KARYOTYPE: NÓ DÙNG ĐỂ LÀM GÌ, CÁC LOẠI, NÓ ĐƯỢC THỰC HIỆN NHƯ THẾ NÀO, CÁC THAY ĐỔI - SINH HỌC - 2026

Các karyotype là một bức ảnh của bộ hoàn chỉnh các nhiễm sắc thể metaphase rằng chi tiết các khía cạnh của số lượng và cấu trúc của chúng. Ngành khoa học y tế và sinh học liên quan đến nghiên cứu nhiễm sắc thể và các bệnh liên quan được gọi là di truyền tế bào.

Nhiễm sắc thể là cấu trúc mà các gen chứa trong phân tử axit deoxyribonucleic (DNA) được tổ chức. Ở sinh vật nhân chuẩn, chúng được cấu tạo từ chất nhiễm sắc, một phức hợp gồm protein histone và DNA được đóng gói trong nhân của tất cả các tế bào.

Karyotype của con người thu được bằng thuốc nhuộm huỳnh quang (Nguồn: Plociam ~ commonswiki qua Wikimedia Commons

Tế bào của mọi sinh vật trên Trái đất đều có một số nhiễm sắc thể đặc biệt. Ví dụ, vi khuẩn chỉ có một vòng tròn, trong khi con người có 46 tổ chức thành 23 cặp; và một số loài chim có tới 80 nhiễm sắc thể.

Không giống như con người, tế bào thực vật nói chung có nhiều hơn hai bộ nhiễm sắc thể tương đồng (giống hệt nhau). Hiện tượng này được gọi là hiện tượng đa bội.

Tất cả các chỉ dẫn cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của các sinh vật sống, đơn bào hay đa bào, đều có trong các phân tử DNA cuộn trên nhiễm sắc thể. Do đó tầm quan trọng của việc biết cấu trúc và đặc điểm của nó trong một loài hoặc bất kỳ cá thể nào của nó.

Thuật ngữ karyotype được sử dụng lần đầu tiên vào những năm 1920 bởi Delaunay và Levitsky để chỉ tổng các tính chất vật lý đặc trưng của nhiễm sắc thể: số lượng, kích thước và các đặc điểm cấu trúc của chúng.

Kể từ đó, nó được sử dụng với mục đích tương tự trong bối cảnh khoa học hiện đại; và việc nghiên cứu nó đi kèm với nhiều quá trình chẩn đoán lâm sàng các bệnh khác nhau ở người.

Karyotype của con người

Bộ gồm 46 nhiễm sắc thể (23 cặp) tạo nên bộ gen người được gọi là karyotype của con người và được sắp xếp bằng đồ thị theo các đặc điểm như kích thước và kiểu dải, thể hiện rõ nhờ sử dụng các kỹ thuật nhuộm đặc biệt.

Biểu diễn sơ đồ của karyotype người (Nguồn: Mikael Häggström qua Wikimedia Commons)

Trong số 23 cặp nhiễm sắc thể, chỉ có từ 1 đến 22 được sắp xếp theo thứ tự về kích thước. Trong tế bào xôma, tức là ở tế bào không sinh dục, 22 cặp này được tìm thấy và tùy thuộc vào giới tính của cá thể, là nam hay nữ, một cặp nhiễm sắc thể X (nữ) hoặc cặp XY (nam) được thêm vào. .

Các cặp từ 1 đến 22 được gọi là nhiễm sắc thể thường và giống nhau ở cả hai giới (nam và nữ), trong khi các nhiễm sắc thể giới tính, X và Y, là khác nhau.

Karyotype để làm gì?

Tiện ích chính của karyotype là kiến ​​thức chi tiết về tải lượng nhiễm sắc thể của một loài và các đặc điểm của từng nhiễm sắc thể của loài đó.

Mặc dù một số loài là đa hình và đa bội liên quan đến nhiễm sắc thể của chúng, nghĩa là chúng có hình dạng và số lượng thay đổi trong suốt vòng đời của chúng, kiến ​​thức về karyotype thường cho phép chúng ta suy ra nhiều thông tin quan trọng về chúng.

