DI TRUYỀN HỌC TẾ BÀO: LỊCH SỬ, NHỮNG GÌ NÓ NGHIÊN CỨU, KỸ THUẬT, ỨNG DỤNG - SINH HỌC - 2026

Di truyền tế bào là nghiên cứu về hình thái, cấu trúc và chức năng của nhiễm sắc thể, bao gồm những thay đổi của chúng trong quá trình phân chia tế bào xôma, hoặc nguyên phân, và trong quá trình phân chia tế bào sinh sản, hoặc nguyên phân.

Tế bào học cũng nghiên cứu các yếu tố gây ra thay đổi nhiễm sắc thể, bao gồm các yếu tố bệnh lý, xuất hiện từ thế hệ này sang thế hệ khác và các yếu tố tiến hóa, tác động qua nhiều thế hệ.

Nguồn: pixabay.com

Lịch sử

Những năm và sự kiện đáng nhớ trong lịch sử di truyền tế bào như sau:

- Năm 1842, Karl Wilhelm von Nägeli quan sát thấy "tế bào gốc thoáng qua", sau này được gọi là nhiễm sắc thể.

- Năm 1875, Eduard Strasburger đã xác định được nhiễm sắc thể ở thực vật. Năm 1979, Walther Flemming đã làm điều đó trên động vật. Flemming đặt ra các thuật ngữ chromatin, prophase, metaphase, anaphase và telophase.

- Năm 1888, W. Waldeyer đặt ra thuật ngữ nhiễm sắc thể.

- Năm 1893, Oscar Hertwig xuất bản văn bản đầu tiên về di truyền học tế bào.

- Năm 1902, Theodor Boveri và Walter Sutton phát hiện ra các nhiễm sắc thể tương đồng.

- Năm 1905, Nettie Stevens đã xác định được nhiễm sắc thể Y.

- Năm 1937, Albert Blakeslee và AG Avery đã dừng quá trình chuyển hóa bằng colchicine, tạo điều kiện thuận lợi rất nhiều cho việc quan sát nhiễm sắc thể.

- Năm 1968, Torbjörn Caspersson và các cộng sự đã mô tả các dải Q. Năm 1971, Bernard Dutrillaux và Jerome Lejeune mô tả các dải R.

- Năm 1971, các dải C đã được thảo luận tại một hội nghị về danh pháp nhiễm sắc thể ở người.

- Năm 1975, C. Goodpasture và SE Bloom đã mô tả phương pháp nhuộm Ag-NOR.

- Năm 1979, Jorge Yunis mô tả các phương pháp phân giải cao cho các băng tần G.

- Năm 1986–1988, Daniel Pinkel và Joe Grey đã phát triển kỹ thuật FISH (lai huỳnh quang tại chỗ).

- Năm 1989, Hermann - Josef Lüdecke cắt nhiễm sắc thể vi mô.

- Năm 1996, Evelyn Schröck và Thomas Ried đã mô tả kiểu gõ karyotypic quang phổ đa sắc.

Khám phá ở người

Năm 1914, Theodor Boveri cho rằng ung thư có thể do sự thay đổi nhiễm sắc thể. Năm 1958, Charles E. Ford đã quan sát thấy những bất thường về nhiễm sắc thể trong bệnh bạch cầu.

Năm 1922, Theophilus Painter công bố rằng con người có 48 nhiễm sắc thể. Phải đến năm 1956, Jo Hin Tjio và Albert Levan mới xác định được rằng họ thực sự có 46 nhiễm sắc thể.

Năm 1932, PJ Waardenburg đề xuất, mà không cần chứng minh điều đó, rằng hội chứng Down có thể là kết quả của sự sai lệch nhiễm sắc thể. Năm 1959, Jerome Lejeune đã chứng minh sự hiện diện của một nhiễm sắc thể soma phụ ở bệnh nhân mắc hội chứng Down.

Cũng trong năm 1959, Charles E. Ford báo cáo rằng phụ nữ mắc hội chứng Turner thiếu một trong hai nhiễm sắc thể X, trong khi Patricia Jacobs và John Strong phát hiện ra sự hiện diện của một nhiễm sắc thể X bổ sung ở nam giới mắc hội chứng Klinefelter.

