Bước đầu phân tích và đánh giá một số đột biến gen điển hình liên quan đên ung thư đại trực tràng tại việt nam bằng bộ công cụ tin sinh học

Nghiên cứu đột biến gen ung thư đại trực tràng tại Việt Nam. Phân tích tin sinh học các đột biến điển hình, góp phần sàng lọc và chẩn đoán sớm bệnh.

• Tác giả: Phạm Thị Phương
• Người hướng dẫn: Ts. Bùi Văn Ngọc
• Trường học: Trường Đại Học Mở Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Bước Đầu Phân Tích Và Đánh Giá Một Số Đột Biến Gen Điển Hình Liên Quan Đến Ung Thư Đại Trực Tràng Tại Việt Nam Bằng Bộ Công Cụ Tin Sinh Học
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.3. Giới thiệu về ung thư đại trực tràng (UTĐTT)
• 1.4. Các yếu tố dẫn đến UTĐTT
• 1.4.1. Tiền sử gia đình
• 1.4.2. Ăn nhiều thực phẩm muối, lên men
• 1.4.3. Ăn nhiều đồ ăn chế biến sẵn
• 1.4.4. Bia rượu, thuốc lá
• 1.4.5. Ít hoạt động và thể lực béo phì
• 1.5. Những tổn thương tiền UTĐTT
• 1.5.1. Viêm loét đại tràng chảy máu
• 1.5.2. Polyp đại tràng
• 1.6. Các phương pháp sàng lọc phát hiện sớm UTĐTT
• 1.6.1. Sàng lọc bằng phương pháp xét nghiệm phân
• 1.6.2. Sàng lọc bằng phương pháp chẩn đoán qua hình ảnh
• 1.6.3. Sàng lọc bằng phương pháp xét nghiệm máu
• 1.6.4. Sàng lọc ung thư đại tràng theo độ tuổi
• 1.6.5. Sàng lọc dựa trên dữ liệu gen đột biến
• 1.7. Một số đột biến gen điển hình liên quan đến UTĐTT
• 1.8. Một số nghiên cứu về các gen đột biến thuộc hệ MMR tại Việt Nam và trên thế giới
• 2. CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Phương pháp
• 2.2. Các phần mềm và công cụ sử dụng
• 2.3. Phương pháp thu thập dữ liệu
• 2.4. Phương pháp phân tích, xác định các đột biến trên các gen mục tiêu liên quan đến bệnh ung thư trực tràng
• 2.5. Phương pháp xây dựng mô hình dữ liệu
• 2.6. Phương pháp đánh số và gọi tên các vị trí đa hình
• 2.7. Phương pháp thiết kế trang Web thể hiện cơ sở dữ liệu gen MLH1
• 2.8. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ
• 3.1. Kết quả thu thập và chọn lọc các gen đặc trưng liên quan đến UTĐTT từ cơ sở dữ liệu và trên ngân hàng gen NCBI từ mẫu mô bệnh nhân
• 3.2. Kết quả xác định các đột biến trên các gen mục tiêu liên quan đến bệnh ung thư đại trực tràng
• 3.3. Kết quả phân tích với dữ liệu MMR trên toàn bộ dataset
• 3.4. Kết quả phân tích khi sử dụng dữ liệu MMR đã được lọc từ dataset
• 3.5. Kết quả xây dựng công cụ máy tính (web – based tool) tiên đoán nguy cơ ung thư trực tràng dựa trên kết quả giải trình tự các gen khảo sát
• 3.6. Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu
• 3.7. Kết quả xác định các dạng biến thể
• 3.8. Kết quả xây dựng trang Web lưu trữ dữ liệu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan Nghiên cứu Đột Biến Gen Ung Thư Đại Trực Tràng

Ung thư đại trực tràng (UTĐTT) là một vấn đề sức khỏe toàn cầu, đứng thứ năm về tần suất mắc sau ung thư gan, phổi, vú và dạ dày. Phần lớn UTĐTT phát triển từ con đường bất ổn định nhiễm sắc thể, tuy nhiên, 12-15% lại phát sinh từ con đường bất ổn định vi vệ tinh (Microsatellite Instability - MSI). Nghiên cứu đột biến gen liên quan ung thư đại trực tràng đóng vai trò then chốt trong việc hiểu rõ cơ chế bệnh sinh và phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả hơn. Các nghiên cứu về đột biến gen tại Việt Nam còn hạn chế, đặc biệt là các nghiên cứu sử dụng phân tích tin sinh học ung thư để đánh giá các đột biến này. Việc xây dựng cơ sở dữ liệu về các gen liên quan ung thư đại trực tràng có ý nghĩa lớn trong việc chẩn đoán sớm và cá nhân hóa điều trị.