Nhờ karyotype, các thay đổi nhiễm sắc thể trên quy mô lớn liên quan đến các đoạn DNA lớn có thể được chẩn đoán. Ở người, nhiều bệnh hoặc tình trạng khuyết tật tâm thần và các khuyết tật thể chất khác có liên quan đến các bất thường nghiêm trọng về nhiễm sắc thể.

Các loại karyotypes

Karyotypes được mô tả theo ký hiệu được xác nhận bởi Hệ thống Danh pháp Di truyền Tế bào Người Quốc tế (ISCN).

Trong hệ thống này, số lượng được gán cho mỗi nhiễm sắc thể liên quan đến kích thước của nó, và chúng thường được sắp xếp theo thứ tự từ lớn nhất đến nhỏ nhất. Các nhiễm sắc thể được trình bày dưới dạng karyotype như các cặp nhiễm sắc thể chị em với cánh tay nhỏ (p) hướng lên trên.

Các loại karyotype được phân biệt bằng các kỹ thuật được sử dụng để lấy chúng. Thông thường, sự khác biệt nằm ở các kiểu nhuộm hoặc "ghi nhãn" được sử dụng để phân biệt nhiễm sắc thể này với nhiễm sắc thể khác.

Dưới đây là tóm tắt ngắn gọn về một số kỹ thuật được biết đến cho đến nay:

Nhuộm rắn

Trong đó, thuốc nhuộm như Giemsa và orcein được sử dụng để nhuộm các nhiễm sắc thể đồng đều. Nó được sử dụng rộng rãi cho đến đầu những năm 1970, vì chúng là thuốc nhuộm duy nhất được biết đến vào thời điểm đó.

G-band hoặc vết Giemsa

Đây là kỹ thuật được sử dụng nhiều nhất trong di truyền tế bào cổ điển. Nhiễm sắc thể trước đó được tiêu hóa bằng trypsin và sau đó được nhuộm màu. Mô hình các dải thu được sau khi nhuộm là đặc trưng cho từng nhiễm sắc thể và cho phép nghiên cứu chi tiết về cấu trúc của nó.

Có những phương pháp thay thế cho nhuộm Giemsa, nhưng chúng cho kết quả rất giống nhau, chẳng hạn như dải Q và dải R đảo ngược (trong đó dải tối quan sát được là dải sáng thu được với dải G).

Băng tần C cấu tạo

Nó đặc biệt nhuộm chất dị nhiễm sắc, đặc biệt là chất được tìm thấy ở tâm động. Nó cũng làm vấy bẩn một số vật chất trong nhánh ngắn của nhiễm sắc thể hướng tâm và vùng xa của nhánh dài của nhiễm sắc thể Y.

Nhân rộng dải

Nó được sử dụng để xác định nhiễm sắc thể X không hoạt động và liên quan đến việc bổ sung một chất tương tự nucleotide (BrdU).

Vết bạc

Nó đã được sử dụng trong lịch sử để xác định các vùng tổ chức nucleolar có chứa nhiều bản sao của RNA ribosome và chúng được tìm thấy trong các vùng tâm động.

Nhuộm Distamycin A / DAPI

Đây là một kỹ thuật nhuộm huỳnh quang để phân biệt dị nhiễm sắc thể từ nhiễm sắc thể số 1, 9, 15, 16 và với nhiễm sắc thể Y ở người. Nó được sử dụng đặc biệt để phân biệt sự nhân đôi ngược của nhiễm sắc thể số 15.

Lai tại chỗ huỳnh quang (FISH)

Được công nhận là tiến bộ di truyền tế bào vĩ đại nhất sau những năm 1990, đây là một kỹ thuật mạnh mẽ mà nhờ đó có thể phân biệt được sự xóa bỏ qua kính hiển vi. Nó sử dụng các đầu dò huỳnh quang liên kết đặc biệt với các phân tử DNA của nhiễm sắc thể và có nhiều biến thể của kỹ thuật này.

