Xem mẫu
- Dấu vân tay DNA
1. DNA
DNA (Deoxyribonucleic acid) là chất hoá
học góp phần chính tạo nên nhiễm sắc
thể. Một phần nhất định của nhiễm sắc
thể quy định cho một tính trạng được
gọi là một gen. Về mặt cấu trúc DNA là
một chuỗi xoắn kép bao gồm hai sợi
đơn xoắn quanh nhau. Mỗi sợi chứa một
trình tự các base (còn được gọi là
nucleotide). Có bốn loại base là Adenin,
Guanin, Cytosine và Thymin.
- Hai sợi DNA liên kết
với nhau qua từng base. Mỗi base chỉ với
một base nhất định khác: Adenin (A) chỉ
liên kết với Thymine (T) còn Guanin (G)
chỉ liên kết với Cytosine (C). Giả sử có
một sợi đơn như sau:
A-A-C-T-G-A-T-A-G-G-T-C-T-A-G
Sợi liên kết với nó sẽ có trình tự:
T-T-G-A-C-T-A-T-C-C-A-G-A-T-C
Sợi kép DNA sẽ là:
T-T-G-A-C-T-A-T-C-C-A-G-A-T-C
A-A-C-T-G-A-T-A-G-G-T-C-T-A-G
Trình tự DNA được đọc theo một chiều
cố định, từ phía đầu (gọi là đầu 5’) tới
- phía cuối (gọi là đầu 3’). Trong một
chuỗi kép hai sợi đơn có chiều ngược
nhau .
5' T-T-G-A-C-T-A-T-C-C-A-G-A-T-C 3'
3' A-A-C-T-G-A-T-A-G-G-T-C-T-A-G 5'
Cấu trúc hoá học của DNA được minh
họa ở hình sau:
2. DNA Fingerprinting là gì?
DNA của tất cả mọi sinh vật đều giống
nhau. Sự khác nhau duy nhấtgiữa các cá
thể trong cùng một loài là trình tự các
cặp base. Có hàng tỉ cặp base trong DNA
của mỗi cá nhân, do đó trình tự base ở
mọi người là khác nhau.
Mọi cá thể có thể được nhận dạng duy
nhất dựa trên trình tự các cặp base của
họ. Tuy nhiên, do có hàng tỷ cặp base
nên công việc sẽ vô cùng khó khăn. Thay
- vào đó các nhà khoa học có thể sử dụng
một phương pháp ngắn hơn, đơn giản
hơn nhiều dựa vào các mô hình lặp lại
trong DNA.
Các mô hình lặp lại không biểu diễn
“dấu vân tay” của một cá thể nhưng
chúng có thể khẳng định được rằng liệu
hai mẫu DNA là từ một người, từ hai
người có liên quan huyết thống hay từ
hai người không có quan hệ gì. Các nhà
khoa học sử dụng một số lượng nhỏ các
trình tự DNA có sựbiến đổi giữa các cá
thể để phân tích những khả năng liên hệ
có thể có.
3. DNA Fingerprinting được tiến hành
như thế nào ?
3.1. Southern Blot
Southern Blot là một phương pháp phân
tích các mô hình di truyền trong DNA
- của mỗi cá nhân. Các bước thực hiện
Southern Blot bao gồm:
3.1.1 Tách chiết DNA cần làm rõ từ mẫu
như mô, máu, huyết thanh ... Công việc
này có thể tiến hành hoặc theo phương
pháp hoá học hoặc theo các biện pháp sử
dụng máy móc.
3.1.2 Cắt DNA thành các đoạn nhỏ với
kích thước khác nhau bằng cách sử dụng
một hay nhiều Enzymgiới hạn.
3.1.3 Sắp xếp các đoạn theo kích thước.
Quá trình trong đó các kích thước khác
nhau được phân tách gọi là điện di trên
gel (thạch). DNA được rót vào các giếng
trong gel, sau đó bản gel được đặt vào
một điện trường sao cho các giếng có
chứa DNA nằm ở phía cực âm. Vì DNA
tích điện âm nên khi đặt vào điện trường
- các đoạn DNA sẽ di chuyển về phía cực
dương. Đoạn DNA càng nhỏ thì sẽ di
chuyển càng nhanh và do đó sau cùng
một thời gian di chuyển thì sẽ đi được
một quãng đường xa hơn so với những
đoạn lớn hơn. Như vật trên điện di đồ
người ta có thể phân tách được các trình
tự DNA theo kích thước.
3.1.4 Biến tính DNA làm cho các phân tử
DNA từ dạng mạch kép trở thành dạng
mạch đơn. Quá trình này có thể thực
hiện hoặc bằng nhiệt độ hoặc bằng các
hoá chất.