1.1. Dịch tễ học và Gánh nặng của Ung thư Đại Trực Tràng

UTĐTT là một trong những loại ung thư phổ biến nhất trên toàn cầu và ở Việt Nam. Theo thống kê của Bệnh viện K, UTĐTT chiếm 9% tổng số bệnh nhân ung thư. Việc hiểu rõ về dịch tễ học giúp xác định các yếu tố nguy cơ và xây dựng chiến lược phòng ngừa hiệu quả hơn. Các yếu tố nguy cơ ảnh hưởng tới UTĐTT như: địa lý, chế độ ăn uống, vai trò của muối mật, pH phân, nghề nghiệp và hội chứng đa polyp gia đình.

1.2. Vai trò của Đột biến gen trong sự phát triển UTĐTT

Đột biến gen là một yếu tố quan trọng trong sự phát triển của UTĐTT. Các gen gây ung thư và gen ức chế sự hình thành khối u đặc trưng ở các tế bào biểu mô ruột tích lũy dần các đột biến, gây bất hoạt các gen vốn có chức năng bình thường để duy trì sự ổn định của nhiễm sắc thể trong quá trình nhân bản. Việc xác định các đột biến gen driver và đột biến gen hành khách có thể giúp phát triển các phương pháp điều trị đích.

II. Thách thức Nghiên cứu Đột Biến Gen UTĐTT ở Việt Nam

Mặc dù có nhiều tiến bộ trong nghiên cứu đột biến gen ung thư, việc áp dụng các kỹ thuật phân tích tin sinh học trong nghiên cứu ung thư đại trực tràng Việt Nam vẫn còn nhiều thách thức. Các thách thức bao gồm: thiếu dữ liệu về bộ gen ung thư đại trực tràng ở người Việt, hạn chế về nguồn lực và cơ sở hạ tầng cho giải trình tự gen ung thư đại trực tràng, và thiếu các chuyên gia có kinh nghiệm trong lĩnh vực tin sinh học và sinh học phân tử ung thư đại trực tràng. Việc vượt qua những thách thức này là cần thiết để nâng cao chất lượng nghiên cứu và cải thiện kết quả điều trị.

2.1. Hạn chế về Dữ liệu và Cơ sở hạ tầng Tin sinh học

Một trong những thách thức lớn nhất là sự thiếu hụt dữ liệu về đột biến gen ở bệnh nhân UTĐTT tại Việt Nam. Cần có nhiều nghiên cứu lớn hơn để thu thập và phân tích dữ liệu về tần suất đột biến gen ung thư đại trực tràng ở Việt Nam. Ngoài ra, cần đầu tư vào cơ sở hạ tầng tin sinh học để hỗ trợ việc xử lý và phân tích dữ liệu gen.

2.2. Thiếu hụt Chuyên gia và Đào tạo trong lĩnh vực Tin sinh học

Việc thiếu hụt các chuyên gia có kinh nghiệm trong lĩnh vực tin sinh học và sinh học phân tử là một rào cản lớn đối với sự phát triển của nghiên cứu đột biến gen tại Việt Nam. Cần tăng cường đào tạo và hợp tác quốc tế để nâng cao năng lực cho các nhà khoa học Việt Nam trong lĩnh vực này.

III. Phương pháp Phân Tích Tin Sinh Học Đột Biến Gen UTĐTT

Phân tích tin sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc xác định và đánh giá các đột biến gen liên quan đến UTĐTT. Các phương pháp phân tích tin sinh học ung thư bao gồm: phân tích trình tự gen, so sánh trình tự, dự đoán cấu trúc protein, và phân tích tương tác gen. Các công cụ và cơ sở dữ liệu tin sinh học giúp các nhà nghiên cứu xác định các đột biến gen driver và đột biến gen hành khách, từ đó phát triển các phương pháp điều trị đích hiệu quả hơn. Việc sử dụng các thuật toán học máy cũng giúp phân tích dữ liệu bộ gen ung thư đại trực tràng và dự đoán nguy cơ phát triển bệnh.

