Đang tải... (xem toàn văn)
Trong thập kỷ gần đây, sinh học phân tử đã trở thành một công cụ mạnh mẽ, không thể thiếu trong việc chẩn đoán và nghiên cứu các vi sinh vật gây bệnh1. Các phương pháp sinh học phân tử như PCR (Polymerase Chain Reaction), sequencing, và microarrays đã mở ra cánh cửa mới cho việc phát hiện nhanh chóng và chính xác các loại vi sinh vật gây bệnh, từ vi khuẩn, virus đến nấm.
i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC CẦN THƠ BỘ MÔN VI SINH Chuyên đề ỨNG DỤNG SINH HỌC PHÂN TỬ TRONG CHẨN ĐOÁN VI SINH VẬT GÂY BỆNH Lớp: CAO HỌC KỸ THUẬT XÉT NGHIỆM Y HỌC Khoá: 2022 - 2024 MSHV: 22860112077 Người hướng dẫn: TS.BS NGUYỄN THỊ HẢI YẾN Người thực hiện: NGUYỄN VĂN GIÊM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC CẦN THƠ NGUYỄN VĂN GIÊM Chuyên đề ỨNG DỤNG SINH HỌC PHÂN TỬ TRONG CHẨN ĐOÁN VI SINH VẬT GÂY BỆNH Chuyên ngành: Kỹ thuật Xét nghiệm y học Người hướng dẫn: TS.BS Nguyễn Thị Hải Yến Cần Thơ, 2023 iii MỤC LỤC Trang MỤC LỤC iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC HÌNH ẢNH v Giới thiệu .1 Sinh học phân tử phương pháp chẩn đoán 2.1 Tổng quan sinh học phân tử 2.2 Lịch sử phát triển sinh học phân tử .3 2.3 Phản ứng Chuỗi Polymerase (PCR) .4 2.4 Một số phương pháp chẩn đoán sinh học phân tử Các bệnh nhiễm trùng vi sinh vật gây bệnh 10 3.1 Vi khuẩn 10 3.2 Virus 13 3.3 Nấm 16 Thách thức hạn chế 20 4.1 Độ xác 20 4.2 Chi phí 21 4.3 Vấn đề đạo đức pháp lý 21 Nghiên cứu tình ứng dụng thực tế 21 5.1 Nghiên cứu tình 1: Chẩn đốn nhiễm trùng huyết Escherichia coli 21 5.2 Nghiên cứu tình 2: Xác định vi sinh vật gây viêm phổi 22 Tương lai sinh học phân tử chẩn đoán .23 6.1 CRISPR-Cas9 Biên đổi gen .23 6.2 Sequencing Thế hệ (NGS) 24 6.3 Trí tuệ nhân tạo (AI) 24 6.4 Tác động đến chẩn đoán điều trị 24 6.5 Thách thức 24 Kết luận .24 7.1 Tóm tắt .24 7.2 Đề xuất .25 TÀI LIỆU THAM KHẢO .27 Sách Tạp chí 27 Tài liệu trực tuyến 29 iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Việt PCR Phản ứng chuỗi polymerase DNA Phân tử deoxyribonucleic acid RNA Phân tử ribonucleic acid NGS Kỹ thuật sequencing hệ HIV Virus HIV v DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1: Ứng dụng sinh học phân tử Hình 2.1: Chu trình nhiệt quy trình PCR Hình 2.2: Quy trình DNA sequencing Hình 2.3: Một ví dụ microarray .9 Hình 3.1: Cấu trúc vi khuẩn 10 Hình 3.2: Cấu trúc virus .14 Hình 3.3: Hình ảnh virus SARS-CoV-2 từ kính hiển vi điện tử 15 Hình 3.4: Nấm Candida kính hiển vi .17 Hình 3.5: Nấm Aspergillus kính hiển vi 18 Hình 3.6: Hình ảnh nấm phổi qua Xquang 20 Hình 6.1 Hình ảnh minh họa tiến công nghệ lĩnh vực khoa học sức khoẻ 23 1 Giới thiệu Trong thập kỷ gần đây, sinh học phân tử trở thành công cụ mạnh mẽ, thiếu việc chẩn đoán nghiên cứu vi sinh vật gây bệnh[1] Các phương pháp sinh học phân tử PCR (Polymerase Chain Reaction), sequencing, microarrays mở cánh cửa cho việc phát nhanh chóng xác loại vi sinh vật gây bệnh, từ vi khuẩn, virus đến nấm Hình 1.1: Ứng dụng sinh học phân tử Nguồn ảnh: https://login.medlatec.vn//ImagePath/images/20211210/2021 1210_xet-nghiem-pcr-1.jpeg Sự tiến công nghệ kỹ thuật sinh học phân tử giúp cải thiện đáng kể khả chẩn đốn phịng ngừa bệnh tật Trong q khứ, việc xác định vi sinh vật gây bệnh thường nhiều thời gian cơng sức, địi hỏi phương pháp ni cấy truyền thống phân tích hóa học phức tạp[2] Tuy nhiên, với hỗ trợ sinh học phân tử, việc trở nên nhanh chóng hiệu nhiều Một ứng dụng tiêu biểu sinh học phân tử lĩnh vực y học phương pháp PCR Đây kỹ thuật mạnh mẽ cho phép nhân lên nhanh chóng đoạn DNA