Mở đầu: Có câu nói “Cùng một mẹ sinh ra chín đứa con, mỗi đứa một khác.”
Điều này cho thấy môi trường bên ngoài có ảnh hưởng sâu sắc đến trẻ em. Thực tế, ngay cả những cặp song sinh cùng trứng, mặc dù có gen giống nhau, nhưng tính cách và đặc điểm cơ thể thường khác biệt rất nhiều. Tất cả những điều này đều liên quan mật thiết đến biểu hiện di truyền. Ngoài ra, thói quen ăn uống và lối sống khác nhau cũng có thể tác động đến sức khỏe của chúng ta thông qua việc điều chỉnh biểu hiện di truyền.
Khách mời của chúng tôi hôm nay là Giáo sư Yu Wenqiang, nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Y sinh của Đại học Phuc Đán, Phó Giám đốc Viện Nghiên cứu Gen và Biểu hiện Di truyền. Giáo sư Yu là một chuyên gia kỳ cựu trong lĩnh vực di truyền học biểu hiện ở Trung Quốc. Gần đây, ông đã biên soạn một cuốn sách chuyên khảo về Di truyền học biểu hiện. Thông qua buổi phỏng vấn này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu biểu hiện di truyền là gì, nó liên quan đến những hiện tượng sinh học thú vị nào và cách mà biểu hiện di truyền ảnh hưởng đến sức khỏe và bệnh tật của chúng ta.
01 Sự khác biệt giữa Di truyền học và Di truyền học biểu hiện
Ye Shui Song:
Bạn có thể giới thiệu một chút về Di truyền học biểu hiện không? Nó khác gì với Di truyền học cổ điển?
Yu Wenqiang: Nói ngắn gọn, Di truyền học biểu hiện là một cầu nối giữa cơ thể sống của chúng ta và môi trường bên ngoài.
Khi nhắc đến Di truyền học hay Di truyền học biểu hiện, có một số ví dụ hay để giải thích. Chẳng hạn, chúng ta thường nói “gieo hạt gì sẽ được quả nấy”, vấn đề này chắc chắn thuộc về di truyền học. Hơn nữa, câu “Rồng sinh rồng, phượng sinh phượng, con chuột sinh ra sẽ biết đào hang” cũng có thể coi là một vấn đề của di truyền học.
Về Di truyền học hay Di truyền học biểu hiện, tôi nghĩ rằng có một ví dụ cực đoan có thể giúp giải thích sự khác biệt giữa chúng. Từ “Di truyền học biểu hiện” trong tiếng Anh là “epigenetics”, trong đó “epi” có nghĩa là “trên” hay “ngoài”.
Ví dụ cực đoan nhất là trường hợp nhân bản người. Bạn muốn nhân bản chính mình, sau khi nhân bản, từ góc độ di truyền học, bạn là giống nhau, nhưng kết quả là bạn và bạn gốc không giống nhau. Điều này là do bạn sinh ra trong bụng mẹ, trong khi người được nhân bản có thể ở trong một môi trường hoàn toàn khác. Môi trường sinh ra của bạn vài thập kỷ trước và môi trường sinh ra mới hoàn toàn khác nhau, và môi trường giáo dục cũng hoàn toàn khác biệt. Như vậy, từ góc độ này, bạn có thể nhân bản gen của mình, nhưng chắc chắn không thể sao chép chính mình.
Vì vậy, chúng ta thường nói di truyền học nói về mối quan hệ giữa các loài khác nhau, chẳng hạn như chuột sinh chuột, khỉ sinh khỉ. Nhưng Di truyền học biểu hiện khi xét về một người, bạn chỉ có thể là chính mình, không ai giống bạn, ngay cả bản sao cũng khác.
Có người hỏi liệu nhện có biết dệt mạng do bẩm sinh hay do học hỏi không? Khi chúng ta sinh ra một con nhện và để nó ở một nơi không thấy những nhện khác dệt mạng, nó vẫn có thể dệt mạng, mặc dù không đẹp bằng nhưng khả năng dệt mạng vẫn tồn tại. Di truyền học quyết định nhiều thứ khác nhau giữa các loài, cũng như một số kỹ năng bẩm sinh.
Trong khi đó, Di truyền học biểu hiện có thể điều chỉnh để làm cho những kỹ năng đó tinh vi hơn và khác biệt hơn, vì vậy hai thứ hoàn toàn khác nhau. Bạn có thể coi Di truyền học là sự khác biệt giữa các loài, trong khi Di truyền học biểu hiện tạo ra sự khác biệt cá nhân trong cùng một loài, và có mối quan hệ rất lớn với môi trường.