3.1. Giải trình tự gen và Phân tích Trình tự

Giải trình tự gen là một kỹ thuật quan trọng để xác định các đột biến gen trong UTĐTT. Các phương pháp giải trình tự gen ung thư đại trực tràng bao gồm giải trình tự Sanger, giải trình tự thế hệ mới (NGS), và giải trình tự toàn bộ bộ gen (WGS). Phân tích trình tự giúp so sánh trình tự gen của tế bào ung thư với trình tự gen bình thường để xác định các loại đột biến gen ung thư đại trực tràng.

3.2. Dự đoán Cấu trúc Protein và Phân tích Tương tác Gen

Các đột biến gen có thể ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của protein. Dự đoán cấu trúc protein giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về tác động của đột biến gen đến protein. Phân tích tương tác gen giúp xác định các gen tương tác với nhau và ảnh hưởng đến sự phát triển của UTĐTT.

IV. Ứng dụng Xét Nghiệm Đột Biến Gen Điều trị UTĐTT Tại VN

Kết quả nghiên cứu đột biến gen có thể được ứng dụng để xét nghiệm đột biến gen ung thư đại trực tràng và lựa chọn phương pháp điều trị phù hợp cho từng bệnh nhân. Điều trị ung thư đại trực tràng dựa trên đột biến gen bao gồm sử dụng các thuốc nhắm trúng đích (targeted therapy) vào các marker sinh học ung thư đại trực tràng do đột biến gen sinh ra. Việc xác định đột biến gen KRAS ung thư đại trực tràng, đột biến gen BRAF ung thư đại trực tràng, đột biến gen PIK3CA ung thư đại trực tràng, và đột biến gen TP53 ung thư đại trực tràng có thể giúp bác sĩ lựa chọn phác đồ điều trị tối ưu.

4.1. Xác định Các Đột Biến Gen Driver và Lựa chọn Thuốc

Việc xác định các đột biến gen driver là rất quan trọng để lựa chọn các thuốc nhắm trúng đích phù hợp. Các thuốc nhắm trúng đích có thể ức chế hoạt động của protein do gen đột biến sinh ra, từ đó ngăn chặn sự phát triển của UTĐTT.

4.2. Cá nhân hóa Điều trị Dựa trên Kết quả Xét nghiệm Gen

Kết quả xét nghiệm đột biến gen giúp cá nhân hóa điều trị cho bệnh nhân UTĐTT. Bệnh nhân có các đột biến gen khác nhau có thể đáp ứng khác nhau với các phương pháp điều trị khác nhau. Cá nhân hóa điều trị giúp tăng hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ.

V. Kết quả Nghiên cứu Đột Biến Gen Liên Quan UTĐTT tại VN

Luận văn đã tiến hành tìm kiếm, thu thập và chọn lọc các gen đặc trưng liên quan đến UTĐTT từ cơ sở dữ liệu và trên ngân hàng gen NCBI. Tiếp theo xác định các đột biến trên các gen mục tiêu liên quan đến bệnh ung thư trực tràng bằng phần mềm ClustalX, SeaView. Sau đó dữ liệu bước đầu cADN của gen MLH1 được thu thập và chia sẻ thông qua mạng Internet nhằm hỗ trợ cho phương pháp tiên đoán nguy cơ ung thư trực tràng dựa trên kết quả giải trình tự của các gen khảo sát. Qua đó, người dùng có thể truy cập và sử dụng dữ liệu từ khắp nơi trên thế giới khi được kết nối internet.

5.1. Xác định các đột biến trên gen MLH1 MSH2 MSH6 PMS2

Luận văn đã xác định được các đột biến đặc trưng trên các gen MLH1, MSH2, MSH6, PMS2…ở bệnh nhân ung thư trực tràng đã được công bố trên NCBI. Phân tích trình tự các gen kể trên liên quan đến sự bất ổn định vi vệ tinh (MSI) bằng bộ công cụ tin sinh học nhằm hỗ trợ chẩn đoán sớm nguy cơ ung thư trực tràng.