Lai ghép bộ gen so sánh (CGH)

Nó cũng sử dụng các đầu dò huỳnh quang để phân biệt nhãn DNA, nhưng sử dụng các tiêu chuẩn so sánh đã biết.

Các kỹ thuật khác

Các kỹ thuật khác hiện đại hơn không liên quan trực tiếp đến việc phân tích cấu trúc nhiễm sắc thể, mà là nghiên cứu trực tiếp trình tự DNA. Chúng bao gồm các vi phân, giải trình tự và các kỹ thuật khác dựa trên sự khuếch đại PCR (phản ứng chuỗi polymerase).

Karyotype được thực hiện như thế nào?

Có nhiều kỹ thuật khác nhau để thực hiện nghiên cứu nhiễm sắc thể hoặc karyotype. Một số phức tạp hơn những loại khác, vì chúng cho phép phát hiện các thay đổi nhỏ không thể nhận thấy bằng các phương pháp được sử dụng phổ biến nhất.

Phân tích di truyền tế bào để thu được karyotype thường được thực hiện từ các tế bào hiện diện trong niêm mạc miệng hoặc trong máu (sử dụng tế bào lympho). Trong trường hợp các nghiên cứu được thực hiện ở trẻ sơ sinh, mẫu được lấy từ nước ối (kỹ thuật xâm lấn) hoặc từ tế bào máu của thai nhi (kỹ thuật không xâm lấn).

Các lý do tại sao karyotype được thực hiện rất đa dạng, nhưng nhiều khi chúng được thực hiện với mục đích chẩn đoán bệnh tật, nghiên cứu khả năng sinh sản hoặc để tìm ra nguyên nhân của việc phá thai nhiều lần hoặc thai chết lưu và ung thư, trong số các lý do khác.

Các bước để thực hiện kiểm tra karyotype như sau:

1-Lấy mẫu (bất kể nguồn nào).

2-Tách tế bào, một bước cực kỳ quan trọng, đặc biệt là trong mẫu máu. Trong nhiều trường hợp cần phải tách tế bào đang phân chia ra khỏi tế bào đang phân chia bằng thuốc thử hóa học đặc biệt.

3-Tế bào tăng trưởng. Đôi khi cần phải nuôi cấy tế bào trong môi trường nuôi cấy thích hợp để thu được số lượng lớn hơn. Quá trình này có thể mất hơn một vài ngày, tùy thuộc vào loại mẫu.

4-Đồng bộ hóa các ô. Để quan sát đồng thời các nhiễm sắc thể cô đặc trong tất cả các tế bào nuôi cấy, cần phải “đồng bộ hóa” chúng bằng các biện pháp xử lý hóa học làm ngừng phân chia tế bào khi các nhiễm sắc thể nhỏ gọn hơn và do đó có thể nhìn thấy được.

5-Lấy nhiễm sắc thể từ tế bào. Để nhìn thấy chúng dưới kính hiển vi, các nhiễm sắc thể phải được "kéo" ra khỏi tế bào. Điều này thường đạt được bằng cách xử lý chúng bằng các giải pháp làm cho chúng vỡ ra và tan rã, giải phóng các nhiễm sắc thể.

6-Nhuộm màu. Như đã nêu ở trên, nhiễm sắc thể phải được nhuộm màu bằng một trong nhiều kỹ thuật hiện có để có thể quan sát chúng dưới kính hiển vi và thực hiện nghiên cứu tương ứng.

7-Phân tích và đếm. Các nhiễm sắc thể được quan sát chi tiết để xác định danh tính của chúng (trong trường hợp biết trước), các đặc điểm hình thái của chúng như kích thước, vị trí của tâm động và kiểu dải, số lượng nhiễm sắc thể trong mẫu, v.v.