Khái niệm Di truyền học biểu hiện lần đầu tiên xuất hiện vào khoảng những năm 1930, khi đề cập đến ảnh hưởng của môi trường đối với các đặc điểm của loài, chẳng hạn như liệu những đặc điểm này có thể di truyền hay không. Sau đó, người ta phát hiện ra rằng những đặc điểm đó cũng có thể di truyền, từ đó hình thành từ “epigenetics”.
Thật ra, Di truyền học biểu hiện đã đề cập đến vấn đề liệu các yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đến sự thay đổi đặc điểm của một số loài và có thể di truyền hay không.
02 Hiện tượng sinh lý của Di truyền học biểu hiện
Ye Shui Song:
Di truyền học biểu hiện có liên quan đến những hiện tượng sinh lý thú vị nào?
Yu Wenqiang: Một số hiện tượng quan trọng trong Di truyền học biểu hiện có thể được thấy qua nhiều ví dụ. Ví dụ, trong Di truyền học biểu hiện, có một khái niệm rất quan trọng về dấu ấn di truyền. Tại sao quá trình sinh ra một người cần sự kết hợp giữa gen của cha và mẹ?
Nếu xét từ góc độ di truyền học, cha cung cấp một nửa DNA, mẹ cung cấp một nửa vật chất di truyền. Nếu cung cấp hai mẫu DNA từ hai người khác nhau, nó có thể trở thành một cá thể sống. DNA mà cha mẹ cung cấp có thể giống nhau, nhưng biểu hiện di truyền thì không giống, chẳng hạn như dấu ấn di truyền, một số gen phải được biểu hiện từ cha, một số gen phải từ mẹ. Mặc dù DNA mà cha mẹ cung cấp giống nhau, nhưng biểu hiện di truyền thì khác nhau, vì vậy mới hình thành một cá thể hoàn chỉnh.
Ở các loài động vật khác, chẳng hạn như chuột, chúng ta có thể thay đổi một số yếu tố di truyền, như dấu ấn di truyền, điều này có thể dẫn đến sinh sản đơn tính. Tuy nhiên, về tổng thể, trong những điều kiện sinh lý bình thường, điều này là không khả thi, việc sinh ra một cá thể nhất định phải có sự kết hợp gen của cha mẹ. Mặc dù vật chất di truyền mà cha mẹ cung cấp giống nhau nhưng biểu hiện di truyền lại điều chỉnh khác nhau, vì vậy chúng phát huy tác dụng ở những thời điểm khác nhau. Nếu vấn đề trong biểu hiện di truyền xảy ra, nó có thể gây ra rất nhiều bệnh. Đó là lý do vì sao sự ra đời của một người cần có cả cha và mẹ.
Một hiện tượng quan trọng khác có thể được giải thích bằng Di truyền học biểu hiện là chúng ta có DNA trong mỗi tế bào của cơ thể, như tế bào gan, tế bào phổi, DNA của chúng đều giống nhau. Nhưng tại sao chúng ta lại có sự phân biệt giữa tế bào gan và tế bào phổi? Không phải vì DNA khác nhau, mà là do sự điều chỉnh khác nhau của biểu hiện di truyền, điều này cũng cho thấy tầm quan trọng của Di truyền học biểu hiện.
Từ góc độ này, lý do mà các mô và cơ quan trong cơ thể khác nhau là do sự điều chỉnh khác nhau của di truyền học biểu hiện khiến cho các tế bào của chúng ta trở nên khác biệt.
Một vấn đề khác là về lão hóa. Tại sao con người lại dần dần già đi? Lý thuyết cho rằng từ khi sinh ra đến nay, nhiều gen có thể đã bị đột biến. Tuy nhiên, cơ thể người có 3 tỷ cặp base, xác suất đột biến phải rất thấp. Trong khi đó, sự điều chỉnh của biểu hiện di truyền luôn xảy ra, đóng vai trò rất quan trọng.
03 Hiện tượng Di truyền học biểu hiện trong tự nhiên
Ye Shui Song:
Có những hiện tượng thú vị nào trong tự nhiên có thể được giải thích bằng Di truyền học biểu hiện?
Yu Wenqiang: Ví dụ về sự khác biệt giữa ong thợ và ong chúa trong tự nhiên, sự hình thành của ong chúa diễn ra khi ong thợ còn nhỏ. Nếu được cho ăn sữa ong chúa, nó sẽ trở thành ong chúa. Nếu chúng được cho ăn thực phẩm bình thường, nó sẽ thành ong thợ. Từ góc độ môi trường, thói quen ăn uống cũng có thể thay đổi giới tính và chức năng của chúng.