Năm 1960, JA Böök và Berta Santesson mô tả tam bội, Klaus Patau mô tả tam bội 13, và John Edwards mô tả tam bội 18.

Năm 1969, Herbert Lubs lần đầu tiên phát hiện ra hội chứng Fragile X. Cùng năm đó, phương pháp chọc dò màng ối bắt đầu được sử dụng để chẩn đoán di truyền tế bào.

Chuyên ngành

Các nhà di truyền học tế bào nghiên cứu sự tiến hóa nhiễm sắc thể của các sinh vật sống, sử dụng các karyotype để phân tích phát sinh loài và giải quyết các vấn đề phân loại.

Ngoài ra, họ còn điều tra các khía cạnh dịch tễ học của các sai lệch nhiễm sắc thể ở người và các yếu tố môi trường tạo ra chúng, chẩn đoán và điều trị bệnh nhân bị ảnh hưởng bởi các bất thường nhiễm sắc thể và phát triển các phương pháp tiếp cận phân tử để giải mã cấu trúc, chức năng và sự tiến hóa của nhiễm sắc thể.

Hình thái nhiễm sắc thể

Mỗi nhiễm sắc thể được tạo thành từ hai chromatid, được giữ với nhau bằng một chỗ thắt gọi là tâm động. Các phần của nhiễm sắc thể bắt đầu từ tâm động được gọi là các nhánh.

Nhiễm sắc thể được gọi là trung tâm khi chúng có tâm động ở giữa; đường dưới trung tâm nếu chúng hơi xa trung tâm, để các nhánh đối diện không có chiều dài bằng nhau; hướng tâm nếu tâm động gần với một trong các điểm cực trị; và viễn tâm nếu tâm động chỉ nằm ở một đầu của nhiễm sắc thể.

Kỹ thuật: xử lý mẫu

Các bước cần thực hiện để xử lý mẫu như sau.

Lấy mẫu

Thu nhận mô cần thiết, bảo quản trong môi trường và trong các lọ thích hợp.

Văn hóa

Ngoại trừ các mẫu để phân tích CÁ, cần có thời gian nuôi từ một ngày đến vài tuần trước khi thu hoạch.

Thu hoạch

Đó là việc thu nhận các tế bào trong phép hoán hình.

Ngừng nguyên phân

Phân tích di truyền tế bào tiêu chuẩn yêu cầu ngừng nguyên phân để các tế bào vẫn ở trong giai đoạn chuyển tiếp, sử dụng colchicine hoặc Colcemid®.

Điều trị bằng điện cực

Nó làm tăng thể tích tế bào, cho phép các nhiễm sắc thể kéo dài.

Sự cố định

Metanol 3: 1 - axit axetic được sử dụng để loại bỏ nước khỏi tế bào, làm cứng màng và chất nhiễm sắc để nhuộm.

Chuẩn bị trang tính

Các tế bào cố định được trải trên các lam kính hiển vi, sau đó chúng được làm khô.

Nhuộm nhiễm sắc thể

Có một số phương pháp nhuộm để nhận ra sự khác biệt giữa các nhiễm sắc thể. Phổ biến nhất là G.

Phân tích kính hiển vi

Cho phép bạn chọn các tế bào phù hợp để quan sát và chụp ảnh nhiễm sắc thể.

Chuẩn bị karyogram

Dựa trên ảnh của các tế bào trong hoán vị, các ảnh về bộ nhiễm sắc thể của một tế bào đại diện được tạo ra để phục vụ cho nghiên cứu sau này.

Các dải nhiễm sắc thể

Có 4 loại dải nhiễm sắc thể: dải dị sắc; dải euchromatic, vùng tổ chức nucleolus (NOR); kinetochores.

Các dải dị sắc xuất hiện dưới dạng các khối rời rạc. Chúng tương ứng với chất dị nhiễm sắc, chứa các trình tự DNA có tính lặp lại cao đại diện cho các gen thông thường và không bị mất đoạn ở giao diện.