5.2. Xây dựng Web database hỗ trợ tiên đoán nguy cơ ung thư

Luận văn xây dựng trang web database thông qua phần mềm tin sinh học bao gồm cơ sở dữ liệu và trang web lưu trữ dữ liệu hỗ trợ tiên đoán nguy cơ ung thư trực tràng dựa trên kết quả giải trình tự của các gen khảo sát.

VI. Tương lai và Hướng Phát Triển Nghiên cứu Đột Biến Gen UTĐTT

Nghiên cứu đột biến gen liên quan ung thư đại trực tràng đang phát triển nhanh chóng, mở ra nhiều cơ hội mới cho việc phòng ngừa, chẩn đoán và điều trị bệnh. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm: mở rộng quy mô nghiên cứu bộ gen ung thư đại trực tràng ở người Việt, phát triển các phương pháp phân tích tin sinh học tiên tiến hơn, và thử nghiệm lâm sàng các phương pháp điều trị ung thư đại trực tràng dựa trên đột biến gen. Cần có sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà khoa học, bác sĩ và các nhà hoạch định chính sách để đưa những tiến bộ khoa học vào thực tiễn và cải thiện sức khỏe cộng đồng.

6.1. Nghiên cứu toàn diện về Bộ Gen Ung thư Đại Trực Tràng

Nghiên cứu toàn diện về bộ gen ung thư đại trực tràng (Whole-genome sequencing - WGS) cung cấp thông tin chi tiết về tất cả các đột biến gen trong tế bào ung thư. Nghiên cứu WGS có thể giúp xác định các gen mới liên quan đến UTĐTT và phát triển các phương pháp điều trị mới.

6.2. Phát triển Các Phương Pháp Điều Trị Đột Phá

Việc phát triển các phương pháp điều trị mới dựa trên đột biến gen là một hướng đi đầy hứa hẹn. Các phương pháp điều trị này bao gồm: liệu pháp miễn dịch (immunotherapy), liệu pháp gen (gene therapy), và liệu pháp tế bào (cell therapy). Các phương pháp điều trị này có thể giúp tiêu diệt tế bào ung thư một cách chọn lọc và giảm tác dụng phụ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ung thư đại trực tràng (UTĐTT) là một trong những loại ung thư phổ biến và có tỷ lệ tử vong cao trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Theo thống kê, mỗi năm có khoảng 800.000 ca mắc mới và gần nửa triệu ca tử vong do UTĐTT. Tại Việt Nam, UTĐTT đứng thứ năm về tỷ lệ mắc sau các loại ung thư dạ dày, phổi, vú và ung thư vòm họng, chiếm khoảng 9% tổng số bệnh nhân ung thư. Bệnh thường được phát hiện muộn, khi đã di căn, làm giảm hiệu quả điều trị và tăng tỷ lệ tử vong.

Một trong những cơ chế chính dẫn đến UTĐTT là sự bất ổn định vi vệ tinh (Microsatellite Instability - MSI), chiếm khoảng 12-15% các trường hợp, liên quan đến sự suy giảm chức năng của các gen sửa chữa bắt cặp sai ADN (Mismatch Repair - MMR) như MLH1, MSH2, MSH6 và PMS2. Sự bất hoạt các gen này làm tích lũy đột biến, thúc đẩy quá trình sinh ung thư.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích và đánh giá các đột biến gen điển hình thuộc hệ thống MMR liên quan đến UTĐTT tại Việt Nam, sử dụng bộ công cụ tin sinh học để hỗ trợ chẩn đoán sớm và tiên lượng nguy cơ bệnh. Nghiên cứu tập trung vào dữ liệu từ các mẫu mô bệnh nhân, sử dụng các phần mềm chuyên dụng để xác định đột biến và xây dựng cơ sở dữ liệu gen MLH1 cùng các gen MMR khác. Phạm vi nghiên cứu từ năm 2021 đến 2023, tại Việt Nam, với dữ liệu thu thập từ ngân hàng gen NCBI và Colorectal Cancer Atlas.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công cụ hỗ trợ chẩn đoán UTĐTT, góp phần nâng cao hiệu quả điều trị và giảm tỷ lệ tử vong do bệnh gây ra, đồng thời cung cấp nguồn dữ liệu quý giá cho cộng đồng khoa học và y tế trong nước và quốc tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết về sự bất ổn định vi vệ tinh (MSI) và cơ chế sửa chữa bắt cặp sai ADN (Mismatch Repair - MMR). MSI là hiện tượng thay đổi chiều dài các đoạn trình tự ADN lặp lại nhiều lần do sự suy giảm chức năng của hệ thống MMR, bao gồm các gen MLH1, MSH2, MSH6 và PMS2. Các gen này mã hóa protein tham gia sửa chữa các lỗi sai trong quá trình sao chép ADN, duy trì sự ổn định di truyền.

