Vietnamen’s Weblog

Time, Chances, Diligence, Intelligence: which is the most important?

Archive for Tháng Mười Một 2007

Tin Sinh học (Bionformatics) và những lĩnh vực con của nó

leave a comment »

Trước hết, ta hãy đề cập đến định nghĩa của thuật ngữ ‘Tin sinh học‘.

– Hai tác giả T K Attwood và D J Parry-Smith, trong cuốn sách “Introduction to Bioinformatics“, Prentice-Hall 1999 [Longman Higher Education; ISBN 0582327881] định nghĩa:

Thuật ngữ tinh sinh học dùng để ám chỉ mọi ứng dụng của máy tính vào trong nghiên cứu sinh học, mà trước đây, vào giữa thập niên 1980, đã được gọi là phân tích dữ liệu về chuỗi trong sinh học” (Nguyên văn: “The term bioinformatics is used to encompass almost all computer applications in biological sciences, but was originally coined in the mid-1980s for the analysis of biological sequence data.”)

(Dữ liệu về chuỗi trong sinh học (biological sequence data hoặc biological information) đó là gì? Đó có thể là chuỗi nucleotide, chuỗi amino acid, …)

Tinh sinh học có từ bao giờ?

– Tác giả Mark S. Boguski trong bài báo ‘Bionformatics – a new era‘ năm 1998 cho rằng:

Thuật ngữ ‘tinh sinh học’ là một phát minh gần đây, chưa hề được đề cập từ trước năm 1991, và nhờ sự xuất hiện các tài liệu ấn bản điện tử. Tôi cho rằng sự xuất hiện của khái niệm tinh sinh học, có thể mô tả chính xác nhất, là nhờ vào sự hội tụ của 2 yếu tố cách mạng kĩ thuật: kĩ thuật trong công nghệ sinh học và sự bùng nổ công nghệ thông tin… Vì thế, tin sinh học, thực ra, đã tồn tại từ hơn 30 năm nay và bây giờ đang ở giai đoạn trung niên” (Nguyên văn: “The term “bioinformatics” is a relatively recent invention, not appearing in the literature until 1991 and then only in the context of the emergence of electronic publishing. I think that the current concepts of bionformatics was best described as the convergence of two technology revolutions: the explosive growth in biotechnology, paralleled by the explosive growth in information technology. … So bioinformatics has, in fact, been in existence for more than 30 years and is now middle-aged.”

– Khởi nguồn của tin sinh học có thể nói bắt đầu từ 1968 lúc Margaret Dayhoff cùng với bộ sưu tập các chuỗi protein gọi là ‘Atlas of Protein Sequence and Structure’. Một trong những ứng dụng đầu tiên của tin sinh học là truy tìm sự giống nhau về chuỗi để tìm nguồn gốc các gien của virus. Chương trình được sử dụng cho mục đích này, lúc đó là FASTP.

Tin sinh học ‘cổ điển’

Có một điểm đáng chú ý thú vị đó là: “các phân tử sinh học (biological molecules) có dạng là chất trùng hợp (polymer), nghĩa là cấu trúc được tạo thành bởi chuỗi liên tiếp các phân tử nhỏ hơn, đơn giản hơn (monomer). Nếu ta tưởng tượng các monomer là các hạt, dù có màu sắc và hình dạng khác nhau, thì đều có cùng độ dày, và kết hợp liên tiếp với nhau.

CHÚ Ý: Để có thể kết hợp được với nhau thành chuỗi, thì các monomer phải có những tính chất giống nhau nhất định, nghĩa là cùng thuộc về một lớp cụ thể, nhưng đồng thời, mỗi loại monomer trong lớp đó đều có những tính chất riêng biệt rõ rệt.
Phân tử được tạo thành từ liên kết của các monomer gọi là đại phân tử, macromolecule. Các macromolecules có thể có chứa các nội dung thông tin và có các tính chất hóa học cụ thể riêng biệt.

Trong cơ thể sinh vật, có 2 loại macromolecule DNA protein có thể được biễu diễn một cách mô hình (symbolic representation) dưới dạng chuỗi của các kí tự trong bảng chữ cái. Nhờ thế, thông tin về trật tự chuỗi có thể được lưu trữ dễ dàng trong máy tính.

CHÚ Ý: có 4 loại monomer (còn gọi là nucleotide) của DNA là A, T, G, C (và với RNA thì là A, U, G, C); và có 20 loại monomer phổ biến (còn gọi là acid amin) của protein: có thể gán bằng 1 kí tự hoa (hoặc chuỗi 3 kí tự – 2 hoa và 1 thường) tham khảo (chưa kể có 2 loại không phổ biến) .