Các dải màu sắc bao gồm một loạt các phân đoạn xen kẽ có hoặc không bị ảnh hưởng bởi sự nhuộm màu. Các dải này khác nhau về kích thước, tạo thành các kiểu đặc trưng đặc trưng cho từng cặp nhiễm sắc thể của một loài, điều này làm cho chúng rất hữu ích để xác định sự chuyển vị và sắp xếp lại nhiễm sắc thể.

NOR là những đoạn nhiễm sắc thể chứa hàng trăm hoặc hàng nghìn gen RNA ribosome. Chúng thường được hình dung dưới dạng các hằng số.

Kinetochores là các vị trí liên kết của trục vi ống với nhiễm sắc thể.

Nhuộm dải nhiễm sắc thể

Dải nhiễm sắc thể bao gồm các kỹ thuật nhuộm cho thấy các mô hình phân biệt theo chiều dọc (vùng sáng và vùng tối) mà không thể nhìn thấy được. Những mô hình này giúp bạn có thể so sánh các loài khác nhau và nghiên cứu những thay đổi về mặt tiến hóa và bệnh lý ở cấp độ nhiễm sắc thể.

Các phương pháp tạo dải nhiễm sắc thể được chia thành các phương pháp sử dụng nhuộm hấp thụ, điển hình là sắc tố Giemsa và phương pháp sử dụng huỳnh quang. Phương pháp nhuộm hấp thụ yêu cầu xử lý hóa lý sơ bộ, như được mô tả trong "Xử lý mẫu".

Một số kiểu dải cho phép bằng chứng về các kiểu vùng giới hạn của nhiễm sắc thể liên quan đến các đặc tính chức năng. Những người khác cho phép hình dung sự khác biệt giữa các nhiễm sắc thể tương đồng giúp xác định các đoạn.

Ban nhạc C

Dải C nhuộm hầu hết các dải dị nhiễm sắc, khiến nó trở thành kỹ thuật phổ biến để chỉ ra sự hiện diện của dị nhiễm sắc trong nhiễm sắc thể. Các phương pháp khác chỉ nhuộm một phần trong tổng số dị nhiễm sắc, làm cho chúng hữu ích hơn so với dải C để phân biệt giữa các loại dị nhiễm sắc.

Băng tần Q

Q-banding là kỹ thuật nhuộm lâu đời nhất. Nó có tên là nhờ sử dụng quinacrine. Nó có hiệu quả không phụ thuộc vào phương pháp chuẩn bị nhiễm sắc thể. Nó là một phương pháp thay thế cho dải G. Nó hiếm khi được sử dụng, nhưng độ tin cậy của nó làm cho nó hữu ích khi vật liệu khan hiếm hoặc khó dải.

Ban nhạc G

G-band, dựa trên việc sử dụng Giemsa và trypsin, được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Nó cho phép phát hiện chuyển vị, đảo ngược, xóa và sao chép. Đây là phương pháp được sử dụng nhiều nhất để xác định đặc điểm của karyotype ở động vật có xương sống, cho thấy sự khác biệt giữa các nhiễm sắc thể mà không thể phân biệt chỉ dựa trên hình thái của chúng.

Dải R

Dải R tạo ra kiểu nhuộm ngược đối với dải G (dải R sáng bằng dải G tối và ngược lại). Dải R đặc biệt hữu ích để làm nổi bật các đầu của nhiễm sắc thể, những phần này hơi bị ố khi sử dụng dải G.

Ban nhạc T

Dải T là một dạng biến thể của dải R trong đó không có sự nhuộm màu của hầu hết các dải kẽ của nhiễm sắc thể, do đó các vùng tận cùng của nhiễm sắc thể được nhuộm màu đậm.

Dải Ag-NOR

Dải Ag-NOR được sử dụng để định vị các NOR bằng cách nhuộm bạc. Trong dải Ag-NOR, các gen NOR không hoạt động có thể không bị nhuộm màu. Do đó, dải này được sử dụng để nghiên cứu những thay đổi trong hoạt động của gen ribosome trong quá trình phát sinh giao tử và phát triển phôi.