Gần đây có một nghiên cứu về sự quyết định giới tính của loài. Chúng ta nói rằng giới tính được xác định bởi nhiễm sắc thể, nam có nhiễm sắc thể Y, nữ không có nhiễm sắc thể Y. Thực tế, có một số loài có sự thay đổi giới tính rất đặc biệt, chẳng hạn như rùa, nhiệt độ có thể thay đổi giới tính.
Ye Shui Song:
Di truyền học biểu hiện liên quan mật thiết đến việc phát hiện và điều trị sớm bệnh tật. Làm thế nào chúng ta có thể sử dụng Di truyền học biểu hiện để phát hiện và điều trị bệnh một cách hiệu quả hơn?
Yu Wenqiang: Điều này thực sự liên quan đến ứng dụng của Di truyền học biểu hiện. Ví dụ, như tôi đã đề cập, các sửa đổi di truyền biểu hiện bao gồm metyl hóa gen, sửa đổi histone và RNA không mã hóa. Thực tế, trong giai đoạn xảy ra bệnh, biểu hiện di truyền đóng một vai trò quan trọng. Hiện tượng di truyền biểu hiện là có thể đảo ngược. Một khi di truyền học bị đột biến, rất khó để thay đổi gen đó, nhưng Di truyền học biểu hiện, thông qua metyl hóa gen và sửa đổi histone, có thể được tác động bởi môi trường bên ngoài, nên điều này có thể đảo ngược và cung cấp một công cụ và phương pháp rất quan trọng cho chúng ta trong việc điều trị.
Ngoài ra, sự phát sinh của Di truyền học biểu hiện thường được mô tả là xảy ra ở giai đoạn sớm hoặc siêu sớm. Sự hiểu biết của chúng ta về một bệnh lý, ví dụ như khối u, từ giai đoạn đầu của sự biến đổi khối u, có thể có một số thay đổi. Khi khối u hình thành, sự sửa đổi di truyền biểu hiện có rất nhiều thay đổi, đến giai đoạn di căn lại có rất nhiều thay đổi. Tóm lại, toàn bộ Di truyền học biểu hiện có thể theo dõi toàn bộ quá trình hình thành khối u.
Đối với điều trị khối u, việc chẩn đoán sớm rất quan trọng. Chẩn đoán sớm, tỷ lệ sống sót sau 5 năm sẽ cao hơn. Gần đây phát hiện ra rằng chẩn đoán siêu sớm có thể diễn ra ngay cả khi hiện tại bệnh lý chưa được chẩn đoán là khối u, tỷ lệ sống sót 5 năm vẫn cao, bất kể trong nước hay quốc tế.
Tỷ lệ sống sót sau 5 năm của bệnh nhân ung thư trong nước chỉ khoảng một nửa so với Mỹ. Tuy nhiên, nếu chẩn đoán ở giai đoạn siêu sớm, tức là ở giai đoạn trước khi khối u hình thành, tỷ lệ sống sót 5 năm sẽ rất cao.
Chẩn đoán siêu sớm từ góc độ Di truyền học biểu hiện, chúng ta biết rằng một số biểu hiện di truyền có thể đã xảy ra một số thay đổi trong gen. Gần đây, chúng tôi cũng thực hiện một nghiên cứu về các dấu ấn ung thư trên toàn bộ tế bào, một số dấu ấn thực sự có thể được phát hiện trong giai đoạn siêu sớm của khối u, chẳng hạn như ung thư cổ tử cung, có những thay đổi tiền ung thư như tổn thương cấp tính và cao cấp, nhưng những tổn thương thấp cấp thường có thể trở về trạng thái bình thường, trong khi những tổn thương cao cấp có nguy cơ cao biến thành khối u.
Chúng tôi nhận thấy rằng sự metyl hóa thực sự đã thay đổi ở những tổn thương cấp cao, nói cách khác, bằng cách sử dụng những phát hiện này, chúng tôi có thể đưa ra cảnh báo khi khối u chưa hình thành, và đưa ra chẩn đoán sẽ vô cùng quan trọng.
Hơn nữa, khi có các biện pháp chẩn đoán sớm, việc phát triển thuốc cũng trở nên thuận lợi hơn. Vì biểu hiện di truyền vốn dĩ có thể đảo ngược, thông qua việc xác định metyl hóa có thể loại bỏ, hoặc hiện tại có một số thuốc di truyền biểu hiện, chẳng hạn như một số chất ức chế HDAC, acetyl hóa và deacetyl hóa, cũng như metyl hóa DNA và các chất ức chế gỡ metyl hóa đã được ứng dụng trong bệnh MDS (hội chứng tăng sinh bất thường tủy xương) và các bệnh khác.