Thông tin về trật tự sắp xếp, và thành phần của các monomer trong một macromolecule gọi là thông tin chuỗi trong sinh học (biological sequence data). Và khi mà số lượng thông tin về chuỗi quá lớn, thì người ta nghĩ đến việc dùng máy tính để lưu trữ, thu thập, phân tích, và dự đoán các thành phần cấu trúc này của các phân tử sinh học (biomolecule) khác. Đây cũng chính là mục đích của tin sinh học ‘cổ điển’

CHÚ Ý: Biomolecule bao gồm nucleic acid – nguyên liệu di truyền, và protein – sản phẩm của gien.

Tin sinh học ‘hiện đại’

Ngày nay, khi mà bộ gien – genome – của con người và nhiều sinh vật khác đã được giải mã, con người sẽ dễ dàng hơn trong việc nghiên cứu về nguồn gốc tiến hóa, mối quan hệ giữa các loài. Nghiên cứu về cái này có tên là comparative genomics.

Khi mà các kĩ thuật xác định mức độ biểu hiện gien – để xác định thông tin di truyền nào được kích hoạt – được phát triển, người ta có thể so sánh mức độ biểu hiện gien ở các giai đoạn phát triển bệnh khác nhau hay ở các tế bào khác nhau. Kĩ thuật microarray sẽ giúp cho việc nghiên cứu này.

Khi mà bộ gien được phát hiện đầy đủ, người ta nghĩ đến việc tìm vai trò của chúng, và mối tương tác giữa chúng. Đây là mục đích của functional genomics.

Đồng thời, có một sự chuyển đổi nghiên cứu, từ gien sang sản phẩm của gien – đó là protein. Bởi vì, người ta phát hiện ra rằng, đóng vai trò trực tiếp đến chức năng hoạt động của tế bào (cell) là protein chứ không phải là gien (DNA, RNA). Vậy là, người ta nghĩ đến việc thống kê chức năng và đặc tính tương tác giữa các protein (của người), mà tên gọi của nó lproteomics. Một lĩnh vực khác, nghiên cứu và dự đoán chức năng của mọi protein (của người), gọi là structural genomics.

Một lĩnh vực cuối cùng, có tên là medical informatics, chuyên nghiên cứu, quản lí mọi dữ liệu thực nghiệm liên quan đến một phân tử sinh học hoặc một bệnh nhân cụ thể. Dữ liệu này được đo đạc dùng các kĩ thuật thực nghiệm khác nhau như mass spectroscopy, hoặc các kĩ thuật dùng trong ống nghiệm (in vitro).

CHÚ Ý: Có thể thông tin không được chính xác, mong nhận sự góp ý của các bạn

Bài viết này được tổng hợp từ

http://wiki.bioinformatics.org/Bioinformatics

http://www.scq.ubc.ca/what-is-bioinformatics/

Advertisements

Written by vietnamen

Tháng Mười Một 27, 2007 at 1:25 chiều

Posted in Tin Sinh học

Tạo ra tế bào mầm mà không hủy phôi thai

leave a comment »

Kể từ khi những phát kiến đầu tiên về tế bào mầm được công bố, thế giới vẫn luôn tranh cãi về vấn đề đạo đức khi mà, để tạo ra một tế bào mầm (stem cell) có thể giúp tái tạo và phát triển các bộ phận khác của cơ thể, đồng thời với nó, phôi thai (embryo) dùng để sản sinh ra tế bào mầm đó sẽ bị hỏng. Điều này cũng đồng nghĩa là một sinh linh bé bỏng, chưa hình thành đã bị hủy hoại. Vì tế bào mầm được tạo ra từ phôi thai, nó vẫn thường được gọi là ‘embryonic stem cell‘.

Vậy tác dụng của ‘embryonic stem cell‘ là gì?

– tế bào mầm này có khả năng phát triển thành các tế bào khác (tế bào thần kinh, tế bào tim, …) của cơ thể. Từ đó, chúng có thể dùng để phục vụ cho nghiên cứu về bệnh mang tính di truyền, thử nghiệm với thuốc mới, hoặc một cách hữu ích là phát triển chúng thành các tế bào khỏe mạnh của cơ thể để phục vụ cho việc cấy ghép, thay thế cơ quan.

Mới đây, một tín hiệu tốt lành từ 2 nhóm nghiên cứu độc lập, từ Đại học Kyoto Nhật Bản và Đại học Wisconsin-Madison Mỹ, công bố tạo ra tế bào mầm mà không hủy hoại phôi thai.