3.1.5 Thấm DNA (Blotting the DNA).
Bản gel, trên đó có DNA đã được phân
tách theo kích thước, được áp vào màng
nitrocellulose rồi nén chặt cho DNA dính
lên màng. Lúc này DNA đã sẵn sàng để
được phân tích.
- Để phân tích Southern Blot người ta sử
dụng các mồi đánh dấu phóng xạ trong
phản ứng lai với DNA nghi vấn. Sau khi
mẫu dò đã lai với DNA mạch đơn trên
màng nitrocellulose người ta chiếu tia X
và khi đó chỉ có những vùng có mẫu dò
bám vào mới hiển thị trên phim. Điều
này giúp các nhà nghiên cứu nhận diện
mô hình di truyền của từng cá nhân.
3.2. Tạo các mẫu dò phóng xạ
3.2.1 Dùng enzym DNA polymerase để
tổng hợp mẫu dò phóng xạ. Đầu tiên
cho DNA dùng để làm mẫu dò vào ống.
3.2.2 Tạo ra các "vết khía", hay nói cách
khác là các chỗ đứt dọc theo chiều dài
của DNA cần tạo mẫu dò. Tiếp theo bổ
xung các nucleotide tự do trong đó có các
nucleotide, chẳng hạn nucleotide C, đã
được đánh dấu phóng xạ.
- 3.2.3 Cho DNA polymerase vào ống và
ngay lập tức chúng bám vào các vết cắt.
3.2.4 DNA polymerase bắt đầu sửa chữa
DNA theo chiều 5' - 3'. Enzym này phá
huỷ các liên kết phía trước nó (hoạt tính
exonuclease 5' - 3') và thay bằng các
nucleotide mới (hoạt tính DNA
polymerase). Khi các nucleotide C đánh
dấu phóng xạ liên kết với các nucleotide
G trên. Kết quả là DNA ban đầu trở
thành DNA đánh dấu phóng xạ.
3.2.5 DNA này sau đó được bằng nhiệt
độ làm biến tính sợi kép thành hai sợi
đơn. Trong hai sợi đơn sẽ có một sợi
được đánh dấu phóng xạ còn sợi kia thì
không. Sợi đánh dấu phóng xạ lúc này
được gọi là mẫu dò và đã sẵn sàng cho
công việc tiếp theo.
- 3.3. Phản ứng lai phân tử
3.3.1 Lai phân tử là quá trình kết hợp lại
của hai mạch đơn DNA. Cơ sở của việc
lai phân tử là các mối liên kết hydro giữa
các base trên hai mạch. Giữa một base A
và một base T hình thành hai liên kết
hydro còn giữa G và C hình thành ba liên
kết.
3.3.2 Để tiến hành phản ứng lai phân tử
trước hết DNA mạch kép phải được
biến tính. Đó là một quá trình trong đó
các liên kết hydro của mạch DNA kép
ban đầu bị phá vỡ giải phóng hai mạch
đơn với toàn bộ các base sẵn sàng tiếp
nhận các liên kết hydro mới.
3.3.3 Khi các DNA đã được biến tính,
các mẫu dò mà bản chất là các đoạn
DNA sợi đơn đánh dấu phóng xạ có thể
được sử dụng để xem liệu trên đoạn
- DNA đó có chứa trình tự bổ xung với
trình tự của mẫu dò hay không. DNA và
mẫu dò được trộn với nhau trong một túi
nhựa cùng dung dịch muối phù hợp. Túi
nhựa được lắc trên máy lắc để tạo điều
kiện tốt cho các trình tự chuyển động và
gặp nhau. Khi các mẫu dò tìm được trình
tự phù hợp chúng sẽ liên kết với trình tự
đó.
3.3.4 Sự tương hợp giữa mẫu dò và
DNA trên thực tế không nhất thiết phải
hoàn toàn chính xác. Các trình tự mẫu dò
ở những độ sai khác nhất định vẫn có
thể bám vào DNA cho dù sự tương hợp
không cao. Lẽ dĩ nhiên, độ tương hợp
càng thấp thì càng có ít mối liên kết
hydro giữa mẫu dò và DNA mạch đơn.
Người ta có thể tính toán được khả năng
các mẫu dò có độ tương hợp thấp bám
- vào DNA bằng cách thay đổi nhiệt độ
của phản ứng lai hay thay đổi lượng
muối trong dung dịch đệm.