Lai tại chỗ huỳnh quang (FISH)

Dải FISH cho phép các nhiễm sắc thể được hình dung bằng cách sử dụng các đầu dò được đánh dấu huỳnh quang. Công nghệ FISH cho phép phân tích karyotypic của các tế bào không phân chia.

Dải FISH cho phép phát hiện các chuỗi DNA cụ thể trong nhiễm sắc thể, tế bào và mô. Do đó, nó có thể được sử dụng để phát hiện các bất thường nhiễm sắc thể liên quan đến các đoạn DNA nhỏ.

Dải cá mở đường cho hai kỹ thuật liên quan phức tạp hơn, được gọi là kỹ thuật tạo hình quang phổ (SKY) và CÁ nhiều màu (M-FISH).

Trong SKY và M-FISH, thuốc nhuộm huỳnh quang được sử dụng, chúng tạo ra sự kết hợp của các màu, mỗi màu cho một nhiễm sắc thể. Những kỹ thuật này rất hữu ích trong việc phát hiện những sai lệch nhiễm sắc thể phức tạp, chẳng hạn như những sai lệch được thấy ở một số khối u nhất định và trong bệnh bạch cầu nguyên bào lympho cấp tính.

Ứng dụng y tế

- Di truyền tế bào ung thư. Thể dị bội nhiễm sắc thể và thể dị bội thường gặp trong các khối u. Chuyển vị nhiễm sắc thể có thể có tác dụng gây ung thư thông qua việc sản xuất các protein dung hợp. Di truyền tế bào được sử dụng để theo dõi tiến trình của các phương pháp điều trị ung thư.

- Các vị trí dễ vỡ và đứt gãy nhiễm sắc thể. Các vị trí nhiễm sắc thể mỏng manh có thể dẫn đến các bệnh lý như hội chứng Fragile X. Tiếp xúc với các tác nhân gây độc tế bào có thể gây đứt gãy nhiễm sắc thể. Người mang một số đột biến NST thường không có khả năng sửa chữa DNA bị hư hỏng trong quá trình đứt gãy nhiễm sắc thể.

- Bất thường về số lượng của nhiễm sắc thể. Số lượng nhiễm sắc thể có thể chẩn đoán trisomies, chẳng hạn như một trong những gây ra hội chứng Down, Edwards và Patau. Nó cũng cho phép chẩn đoán các hội chứng Turner và Klinefelter.

- Trong bệnh bạch cầu mãn tính dòng tủy, các tế bào bạch cầu có “nhiễm sắc thể Philadelphia”. Nhiễm sắc thể bất thường này là kết quả của sự chuyển đoạn của nhiễm sắc thể số 9 và 22.

Người giới thiệu

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Tiến hóa nhiễm sắc thể giới tính: hiểu biết lịch sử và viễn cảnh tương lai. Kỷ yếu của Hiệp hội Hoàng gia B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Tất cả về nguyên phân và meiosis. Nhà xuất bản Giáo viên Tạo Vật liệu, Huntington Beach, CA.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, eds. 2013. Các nguyên tắc của di truyền tế bào lâm sàng. Springer, New York.
4. Gosden, JR, ed. 1994. Các phương pháp trong sinh học phân tử, Tập 29. Các giao thức phân tích nhiễm sắc thể. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015. Sinh học và sự tiến hóa của nhiễm sắc thể Y ở động vật có vú. Đánh giá hàng năm về Di truyền học, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Di truyền tế bào: quá khứ, hiện tại và tương lai. Tạp chí Khoa học Y tế Malaysia, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Di truyền tế bào: tổng quan. Trong: Hướng dẫn sử dụng Phòng thí nghiệm Di truyền Tế bào AGT, Ấn bản lần thứ tư. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, eds. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Sự tiến hóa nhiễm sắc thể ở nguồn gốc bộ gen của động vật có xương sống tổ tiên. Sinh học bộ gen, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Tiến hóa nhiễm sắc thể. Ý kiến ​​hiện tại trong sinh học thực vật, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Di truyền tế bào - thực vật, động vật, con người. Springer-Verlag, New York.