Nhà khoa học Shinya Yamanaka, đứng đầu đội ngũ nghiên cứu tại Nhật tuyên bố: “We are now in a position to be able to generate patient- and disease-specific stem cells without using human eggs or embryos“.

Nhà khoa học Junying Yu, đứng đầu đội ngũ nghiên cứu tại Mỹ tuyên bố: “[Our] whole procedure doesn’t involve any embryo…This approach is certainly going to get rid of this [ethical] problem.

Vậy họ đã làm cách nào?

– Họ dùng virut để đưa gien (gene) vào trong DNA của tế bào, tại một vị trí bất kì mà việc làm này có thể dẫn đến đột biến, thậm chí gây đến ung thư (cancer). Đây là lí do mà kĩ thuật này vẫn chưa được dùng để điều trị trong y khoa.

– Tế bào mà 2 nhóm nghiên cứu sử dụng để chèn gien vào là tế bào ở da, có tên khoa học fibroblast, vì chúng dễ thu thập và phát triển rất nhanh. Nhóm ở Nhật thì dùng da ở trên mặt của phụ nữ, còn nhóm ở Mỹ thì dùng da qui đầu (foreskin) của trẻ mới sinh.

– Mẫu thu thập trên đĩa sẽ chứa hàng ngàn tế bào da, và sau đó, họ sẽ dùng virut để mang gien vào trong các tế bào. Những gien này, khi ở trong tế bào mầm phôi thai thì kích hoạt, nhưng khi ở trong tế bào da thì không hoạt động. Mỗi nhóm nghiên cứu dùng sự kết hợp khác nhau của 4 gien, nhưng có 2 gien họ cùng dùng —OCT4 và SOX2. Các gien này nhằm mục đích điều khiển các hoạt động của các gien khác.

– Sau thời gian 12 đến 25 ngày, các gien đưa vào sẽ biến đổi một số tế bào da (khoảng 10 đến 35 tế bào) thành các tế bào mà có đủ mọi đặc tính quan trọng của tế bào mầm phôi thai, tế bào chuyển đổi có tên gọi là ‘induced pluripotent stem cells‘. Bản báo cáo được công bố trên các tạp chí ‘Cell‘ và ‘Science‘.

Vậy, nhữg công việc mà các nhóm nghiên cứu khác đang làm là gì?

– Với những công bố trên, các nhóm khác đang tập trung vào nghiên cứu các cách khác để đưa gien vào trong DNA của tế bào , đồng thời nó sẽ an toàn hơn.

http://www.sciencenews.org/articles/20071124/fob1.asp

References:

Takahashi, K. . . . and S. Yamanaka. In press. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell. Abstract available at http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2007.11.019. Preprint available at http://images.cell.com/images/Edimages/Cell/IEPs/3661.pdf.

Yu, J., et al. In press. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science. Abstract available at http://dx.doi.org/10.1126/science.1151526.

Further Readings:

Barry, P. 2007. Stem cells from virgin eggs. Science News 172(Oct. 20):248-249. Available at http://www.sciencenews.org/articles/20071020/bob9.asp.

Brownlee, C. 2005. Do no harm: Stem cells created without destroying healthy embryos. Science News 168(Oct. 22):259. Available at http://www.sciencenews.org/articles/20051022/fob1.asp.

Takahashi, K., and S. Yamanaka. 2006. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 126(Aug. 25):663-676. Available at http://www.cell.com/content/article/fulltext?
uid=PIIS0092867406009767
.

Vastag, B. 2007. Flawed stem cells yield fragile X clues: Researchers study genetic disorder via discarded embryos. Science News 172(Nov. 17):310. Available at http://www.sciencenews.org/articles/20071117/fob7.asp.

Sources:

Jeanne F. Loring
Scripps Research Institute
10901 North Torrey Pines Road
La Jolla, CA 92037

James A. Thomson
Wisconsin National Primate Research Center
University of Wisconsin, Madison
Madison, WI 53715

Michael D. West
BioTime, Inc.
6121 Hollis Street
Emeryville, CA 94608

Shinya Yamanaka
Department of Stem Cell Biology
Institute for Frontier Medical Sciences Kyoto University
Kyoto 606-8507
Japan

Junying Yu
Wisconsin National Primate Research Center
University of Wisconsin, Madison
Madison, WI 53715

Written by vietnamen

Tháng Mười Một 26, 2007 at 9:05 sáng

Posted in Sinh học