4. VNTRs (Các trình tự lặp lại đa
dạng về số lượng)
Tất cả các sợi DNA đều có những đoạn
chứa thông tin di truyền của sinh vật
được gọi là các exon và những đoạn
dường như không chứa thông tin di
truyền gọi là các intron. Mặc dù các
intron có vẻ như vô dụng nhưng chúng
có chứa các trình tự base lặp lại. Những
trình tự này, được gọi là Các trình tự lặp
lại đa dạng về số lượng (VNTRs), có
thể xuất hiện ở mọi chỗ với kích thước
trong khoảng từ 20 đến 100 cặp base.
Mỗi người đều có một số lượng các
VNTR. Để xác định dạng VNTR đặc
- trưng của mỗi cá thể người ta tiến hành
phản ứng Southern Blot, sau đó sản
phẩm từ Southern Blot được đem lai với
các mẫu dò trong phản ứng lai phân tử.
Mẫu dò được sử dụng là một phiên bản
đánh dấu phóng xạ của trình tự lặp lại
(VNTR) nghi vấn. Mô hình di truyền có
được sau quá trình như vậy thường
được gọi là Ỏ Dấu vân tay DNA Õ.
Mỗi mô hình VNTR của một cá thể xác
định lại được bắt nguồn từ thông tin di
truyền nhận được từ bố mẹ của cá thể
đó. Có thể là của bố, của mẹ hay là một
sự kết hợp từ cả hai nguồn nhưng không
bao giờ có trường hợp cá thể không
nhận được VNTR của cả bố cũng như
mẹ. Hình dưới minh họa các mô hình
VNTR của một gia đình. Các băng mầu
xanh là của người mẹ còn các băng mầu
- vàng là của người bố. Mẫu D1 là con gái
của hai vợ chồng, mẫu D2 là con của bà
Nguyễn và người chồng cũ, mẫu S1 là
con trai của hai vợ chồng còn mẫu S2 là
con nuôi của họ. Ta thấy ở mẫu D1 và
S1 nhận được các băng xanh và vàng với
kích thước tương ứng với một số băng
của bố và mẹ, mẫu D2 có các băng mầu
xanh của người mẹ còn mẫu S2 không
có băng nào như vậy.
Do các mô hình VNTR được di truyền
nên mô hình này ở mỗi người đều ít
nhiều mang tính duy nhất. Càng nhiều
mẫu dò được sử dụng để phân tích trong
phản ứng lai phân tử thì mô hình VNTR
(dấu vân tay DNA) càng có tính riêng
biệt cũng như càng được cá nhân hoá.
5. Các ứng dụng của DNA
Fingerprinting
- 5.1 Xác định mối quan hệ huyết
thống.
Bởi vì mỗi người thừa hưởng mô hình
VNTR từ bố mẹ nên VNTR có thể được
sử dụng để xem xét mối quan hệ huyết
thống. Các mô hình này cũng đủ đặc
hiệu để có thể tái xây dựng VNTR của
bố mẹ nếu biết các mô hình VNTR của
con cái. Dĩ nhiên càng có nhiều “Dấu
vân tay DNA” của con cái thì càng thuận
lợi trong việc xây dựng VNTR của bố
mẹ cũng như mức độ tin cậy của mô
hình VNTR được xây dựng càng cao.
Việc phân tích các mô hình VNTR giữa
bố mẹ – con cái đã được áp dụng trong
thực tế để giải quyết các trường hợp
xác định huyết thống thông thường cũng
như các trường hợp phức tạp hơn như
xác định quốc tịch, con rơi.
- 5.2 Nhận dạng tội phạm và khoa học
hình sự
DNA thu được từ các tế bào máu, tóc, da
hay những bằng chứng di truyền khác
mà tội phạm bỏ lại ở hiện trường được
đem so sánh với các mẫu VNTR từ DNA
của những người bị tình nghi, từ đó xác
định được người đó phạm tội hay vô
can. Các mô hình VNTR cũng rất hữu ích
trong việc xác định thân phận nạn nhân
trong các trường hợp giết người, hoặc
từ DNA bằng chứng được tìm thấy
hoặc từ chính cơ thể nạn nhân.
5.3 Xác định đặc trưng cá thể
Khái niệm về việc sử dụng Dấu vân tay
DNA như một loại mã di truyền có tính
pháp lý để nhận nhận dạng các cá nhân
đã được thảo luận nhiều, tuy nhiên trong
một tương lai dự đoán được thì điều này
- khó trở thành hiện thực. Công nghệ này
đòi hỏi việc tách chiết DNA, lưu giữ
trong file và sau đó phân tích hàng triệu
mô hình VNTR. Làm như vậy vừa tốn
kém vừa phi thực tế. Các phương án
khác như chứng minh nhân dân, ảnh,
dấu vân tay ... có nhiều ưu điểm hơn và
trên thực tế việc dùng chúng để xác định
cá thể là sự lựa chọn hợp lý hơn.