Mô hình nghiên cứu tập trung vào phân tích các đột biến nucleotide đặc trưng trên các gen MMR, đánh giá tác động của đột biến đến cấu trúc và chức năng protein, từ đó liên hệ với nguy cơ phát triển UTĐTT. Ba khái niệm chính được sử dụng gồm: đột biến gen (mutation), bất ổn định vi vệ tinh (MSI), và hệ thống sửa chữa bắt cặp sai ADN (MMR).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ hai cơ sở dữ liệu lớn: Colorectal Cancer Atlas với 13.711 mẫu mô bệnh và 179 dòng tế bào UTĐTT, cùng ngân hàng gen NCBI. Dữ liệu bao gồm trình tự nucleotide và thông tin đột biến của các gen MLH1, MSH2, MSH6, PMS2.

Phương pháp chọn mẫu dựa trên phân loại mẫu theo số lượng đột biến gen: nhóm ít đột biến (<10 đột biến/mẫu) và nhóm nhiều đột biến (≥10 đột biến/mẫu). Các đột biến không làm thay đổi chuỗi acid amin (synonymous) được loại bỏ để tập trung phân tích các đột biến có ý nghĩa sinh học.

Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm ClustalX và SeaView để so sánh và gióng hàng trình tự nucleotide, xác định vị trí đa hình và kiểu biến thể. Ngôn ngữ lập trình R được dùng để xử lý dữ liệu, thống kê tần suất đột biến, vị trí đột biến và biểu diễn kết quả bằng đồ thị. Các gói thuật toán như plyr, stringi và ggplot2 hỗ trợ xử lý và trực quan hóa dữ liệu.

Mô hình cơ sở dữ liệu MMRD được xây dựng trên hệ quản trị MySQL, tích hợp với giao diện web sử dụng HTML và Perl, cho phép lưu trữ, truy xuất và chia sẻ dữ liệu đột biến gen MLH1 và các gen MMR khác. Phương pháp xử lý số liệu bao gồm các phép kiểm định thống kê như ANOVA, t-test, F-test và hồi quy tuyến tính, thực hiện bằng SPSS và R.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ 2021 đến 2023, bao gồm các bước thu thập dữ liệu, phân tích đột biến, xây dựng cơ sở dữ liệu và phát triển công cụ web hỗ trợ tiên đoán nguy cơ UTĐTT.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tỷ lệ đột biến gen MMR trong mẫu UTĐTT: Trong tổng số 13.635 mẫu, nhóm ít đột biến chiếm 95,97% (13.015 mẫu), nhóm nhiều đột biến chiếm 4,21% (620 mẫu). Số lần xuất hiện đột biến trên các gen MMR gồm MLH1 (59 lần), MSH2 (32 lần), MSH6 (80 lần), PMS2 (40 lần).

2. Loại đột biến đặc trưng: Gen MLH1 chủ yếu có đột biến thay thế T-G (18,64%) và A-G (13,56%), vị trí đột biến phổ biến ở nucleotide thứ 64 (6,78%) và 358 (10,17%). Gen MSH2 có đột biến đặc trưng G-T (15,62%) tại các vị trí 923, 1578, 1649 với tần suất 6,25%. Gen MSH6 có đột biến mất C (20%), thay thế G-A (13,75%) và chèn thêm C (12,5%), tập trung tại vị trí nucleotide 3261 với 92,59% đột biến cùng xảy ra. Gen PMS2 chủ yếu đột biến C-T (30%) và G-A (12,5%) tại vị trí 780 và 1621 (10%).

3. Đột biến đặc trưng gen MSH6: Đột biến mất C và chèn C tại vị trí 3261 làm thay đổi khung đọc, dẫn đến kết thúc dịch mã sớm hơn, ảnh hưởng chức năng protein, được xác định là đột biến đặc trưng liên quan đến UTĐTT.

