Dữ liệu giải trình tự hệ gen SARS-CoV-2 góp phần vào việc xác định nguồn gốc virus và số lượng nguồn lây nhiễm (F0) tại các ổ dịch, là thông tin đặc biệt quan trọng trong xây dựng chiến lược, phương án chống dịch Covid-19.
Lần đầu tiên Việt Nam xây dựng thành công quy trình giải trình tự gen virus SARS-CoV-2
Thêm niềm tự hào về giới nghiên cứu khoa học Việt Nam. Đầu tháng 6/2021, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam thông tin cho biết, các chuyên gia, nhà khoa học của Viện đã xây dựng thành công quy trình công nghệ giải trình tự gen virus SARS-CoV-2 bằng hệ máy giải trình tự thế hệ mới PacBio Sequel.
Thành công đáng tự hào này là kết quả thu được sau khi hoàn tất đề tài nghiên cứu khoa học “Giải trình tự de novo virus SARS-CoV-2 gây bệnh viêm đường hô hấp cấp Covid-19 bằng hệ máy giải trình tự thế hệ mới PacBio Sequel”.
Đề tài được Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam giao cho Viện Công nghệ Sinh học thực hiện, với mục tiêu hỗ trợ xử lý dịch bệnh Covid-19 tại Việt Nam.
Theo nhóm nghiên cứu, PacBio Sequel là hệ thống giải trình tự gen thế hệ mới, hiện đại và duy nhất hiện nay ở Việt Nam. PacBio Sequel có thể giải trình tự các đoạn DNA dài với thời gian ngắn và chính xác nhất so với các thiết bị khác đang có mặt tại Việt Nam.
Để hoàn thành đề tài, nhiệm vụ cấp bách này, Viện Công nghệ Sinh học đã phối hợp Viện Pasteur TP Hồ Chí Minh và Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương (NIHE) xây dựng quy trình kỹ thuật giải trình tự toàn bộ hệ gien virus SARS-CoV-2 bằng công nghệ giải trình tự đoạn dài của hệ thống PacBio Sequel.
Sau hơn một năm thực hiện, nhiệm vụ nghiên cứu đã hoàn thành với việc xây dựng quy trình giải trình tự toàn bộ hệ gen virus SARS-CoV-2 mà không cần đến hệ gen tham chiếu.
Thông tin thêm về thành công của đề tài nghiên cứu này, theo GS.TS Trương Nam Hải, Chủ nhiệm đề tài cho biết, nhóm nghiên cứu đã xây dựng quy trình kỹ thuật giải trình tự toàn bộ hệ gen virus SARS-CoV-2 bằng công nghệ giải trình tự đoạn dài của PacBio, gồm 6 bước.
Đầu tiên là nuôi cấy và tách chiết ARN virus. Bước thứ hai là tổng hợp DNA sợi đôi từ ARN virus. Ông Hải nhấn mạnh, hai bước này được thực hiện tại Viện Pasteur TP.HCM và Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương trong điều kiện phòng sạch an toàn sinh học cấp III. Bước thứ ba là chuẩn bị thư viện DNA để giải trình tự gen. Bước bốn là giải trình tự toàn bộ hệ gen virus SARS-CoV-2. Tiếp đó là lắp ráp de novo hệ gen virus. Bước thứ sáu, bước cuối cùng là chú giải và phân tích hệ gen virus.
GS Hải cho hay, trong sáu bước này, bốn bước sau thực hiện tại Viện Công nghệ sinh học trong khoảng 48h, trong khi các phương pháp khác mất khoảng 72 giờ.
Trong khuôn khổ đề tài, các nhà khoa học tham gia nghiên cứu đề tài đã triển khai phân tích 4 mẫu virus, trong đó một mẫu virus được phân lập bởi Viện Pasteur TP Hồ Chí Minh (mẫu lấy từ bệnh nhân Việt Nam trở về từ bang Pennsylvania, Mỹ, nhập cảnh tại TP Hồ Chí Minh ngày 17/3/2020) và 3 mẫu virus còn lại do Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương cung cấp, có nguồn gốc từ ổ dịch Bệnh viện Bạch Mai thu thập các ngày 25 và 28/3/2020).
Từ đó, các nhà khoa học Việt Nam đã giải trình tự toàn bộ hệ gen của 4 chủng virus SARS-CoV-2 với chiều dài trên 29.500 nucleotide/hệ gen, đồng thời chú giải thành công 14 khung đọc mở (ORF) của virus.
Kết quả lắp ráp hệ gen cho 1 đoạn trình tự liên tục (contig), không có các lỗi đọc hay đoạn trống với độ chính xác 99,99%. Cả 4 chủng virus đều chứa đột biến D614G ở protein S.
Ưu điểm quy trình giải trình tự hệ gen virus corona của các nhà khoa học Việt Nam
Đáng chú ý, đây là lần đầu tiên các nhà khoa học Việt Nam tiến hành lắp ráp hệ gen mà không phụ thuộc vào hệ gen tham chiếu của quốc tế. Đây là điều chưa từng có bởi trước nay, các phương pháp khác đều phải dựa trên hệ gen tham chiếu quốc tế.
Theo Chủ nhiệm đề tài, GS.TS Trương Nam Hải, một số đơn vị khác có thể giải trình tự bằng thiết bị thế hệ mới dựa trên nguyên lý giải trình tự các đoạn ngắn. Tức là họ giải trình tự các đoạn ngắn, sau đó lắp ráp các đoạn này với nhau thành đoạn dài để giải trình tự của một hệ gen.