cụ thể từ lượng mẫu nhỏ, chí từ tế bào Nhờ vào đó, nhà nghiên cứu bác sĩ xác định cách xác vi sinh vật gây bệnh, đánh giá mức độ nhiễm trùng đề xuất phác đồ điều trị phù hợp[3] Tuy nhiên, công nghệ khác, sinh học phân tử khơng phải lúc hồn hảo Có thách thức cụ thể mà lĩnh vực phải đối mặt, bao gồm vấn đề chi phí, độ xác, vấn đề đạo đức pháp lý liên quan đến việc sử dụng thông tin genetí Tuy nhiên, với tiến khơng ngừng nghiên cứu phát triển công nghệ, sinh học phân tử mở triển vọng cho việc chẩn đoán điều trị bệnh tật Sinh học phân tử phương pháp chẩn đoán 2.1 Tổng quan sinh học phân tử 2.1.1 Khái niệm Sinh học phân tử lĩnh vực bật khoa học sinh học đại Để hiểu rõ nó, ta cần nắm bắt khái niệm chế hoạt động liên quan đến Sinh học phân tử định nghĩa ngành khoa học nghiên cứu cấu trúc, chức năng, trình tương tác phân tử di truyền DNA, RNA protein Mục tiêu sinh học phân tử giải mã hiểu rõ chế hoạt động tế bào sinh vật mức độ phân tử Các phân tử sinh học phân tử DNA (Deoxyribonucleic acid): Được biết đến phân tử di truyền chính, chứa thơng tin genet hướng dẫn việc tổng hợp protein RNA (Ribonucleic acid): Phân tử có vai trị truyền đạt thơng tin từ DNA hỗ trợ trình tổng hợp protein Protein: Là sản phẩm trình biểu gen thực nhiều chức quan trọng thể Ứng dụng sinh học phân tử Khả giải mã can thiệp vào di truyền giúp cho sinh học phân tử có ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, từ y học, nơng nghiệp biotechnologies Ví dụ, việc sửa đổi gen giúp tạo loại trồng chịu hạn, chịu sâu bệnh giúp phát triển phương pháp điều trị cho bệnh di truyền[2] 2.1.2 Mối liên kết sinh học phân tử ngành khoa học khác Sự kết hợp sinh học phân tử ngành khoa học khác hóa học, vật lý mở triển vọng việc nghiên cứu phát triển giải pháp cho vấn đề sinh học Hóa học phân tử giúp hiểu rõ cấu trúc tính chất phân tử di truyền, vật lý sinh học phân tử giúp giải mã chế vận động tương tác chúng mức độ nguyên tử[3] 2.1.3 Lịch sử phát triển sinh học phân tử Để hiểu rõ Sinh học phân tử, việc nhìn lại lịch sử phát triển giúp ta biết kiện, phát quan trọng làm nên tảng cho ngành khoa học Bình minh Sinh học phân tử Dù ngày thường nghĩ sinh học phân tử ngành khoa học thời đại, nhiều ý tưởng khởi xướng từ năm đầu kỷ 20 Frederick Griffith vào năm 1928 phát tượng "chất dẫn truyền" vi khuẩn, mở hướng nghiên cứu chế truyền đạt thông tin di truyền[7] Phát cấu trúc DNA Là phát lớn lịch sử sinh học phân tử, James Watson Francis Crick vào năm 1953 mô tả cấu trúc xoắn ốc kép DNA, giải thích chế lưu trữ chép thơng tin di truyền Cơng nghệ giải trình tự DNA Với đời cơng nghệ giải trình tự DNA vào năm 1970 dự án genôm người vào năm 1990, sinh học phân tử bước vào kỷ nguyên mới, cho phép nhà khoa học giải mã toàn bộ gen nhiều loài sinh vật, bao gồm người[8] Sinh học phân tử kỷ 21 Cùng với phát triển công nghệ, công nghệ CRISPRCas9 cho chỉnh sửa gen, sinh học phân tử mở triển vọng việc nghiên cứu ứng dụng khoa học Những phát kiến việc sử dụng RNA làm thuốc ứng dụng chỉnh sửa gen y học chứng tỏ tầm quan trọng sinh học phân tử việc định hình tương lai y học biotechnologies[9] 2.1.4 Phản ứng Chuỗi Polymerase (PCR) Phản Ứng Chuỗi Polymerase (PCR) phát minh đột phá, cách mạng hóa lĩnh vực sinh học phân tử y học từ thập kỷ 1980[4] Phương pháp cho phép nhân lên hàng triệu chí hàng tỷ đoạn DNA cụ thể khoảng thời gian ngắn, từ mở khả phân tích nghiên cứu mẫu gen cách xác hiệu Hình 2.1: Chu trình nhiệt quy trình PCR Nguồn ảnh: https://genesmart.vn/source_sample/upload/images/PCRprotocol.png Nguyên lý quy trình