4. Cơ sở dữ liệu gen MLH1: Thu thập và lưu trữ 20 biến thể cADN MLH1 của người, trong đó 7/11 biến thể có mất đoạn, tập trung ở vùng đầu cADN, ảnh hưởng cấu trúc và chức năng protein. Vùng 500 nucleotide cuối cùng của cADN MLH1 được bảo tồn cao, không có biến đổi.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy sự đa dạng và phân bố không đồng đều của các đột biến trên các gen MMR, đặc biệt đột biến tại vị trí nucleotide 3261 của gen MSH6 có ý nghĩa quan trọng trong sinh bệnh học UTĐTT. Việc tập trung phân tích nhóm ít đột biến và loại bỏ đột biến đồng nghĩa giúp làm rõ các đột biến có tác động sinh học thực sự, tránh nhiễu do các đột biến không ảnh hưởng đến protein.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, tỷ lệ đột biến gen MLH1, MSH2, MSH6 tương đồng với các báo cáo trước đây, khẳng định vai trò quan trọng của hệ thống MMR trong UTĐTT. Việc xây dựng cơ sở dữ liệu MMRD và công cụ web hỗ trợ truy cập dữ liệu mở ra hướng tiếp cận mới cho chẩn đoán và nghiên cứu UTĐTT tại Việt Nam, góp phần nâng cao khả năng phát hiện sớm và điều trị hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ tần suất đột biến nucleotide, vị trí đột biến trên từng gen, và bảng tổng hợp số lần xuất hiện đột biến, giúp trực quan hóa và phân tích sâu hơn các đặc điểm đột biến gen liên quan đến UTĐTT.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển hệ thống sàng lọc gen MMR: Triển khai xét nghiệm đột biến gen MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 cho bệnh nhân có nguy cơ UTĐTT tại các cơ sở y tế lớn trong vòng 2 năm tới nhằm phát hiện sớm và can thiệp kịp thời.

2. Mở rộng và cập nhật cơ sở dữ liệu MMRD: Tiếp tục thu thập, phân tích và cập nhật dữ liệu đột biến gen từ các mẫu bệnh nhân mới, mở rộng sang các gen sửa chữa khác, đảm bảo dữ liệu luôn đầy đủ và chính xác, phục vụ nghiên cứu và ứng dụng lâm sàng.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực chuyên môn: Tổ chức các khóa đào tạo về tin sinh học và phân tích gen cho cán bộ y tế, nhà nghiên cứu nhằm nâng cao kỹ năng sử dụng công cụ phân tích và cơ sở dữ liệu, đảm bảo ứng dụng hiệu quả trong thực tế.

4. Phát triển công cụ hỗ trợ chẩn đoán dựa trên web: Hoàn thiện và phổ biến công cụ web-based tool tiên đoán nguy cơ UTĐTT dựa trên kết quả giải trình tự gen, giúp bác sĩ và bệnh nhân truy cập dễ dàng, nâng cao hiệu quả chẩn đoán và điều trị.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và chuyên gia công nghệ sinh học: Nghiên cứu sâu về đột biến gen liên quan đến UTĐTT, phát triển công cụ tin sinh học và cơ sở dữ liệu gen.

2. Bác sĩ chuyên khoa ung bướu và tiêu hóa: Áp dụng kết quả nghiên cứu trong chẩn đoán, tiên lượng và điều trị UTĐTT, đặc biệt trong sàng lọc gen và phát hiện sớm bệnh.

3. Sinh viên và học viên cao học ngành công nghệ sinh học, y học phân tử: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, phân tích dữ liệu gen và ứng dụng tin sinh học trong y học.

4. Cơ quan quản lý y tế và chính sách: Xây dựng chính sách sàng lọc ung thư dựa trên dữ liệu gen, phát triển chương trình phòng chống UTĐTT hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu tập trung vào các gen MMR trong UTĐTT?
   Hệ thống MMR chịu trách nhiệm sửa chữa các lỗi sai trong ADN, sự bất hoạt các gen này dẫn đến tích lũy đột biến và phát triển ung thư đại trực tràng, đặc biệt là qua cơ chế MSI.

2. Các đột biến gen MSH6 có ý nghĩa gì trong UTĐTT?
   Đột biến tại vị trí nucleotide 3261 của MSH6 làm thay đổi khung đọc, gây mất chức năng protein, được xác định là đột biến đặc trưng liên quan đến UTĐTT với tần suất xuất hiện cao.