“Để giải trình tự đó thì hiện nay các đơn vị phải sử dụng trình tự tham chiếu mà đã giải trước đó (như trước đó Trung Quốc là quốc gia đã giải trình tự thành công chủng ở Vũ Hán). Sau khi giải các đoạn ngắn xong thì dùng trình tự tham chiếu để lắp lên để thành hệ gen của chủng mà mình đang đi giải trình tự”, GS Trương Nam Hải thông tin.
GS Hải cho biết thêm, cách làm cũ thường mất nhiều thời gian, lại khó để đọc được trọn vẹn hệ gen một cách đầy đủ, do đó có lúc phải sử dụng thêm một trình tự nữa là giải trình tự sanger để đọc đầy đủ nhất hệ gen cần nghiên cứu. Đồng thời, phương pháp tham chiếu hệ gen quốc tế cũng có các lỗi đọc, càng khiến cho việc giải trình tự mất nhiều thời gian hơn.
Việc phân tích được tiến hành dựa trên các trình tự được công bố tại cơ sở dữ liệu của Tổ chức Sáng kiến toàn cầu chia sẻ dữ liệu cúm (GISAID) cho đến ngày 25/8/2020 cho thấy đầy đủ 6 nhóm virus có mặt tại Việt Nam, gồm: L, S, V, G, GR và GH.
Trong số này, các chủng thuộc các nhóm S, L, V đa phần là từ những người trở về từ Trung Quốc hay từ các nước châu Á, nơi có nhiều giao thương với Trung Quốc trong tháng 1 và 2/2020. Trong khi đó, chủng GH đa phần là những trường hợp trở về từ Bắc Mỹ, còn chủng GR từ khu vực châu Âu.
Trong đề tài nghiên cứu này, chủng virus do viện Pasteur TP Hồ Chí Minh cung cấp nằm trong nhóm GH, tức là chủng xuất hiện nhiều ở Bắc Mỹ. Ba chủng do Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương cung cấp thuộc nhóm GR, có nguồn gốc châu Âu, xuất hiện ở Việt Nam từ đợt có nhiều người nhập cảnh vào đầu tháng 3/2020 tại Hà Nội.
Nghiên cứu lần này cũng cho thấy, trên lãnh thổ Việt Nam đã xuất hiện đủ 8 nhóm virus SARS-CoV-2 theo phân loại của GISAID với hàng chục biến thể khác nhau, bao gồm S, L, V, G, GR, GH, GV và GRY.
Viện Công nghệ sinh học cho biết, nghiên cứu giải trình tự gen sẽ góp phần xác định nguồn gốc virus và số lượng nguồn lây (F0) trong các ổ dịch. Đó là cơ sở khoa học quan trọng cho việc xây dựng chiến lược, phương án phòng, chống hiệu quả sự lây lan của virus trong cộng đồng.
Theo GS. Trương Nam Hải, hiện nay, đây là thiết bị duy nhất ở Việt Nam, nó không phải đọc đoạn ngắn, mà đọc đoạn dài.
“Đọc đoạn ngắn thì chỉ đọc 100-200 nucleotide/đoạn thôi, sau đó lắp ráp thành hệ gen đầy đủ. Nhưng giải đoạn dài thì có thể đọc hàng nghìn, hàng chục nghìn nucleotide/đoạn, và việc đọc đoạn dài thì khi lắp ráp để ra một hệ gen nó đơn giản và chính xác hơn, độ chính xác tương đương 99,99%- tức là lỗi đọc hầu như không có, lắp ráp rất nhanh”, GS. Hải nhấn mạnh.
Với ưu thế vượt trội này, thời gian để giải trình tự, lắp ráp, phân tích chỉ mất khoảng 2 ngày là có thể xong hệ gen của một virus.
Sẵn sàng giải trình tự hệ gen SARS-CoV-2 trong điều kiện khẩn cấp
PGS.TS Hà Quý Quỳnh, Trưởng Ban Ứng dụng và triển khai công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam nhấn mạnh, việc nghiên cứu thành công quy trình công nghệ giải mã gen virus SARS-CoV-2 đã góp phần cùng với phác đồ điều trị để Việt Nam có thể dập được dịch.
“Nhờ việc giải mã trình tự gen cùng với truy vết cho phép chúng ta xác định nguồn gốc lây lan của virus – các F0, từ đó chúng ta có cơ sở khoa học để chúng ta khoanh vùng, cách ly số người liên quan và chúng ta cũng có cơ sở khoa học để triển khai các phác đồ điều trị tối ưu”, PGS.TS Hà Quý Quỳnh nhấn mạnh.
Đề tài vừa hoàn thành của các nhà khoa học Viện Công nghệ sinh học sẽ mở ra khả năng giải trình tự hệ gien virus nhanh, chính xác mà không cần dựa vào trình tự gen tham chiếu quốc tế. Từ đây, các nhà khoa học Việt Nam có thể giải trình tự gen với các loại virus gây bệnh mới trong tương lai mà không cần hệ gen tham chiếu.
Đặc biệt, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cũng cho biết, Viện sẵn sàng hợp tác với các đơn vị y tế trong việc giải trình tự hệ gen virus SARS-CoV-2 quy mô lớn trong điều kiện khẩn cấp, thiết yếu, nỗ lực đóng góp vào cuộc chiến chống Covid-19 trên cả nước.