Phương pháp nghiên cứu biomarker

biomarker bao gồm rất nhiều dạng, từ hóa chất cho đến gene và protein. Các phương pháp truy tìm biomarker chủ yếu dò tìm các phân tử protein, vì protein là sản phẩm cuối cùng của gene và tác động trực tiếp đến các hiện tượng sinh học.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp nghiên cứu biomarker Phương pháp nghiên cứu biomarkerbiomarker bao gồm rất nhiều dạng,từ hóa chất cho đến gene vàprotein. Các phương pháp truy tìmbiomarker chủ yếu dò tìm các phântử protein, vì protein là sản phẩmcuối cùng của gene và tác động trựctiếp đến các hiện tượng sinh học.Lý do quan trọng hơn nữa làprotein là thành phần sinh họcphong phú nhất của tế bào so vớimRNA hay xa hon nữa là gene.Một gene có thể có nhiều bản saomRNA và chu trình dịch mã(translation) và biến đổi sau dịchmã (post translational modification)của những bản sao thường tạo ranhiều protein hơn số bản saomRNA. Theo ước lượng hiện nay,có khoảng từ 300.000 đến 500.000protein từ số lượng khoảng 30.000gene của bộ gene người. Sự phongphú về dạng thức và số lượngprotein này sẽ là những dấu ấn làmnổi bật lên sự khác biệt về hiệntượng sinh học của tế bào khi cóthay đổi. Một số nhóm nghiên cứudùng các dữ kiện biểu hiện gene(gene expression profile) làmbiomarker, hoặc kết hợp protein vàRNA, DNA để có độ chính xác caohơn, nhưng đương nhiên cũng sẽphức tạp hơn. Gần đây, hiện tượngmethyl hóa DNA và RNAi cũng làđối tượng mới của nghiên cứubiomarker vì vai trò quan trọng củachúng trong việc điều hành chứcnăng gene liên hệ đến bệnh lý.Có thể nói về nguyên tắc, tìm kiếmbiomarker đơn giản hơn nhiều sovới việc truy tìm các gene bệnh lý.Khác với các nghiên cứu gene vàbệnh lý, biomarker không đòi hỏitìm hiểu cơ chế thường rất phức tạpcủa các mô hình bệnh. Theo địnhnghĩa, biomarker là tất cả nhữngthay đổi được tế bào biểu hiện từmột trạng thái sinh học này so vớitrạng thái sinh học khác. Nói vềbệnh tật, thì biomarker là tất cảnhững protein thay đổi từ trạng tháibình thường đến trạng thái bệnh lý.Cho nên, phương pháp chính xácđịnh biomarker dựa trên hai bướckỹ thuật là: ly trích protein và sosánh sự thay đổi protein ở các mẫuphẩm.Về thực dụng, việc tìm kiếmbiomarker qua một số giai đoạn vàcó những khó khăn chưa được giảiquyết vì bản chất còn mới mẻ củamôn khoa học này. Các giai đoạnchính gồm:- Tinh lọc protein của các mẫuphẩm: Nhiều nghiên cứu biomarkercần tinh lọc các mẫu phẩm để làmgiàu (enrich) nồng độ protein liênhệ đến biomarker. Việc tinh lọcnhằm mục đích loại bỏ các proteincó nồng độ cao và thường không cóvai trò quan trọng về bệnh lý nhưserum albumin ở máu, các proteintạo thình của tế bào như actin,tubulin. Việc thanh lọc protein cóthể thực hiện bằng nhiều phươngpháp sinh hóa như sắc ký, hoặcdùng kháng thể đơn dòng để loạinhững protein. Việc làm giàuprotein có tầm quan trọng về kỹthuật, nghiên cứu từ các tiến trìnhsinh học của tế bào và về bệnh lýcho thấy các protein có vai trò chứcnăng (functional proteins) thườngbiểu hiện ở nồng độ rất thấp, nM sovới mM, của những protein cấutrúc (structural proteins) hay vậnchuyển (carier proteins).- Các phương pháp ly trích và phântích protein: Có nhiều phương pháply trích protein được áp dụng đểkhởi công truy tìm biomarker. Cácphương pháp này đều nhằm phânlập các protein sai biệt giữa haitrường hợp sinh học. Sắc ký cột(chromatography column), và điệndi protein hai chiều (2 D protein gelelectrophoresis) là hai phương phápthông dụng. Phương pháp sắc kýcột loại các ion axit hay kiềm để lytrích các protein dựa theo đặc tínhaxit và kiềm; hoặc dựa vào độ ưanước (hydrophyllic) hay kỵ nước(hydrophobic). Phương pháp điệndi protein hai chiều có thể giúp sosánh sự khác biệt protein dựa trêntrọng lượng phân tử (molecularweight) và điện tích (charges) củacác protein. Cả hai phương phápsắc ký cột và điện di đều có trởngại là số lượng protein được phântích rất giới hạn. Điện di hai chiềuchỉ có thể phân tích được khoảng từ2.000 đến 10.000 protein trên mộtđiện di đồ; chúng ta biết đó là mộtcon số rất nhỏ so với tổng sốprotein có thể từ 300.000 đến500.000 phân tử trong tế bào.Trong các nghiên cứu hậu genome,ngành proteomics cộng với kỹ thuậtkhối phổ (mass spectrometry) đãtạo những bước tiến đột phá cho bộmôn nghiên cứu biomarker. Kỹthuật này còn được gọi là Mass-spect /Proteonomic-basedApproach. Trong kỹ thuật này,protein được ion hóa để tách rakhỏi các phức hợp mẫu phẩm, vàsau đó các phân tử protein sẽ đượcphá tan thành các mảnh nhỏ và trảitrên một biểu đồ gồm những đoạnpeptide xếp theo tỷ số trọng lượngvà điện tích. Các protein trên biểuđồ được so sánh với dữ kiện proteinđã được thiết lập từ proteomics vàtừ đó loại (type) và cấu trúc(structure) của protein sẽ được xácđịnh chính xác. Việc so sánh biểuđồ của protein từ mẫu bệnh lý vàprotein từ mẫu không mang bệnh sẽcần một hệ thống điện toán chuyêntrách (như Correlogic Systems, Inc.được dùng ở NIH) để nhận diệnmột số protein có khả năng làbiomarker của bệnh. Các mẫuphẩm có thể là máu, tế bào, mô(tissues), hoặc dịch bài tiết từ cáctuyến. Với khả năng của máy khốiphổ hiện nay, các thí nghiệmbiomarker có thể xác định hàngngàn protein từ một lượng nhỏ mẫunh ...