3. Cơ sở dữ liệu MMRD có thể hỗ trợ gì cho y học?
   MMRD cung cấp thông tin chi tiết về các biến thể gen MMR, giúp chẩn đoán sớm, tiên lượng nguy cơ UTĐTT và hỗ trợ nghiên cứu phát triển thuốc, phương pháp điều trị mới.

4. Phương pháp phân tích dữ liệu gen được sử dụng trong nghiên cứu là gì?
   Sử dụng phần mềm ClustalX, SeaView để so sánh trình tự, ngôn ngữ lập trình R với các gói thuật toán plyr, stringi, ggplot2 để xử lý, thống kê và trực quan hóa dữ liệu.

5. Làm thế nào để truy cập công cụ web hỗ trợ tiên đoán UTĐTT?
   Công cụ được phát triển trên nền tảng web, dữ liệu được chia sẻ tại địa chỉ https://github.com/phuongphuongbioinfo/colorectal-cancer-database, người dùng có thể truy cập và sử dụng khi có kết nối internet.

Kết luận

• Xác định được các đột biến đặc trưng trên các gen MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 liên quan đến UTĐTT tại Việt Nam, trong đó đột biến tại nucleotide 3261 của MSH6 là điểm nổi bật.
• Xây dựng thành công cơ sở dữ liệu MMRD và công cụ web hỗ trợ truy cập, góp phần nâng cao khả năng chẩn đoán và nghiên cứu UTĐTT.
• Phương pháp tin sinh học và phân tích dữ liệu gen được áp dụng hiệu quả, cung cấp thông tin chính xác về đột biến gen.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển công cụ sàng lọc gen và hỗ trợ điều trị UTĐTT tại Việt Nam trong tương lai gần.
• Khuyến nghị tiếp tục mở rộng dữ liệu, đào tạo nhân lực và ứng dụng công nghệ để nâng cao hiệu quả phòng chống UTĐTT.

Hành động tiếp theo là triển khai áp dụng công cụ và cơ sở dữ liệu trong thực tế lâm sàng, đồng thời mở rộng nghiên cứu để cập nhật và hoàn thiện hệ thống dữ liệu gen UTĐTT.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Ung thư đại trực tràng (UTĐTT, Colorectal cancer – CRC) là bệnh ung thư phổ biến thứ ba trên toàn thế giới [1]. Phẫu thuật được cho là giải pháp chính để điều trị bệnh trong giai đoạn sớm. Tuy nhiên, phần lớn các trường hợp bệnh được phát hiện đã ở giai đoạn di căn, không thể chữa trị. Trong suốt quá trình phát triển bệnh, các gen gây ung thư và gen ức chế sự hình thành khối u đặc trưng ở các tế bào biểu mô ruột tích lũy dần các đột biến, gây bất hoạt các gen vốn có chức năng bình thường để duy trì sự ổn định của nhiễm sắc thể trong quá trình nhân bản.

Trong các bất thường vật chất di truyền liên quan đến quá trình sinh ung thư, sự bất ổn định ở các siêu tiểu vệ tinh (Microsatellite instablility – MSI) được xem như là con đường chính yếu trong quá trình phát triển ung thư. MSI liên quan đến sự rối loạn chức năng của hệ thống các gen sửa sai (Mismatch repair genes – các gen MMR), dẫn đến việc làm thay đổi chiều dài của các đoạn trình tự ADN lặp lại nhiều lần. Sự rối loạn này được xác định là do các đột biến xảy ra ở các gen MLH1 và MSH2 (chiếm đến 90%), MSH3, MSH6, PMS2 hay những thay đổi biểu sinh liên quan đến việc bất thường trong methyl hóa ở gen MLH1 cho phép các siêu tiểu vệ tinh được tích lũy trong quá trình tăng sinh của tế bào. Hiện nay, có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của hệ thống MMR đối với UTĐTT.