8-Phân loại. Một trong những nhiệm vụ khó khăn nhất đối với các nhà di truyền tế bào là phân loại các nhiễm sắc thể bằng cách so sánh các đặc điểm của chúng, vì cần phải xác định đó là nhiễm sắc thể nào. Điều này là do vì có nhiều hơn một tế bào trong mẫu, nên sẽ có nhiều hơn một cặp nhiễm sắc thể giống nhau.

Bất thường nhiễm sắc thể

Trước khi mô tả các biến đổi nhiễm sắc thể khác nhau có thể tồn tại và hậu quả của chúng đối với sức khỏe con người, cần phải làm quen với hình thái chung của nhiễm sắc thể.

Hình thái nhiễm sắc thể

Nhiễm sắc thể là cấu trúc có vẻ tuyến tính và có hai “nhánh”, một nhánh nhỏ (p) và một nhánh lớn hơn (q), được ngăn cách với nhau bởi một vùng được gọi là tâm động, một vị trí chuyên biệt của DNA tham gia vào quá trình neo trục. nguyên phân trong quá trình phân bào giảm nhiễm.

Tâm động có thể nằm ở trung tâm của hai nhánh p và q, xa tâm hoặc gần một trong các đầu của chúng (trung tâm, cận trung tâm hoặc hướng tâm).

Ở đầu của các nhánh ngắn và dài, các nhiễm sắc thể có “mũ” được gọi là telomere, là các chuỗi DNA đặc biệt giàu TTAGGG lặp lại và có nhiệm vụ bảo vệ DNA và ngăn chặn sự hợp nhất giữa các nhiễm sắc thể.

Vào đầu chu kỳ tế bào, các nhiễm sắc thể được xem như là các nhiễm sắc thể riêng lẻ, nhưng khi tế bào nhân lên, hai nhiễm sắc thể chị em hình thành có chung vật liệu di truyền. Đó là những cặp nhiễm sắc thể được nhìn thấy trong các bức ảnh karyotype.

Nhiễm sắc thể có các mức độ "đóng gói" hoặc "ngưng tụ" khác nhau: dị nhiễm sắc là dạng cô đặc nhất và không hoạt động phiên mã, trong khi euchromatin tương ứng với vùng lỏng lẻo nhất và hoạt động phiên mã.

Trong karyotype, mỗi nhiễm sắc thể được phân biệt, như đã nêu ở trên, theo kích thước, vị trí tâm động của nó và kiểu dải khi được nhuộm bằng các kỹ thuật khác nhau.

Bất thường nhiễm sắc thể

Từ quan điểm bệnh lý, những thay đổi nhiễm sắc thể cụ thể có thể được chỉ định thường xuyên được quan sát thấy trong các quần thể người, mặc dù động vật, thực vật và côn trùng khác không được miễn trừ với những thay đổi này.

Sự bất thường thường liên quan đến sự mất đoạn và nhân đôi của các vùng của một nhiễm sắc thể hoặc toàn bộ nhiễm sắc thể.

Những khuyết tật này được gọi là thể dị bội, là những thay đổi nhiễm sắc thể liên quan đến việc mất hoặc đạt được một nhiễm sắc thể hoàn chỉnh hoặc các phần của nó. Những tổn thất được gọi là những khối u đơn và những tổn thất được gọi là những khối u trisomies, và rất nhiều trong số chúng gây tử vong cho những bào thai đang phát triển.

Cũng có thể có trường hợp đảo đoạn nhiễm sắc thể, trong đó trật tự của trình tự gen thay đổi do sự đứt gãy đồng thời và sửa chữa sai lầm của một số vùng của nhiễm sắc thể.

Chuyển đoạn cũng là sự thay đổi nhiễm sắc thể liên quan đến sự thay đổi một phần lớn nhiễm sắc thể được trao đổi giữa các nhiễm sắc thể không tương đồng và có thể tương hỗ hoặc không tương hỗ.