6. Những vấn đề thường gặp
Cũng giống như nhiều vấn đề khác
trong thế giới khoa học, các khía cạnh
của DNA Fingerprinting cũng không
được bảo đảm 100%. Thuật ngữ DNA
Fingerprinting (Dấu vân tay DNA) nếu
chỉ xét theo nghĩa ngôn ngữ là không
chính xác. Nếu dùng thuật ngữ này tức
là giống như dấu vân tay các mô hình
VNTR của một cá thể phải là duy nhất
- của cá thể đó. Thực ra tất cả những gì
mà một mô hình VNTR có thể đưa ra chỉ
là khả năng một cá thể nghi vấn có đúng
là cá thể (một đứa trẻ, một dấu vết của
tội phạm ...) đã cung cấp mô hình VNTR
hay không.
6.1 Độ tin cậy
Khả năng một dấu vân tay DNA thuộc
về một cá thể xác định đặc biệt cần độ
chính xác cao trong các trường hợp tội
phạm, lĩnh vực mà một sai sót nhỏ có
thể huỷ hoại cuộc đời của một con
người. Việc sử dụng các mô hình VNTR
hiếm gặp hay kết hợp nhiều mô hình
VNTR để tạo ra một mô hình VNTR
cần thiết sẽ làm tăng độ tin cậy trong
việc kết luận hai mẫu DNA phù hợp
thực sự (tức là loại bỏ được nhiều
trường hợp hai mẫu DNA có vẻ giống
- nhau nhưng thực ra chúng không phải là
của một người) hay có mối liên quan
(trong các trường hợp xác định huyết
thống).
6.2 Di truyền học quần thể
Bởi vì các VNTR là kết quả của sự kế
thừa di truyền nên chúng không được
phân bố chéo qua tất cả các quần thể
người. MộtVNTR nhất định do đó không
thể có một xác suất xuất hiện ổn định
mà nó sẽ thay đổi phụ thuộc vào nền
tảng di truyền của mỗi cá thể. Sự khác
nhau trong các xác suất xuất hiện của
một VNTR nhất định tỏ ra đặc biệt rõ
ràng giữa các chủng tộc. Một vài VNTR
xuất hiện thường xuyên ở chủng người
Tây Ban Nha lại rất hiếm khi xuất hiện
ở chủng người Cáp ca hay chủng người
Phi-Mỹ. Hiện nay người ta vẫn chưa
- biết đủ về tần số phân bố VNTR giữa
các dân tộc để khẳng định một cách
chính xác những nét riêng biệt của
chúng. Thành phần di truyền hỗn tạp
của một số lượng lớn các cá thể lai tạo
ra một bộ các câu hỏi hoàn toàn mới.
Các thí nghiệm xa hơn trong lĩnh vực di
truyền học quần thể đã và đang bị cản
trở rất nhiều do những tranh cãi, những
cuộc bút chiến xung quanh ý kiến về
việc nhận dạng cá thể dựa vào những
bất thường di truyền.
6.3 Những khó khăn về ký thuật
Xác suất xảy ra những sai sót trong các
quá trình lai phân tử cũng như bắt cặp
với mẫu dò cần phải được làm sáng tỏ.
Lẽ dĩ nhiên các sai sót không được chấp
nhận. Tất cả mọi người đều cho rằng
một người vô tội không thể bị tống vào
- tù, một tên tội phạm không được phép
nhởn nhơ trên đường phố hay một
người mẹ phải được quyền nuôi nấng
đứa con của mình. Tất cả những điều
như vậy lại phụ thuộc vào người kỹ
thuật viên. Nếu anh ta tiến hành thí
nghiệm một cách cẩn thận thì mọi việc
sẽ tốt đẹp và ngược lại. Giả sử như khi
chỉ có một lượng DNA mẫu rất nhỏ thì
người kỹ thuật viên phải làm thật thận
trọng, hay như trong thí nghiệm có phản
ứng nhân gen nếu gen được nhân lên là
gen từ tế bào da của người làm thí
nghiệm rơi vào thì kết qủa sẽ hoàn toàn
sai. Cho đến nay các tiêu chuẩn để
khẳng định sự trùng hợp của dấu vân tay
DNA, dùng trong phòng thí nghiệm để
làm giảm các sai sót, vẫn chưa được
soạn thảo nghiêm ngặt và toàn thể.
Chính vì điều này nên dấu vân tay DNA
nguon tai.lieu . vn