Tuy nhiên, các nghiên cứu này mới chỉ tập trung vào từng gen đơn lẻ: nghiên cứu về đột biến trên gen MLH1 , đột biến trên MSH2 … Trong khi đó, chưa có một hệ thống nào tập hợp dữ liệu cho cả 4 gen trong hệ thống MMR. Hơn thế nữa, ngay cả trang thông tin Colon Atlas cũng cung cấp dữ liệu về vị trí đa hình của các gen quan tâm, nhưng các vị trí đa hình này được xác định không nhất quán gây khó khăn cho người sử dụng. Trên cơ sở đó, việc xây dựng một cơ sở dữ liệu chứa tập hợp các thông tin liên quan đến đột biến trên các gen thuộc hệ thống MMR là rất cần thiết. Theo đó, có thể tầm soát các đột biến xảy ra trên các gen thuộc MMR, cung cấp nguồn thông tin quý giá cho việc tiên lượng nguy cơ UTĐTT trong giai đoạn sớm, giúp bác sĩ can thiệp kịp thời, nâng cao hiệu quả điều trị bệnh.

Hiểu được tầm quan trọng của việc xây dựng cơ sở dữ liệu về đột biến gen 1 nhóm MMR. Ngoài ra, do mỗi gen có một đặc thù về các biến thể khác nhau nên cơ sở dữ liệu sẽ được xây dựng theo từng bước. Vì vậy, việc tầm soát các đột biến xảy ra trên các gen MLH1, MSH2, MSH3, MSH6 và PMS2 có ý nghĩa rất lớn trong việc điều trị đối với bệnh nhân ung thư trực tràng nói chung và tại Việt Nam nói riêng. Việc xác định được các đột biến này sẽ là nguồn thông tin quý giá cho việc tiên lượng bệnh trong giai đoạn sớm, giúp bác sĩ can thiệp kịp thời, nâng cao hiệu quả điều trị UTĐTT.

Trên cơ sở đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Bước đầu phân tích và đánh giá một số đột biến gen điển hình liên quan đến ung thư đại trực tràng tại Việt Nam bằng bộ công cụ tin sinh học” để có thể áp dụng tầm soát các đột biến gen ung thư đại trực tràng cho bệnh nhân tại Việt Nam. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định được các đột biến đặc trưng trên các gen MLH1, MSH2, MSH6, PMS2…ở bệnh nhân ung thư trực tràng đã được công bố trên NCBI. - Phân tích trình tự các gen kể trên liên quan đến sự bất ổn định vi vệ tinh (MSI) bằng bộ công cụ tin sinh học nhằm hỗ trợ chẩn đoán sớm nguy cơ ung thư trực tràng. Nội dung nghiên cứu - Xác định các đột biến trên các gen mục tiêu liên quan đến bệnh ung thư trực tràng: Phân tích trình tự, so sánh với các trình tự tương ứng đã được công bố trên thế giới nhằm xác định các đột biến đặc trưng.

- Xây dựng trang web database thông qua phần mềm tin sinh học bao gồm cơ sở dữ liệu và trang web lưu trữ dữ liệu hỗ trợ tiên đoán nguy cơ ung thư trực tràng dựa trên kết quả giải trình tự của các gen khảo sát. Giới thiệu về ung thư đại trực tràng (UTĐTT) Theo tổ chức Y tế thế giới, hiện nay bệnh ung thư gây tử vong nhiều hơn cả bệnh tim – mạch vành và đột quỵ. Trong đó, UTĐTT là loại ung thư được chuẩn đoán phổ biến thứ ba ở nam giới và thứ hai ở nữ giới [1]. Mặc dù độ tuổi 60 – 70 tuổi có tần suất mắc UTĐTT cao nhất, trong những năm gần đây, tần suất UTĐTT ở người trẻ tuổi ( ≤ 50 tuổi) đang có dấu hiệu tăng lên.

Bệnh nhân UTĐTT trẻ thường được phát hiện ở giai đoạn muộn (giai đoạn III/ IV) so với nhóm bệnh nhân lớn tuổi nên có tiên lượng rất kém [2,3]. Ung thư đại trực tràng (UTĐTT) là bệnh lý khá phổ biến trên thế giới và hàng đầu tại Việt Nam, mỗi năm có gần 800.000 người mới mắc ung thư đại tràng và khoảng nửa triệu người chết vì bệnh này [4]. Ở Bắc Mỹ và Châu Âu, số người chết vì bệnh đứng thứ 2 sau ung thư vú và phổi ở nữ [5]. Tỷ lệ mắc UTