát triển trí tuệ và sảy thai.

2.5. Phương pháp nghiên cứu di truyền sinh hóa:

Di truyền sinh hóa, kỹ thuật nuôi cấy tế bào và kỹ thuật di truyền tế bào soma đã giúp hiểu được cơ sở hóa học của sự di truyền số lượng lớn các tính trạng.

Công nghệ dung hợp tế bào giúp tạo ra nhiều tổ hợp vật liệu di truyền của con người trong dòng vô tính thế hệ con cháu. Bằng cách nghiên cứu những dòng vô tính này, các nhà di truyền học đã có thể áp dụng một cách tiếp cận mới đối với di truyền học của con người. Với công nghệ này, có thể phân lập các giống lai được hình thành giữa các tế bào có nguồn gốc từ chuột và người.

3. Ý nghĩa của di truyền học người:

Nghiên cứu về di truyền học người có vai trò quan trọng về lý thuyết và thực tiễn cho khoa học chọn giống và Y học, đặc biệt là trong Công nghệ sinh học hiện đại.

Nghiên cứu về di truyền học người chiếm vị trí trung tâm trong di truyền học. Phần lớn mối quan tâm này xuất phát từ mong muốn cơ bản là muốn biết con người là ai và tại sao họ lại như vậy. Ở mức độ thực tế hơn, sự hiểu biết về di truyền của con người có tầm quan trọng đặc biệt trong việc dự đoán, chẩn đoán và điều trị các bệnh có thành phần di truyền. Nhiệm vụ xác định cơ sở di truyền của sức khỏe con người đã làm phát sinh lĩnh vực di truyền y học. Nói chung, y học đã tập trung và mục đích vào di truyền học của con người, vì vậy các thuật ngữ di truyền y học và di truyền học ở người thường được coi là đồng nghĩa.