Ngoài ra còn có những thay đổi liên quan đến tổn thương trực tiếp đến trình tự gen chứa trong DNA nhiễm sắc thể; và thậm chí có một số liên quan đến ảnh hưởng của các "dấu hiệu" bộ gen mà vật chất được thừa hưởng từ một trong hai bố mẹ có thể mang theo.

Các bệnh ở người được phát hiện bằng karyotype

Phân tích di truyền tế bào về sự thay đổi nhiễm sắc thể trước và sau khi sinh là điều cần thiết để chăm sóc lâm sàng toàn diện cho trẻ sơ sinh, bất kể kỹ thuật được sử dụng cho mục đích này là gì.

Hội chứng Down là một trong những bệnh lý được phát hiện phổ biến nhất từ ​​nghiên cứu karyotype, và nó liên quan đến sự không tiếp giáp của nhiễm sắc thể 21, đó là lý do tại sao nó còn được gọi là tam nhiễm sắc thể 21.

Karyotype của một người bị tam nhiễm trên nhiễm sắc thể 21 (Nguồn: Chương trình Bộ gen người của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Qua Wikimedia Commons)

Một số loại ung thư được phát hiện bằng cách nghiên cứu karyotype, vì chúng có liên quan đến sự thay đổi nhiễm sắc thể, đặc biệt là việc xóa hoặc sao chép các gen liên quan trực tiếp đến quá trình gây ung thư.

Một số loại tự kỷ nhất định được chẩn đoán từ phân tích karyotype và sự nhân đôi của nhiễm sắc thể số 15 đã được chứng minh là có liên quan đến một số tình trạng này ở người.

Trong số các bệnh lý khác liên quan đến sự mất đoạn trên nhiễm sắc thể số 15 là hội chứng Prader-Willi, gây ra các triệu chứng như thiếu trương lực cơ và thiếu hụt hô hấp ở trẻ sơ sinh.

Hội chứng “mèo khóc” (từ tiếng Pháp cri-du-chat) ngụ ý việc mất đoạn ngắn của nhiễm sắc thể số 5 và một trong những phương pháp trực tiếp nhất để chẩn đoán nó là thông qua nghiên cứu di truyền tế bào của karyotype.

Sự chuyển vị của các bộ phận giữa nhiễm sắc thể số 9 và 11 đặc trưng cho bệnh nhân mắc chứng rối loạn lưỡng cực, đặc biệt liên quan đến sự phá vỡ gen trên nhiễm sắc thể 11. Các khuyết tật khác trên nhiễm sắc thể này cũng đã được quan sát thấy trong các dị tật bẩm sinh khác nhau.

Theo một nghiên cứu được thực hiện bởi Weh và cộng sự vào năm 1993, hơn 30% bệnh nhân mắc bệnh đa u tủy và bệnh bạch cầu tế bào plasma có karyotype với nhiễm sắc thể có cấu trúc sai hoặc bất thường, đặc biệt là trên nhiễm sắc thể 1, 11 và 14. .

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Sinh học Tế bào cần thiết. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Battaglia, E. (1994). Nucleosome và nucleotype: một chỉ trích về mặt thuật ngữ. Caryologia, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Hội chứng tuyến giáp tự miễn ở phụ nữ mắc hội chứng Turner - mối liên quan với karyotype. Nội tiết lâm sàng, 223–226.
4. Fergus, K. (2018). Rất khỏe. Lấy từ www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., & Amor, D. (2018). Gardner và Sutherland's Bất thường nhiễm sắc thể và Tư vấn di truyền (xuất bản lần thứ 5). New York: Nhà xuất bản Đại học Oxford.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). Giới thiệu về Phân tích Di truyền (Xuất bản lần thứ 8). Freeman, WH & Công ty.
7. Rodden, T. (2010). Di truyền học cho người giả (xuất bản lần thứ 2). Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y., … Ried, T. (1996). Karyotyping phổ nhiều màu của nhiễm sắc thể người. Khoa học, 273, 494-498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, & Velculescu, VE (2002). Karyotyping kỹ thuật số. PNAS, 99 (25), 16156-16161.