Từ góc độ chẩn đoán sớm bệnh, chúng ta có thể cần thực hiện nhiều công việc hơn, và từ góc độ điều trị, tôi nghĩ rằng chúng ta cũng cần thực hiện nhiều hơn. Chúng tôi hy vọng sẽ có nhiều phương pháp và công nghệ hơn được sử dụng cho việc chẩn đoán sớm bệnh cũng như cho một số điều trị bệnh.
04 Thuốc liên quan đến Di truyền học biểu hiện
Ye Shui Song:
Hiện tại có rất nhiều công ty dược phẩm đang phát triển thuốc trong lĩnh vực Di truyền học biểu hiện. Bạn có thể giới thiệu về điều này không?
Yu Wenqiang: Nói về thuốc biểu hiện, các loại thuốc liên quan đến metyl hóa gen, như một số chất ức chế metyl hóa, là một phương pháp làm giảm metyl hóa toàn bộ gen. Hướng đi trong tương lai mà tôi nghĩ là điểm metyl hóa có chủ đích.
Ngoài ra, trong lĩnh vực sửa đổi histone, có một số enzym được phát hiện bởi giáo sư Shiyan từ Đại học Oxford như LSD1, cũng như nhiều enzym khác như metyl hóa enzyme, demetyl hóa, acetyl hóa và deacetyl hóa, trong đó các thuốc nhắm vào các enzym metyl hóa và demetyl hóa đang được phát triển, tuy nhiên vẫn chưa có thuốc nào được đưa ra thị trường.
Nhưng các thuốc này thực sự đã được ứng dụng trong lâm sàng, trong tương lai, thuốc metyl hóa có điểm mục tiêu hoặc demetyl hóa có thể càng có ý nghĩa hơn.
Mặt khác, có rất nhiều công ty đang phát triển thuốc RNA, chẳng hạn như sự xuất hiện của phân tử siRNA. Trước đây, mọi người nghĩ rằng siRNA có thể trở thành thuốc, nhưng sau một thời gian dài đã phát hiện ra rằng có rất nhiều vấn đề.
Sau khi xuất hiện vaccine RNA, vấn đề này thực tế đã được giải quyết, vì vậy gần đây thuốc RNA rất được ưa chuộng. Ban đầu, chúng tôi sử dụng hóa hợp thuốc bằng cách sàng lọc các phân tử nhỏ, tạo ra thuốc cho một bệnh, nhưng thuốc RNA thì khác.
Tôi cho rằng thuốc nucleic acid nhỏ là thuốc thế hệ thứ ba, là hướng đi trong nghiên cứu thuốc trong tương lai. Điều này bởi vì thuốc nucleic acid nhỏ, phương pháp đơn giản nhất là ghép cặp các base, phương pháp ghép cặp chỉ đơn giản là tìm điểm nhắm tốt và sau đó thực hiện việc phân phối. Vì vậy, tôi nghĩ rằng trong tương lai, thuốc nucleic acid nhỏ sẽ là hướng đi rất quan trọng, và cho nhiều bệnh tật, tôi tin rằng các ngành công nghiệp mới nổi trong nước, các nhà khoa học trong nước, giới công nghiệp có thể nắm bắt được các cơ hội hiện tại và thực hiện được nhiều điều.
Di truyền học biểu hiện là một trong những lĩnh vực mới nổi được phát triển sớm nhất ở Trung Quốc, và không hề thua kém vị trí quốc tế. Nếu chúng ta thực hiện, không kém bất kỳ nước nào khác. Vì vậy, tôi hy vọng mọi người sẽ đầu tư nhiều hơn vào nghiên cứu và phát triển thuốc nucleic acid nhỏ, cũng như chú ý đến sự phát triển của nó. Biết đâu chúng ta sớm có thể sản xuất một loại thuốc có đặc điểm riêng của Trung Quốc, rất hiệu quả đối với một số bệnh.
Bài viết này là sản phẩm được hỗ trợ bởi Kế hoạch Khám phá Khoa học Trung Quốc.
Đội ngũ/Tác giả: Điều tra Khoa học
Kiểm duyệt: Tao Ning, Phó nghiên cứu viên tại Viện Sinh học Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
Xuất bản: Bộ Khoa học Phổ cập Trung Quốc
Giám sát: Công ty TNHH Xuất bản Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, Công ty TNHH Truyền thông Văn hóa Trung Quốc.
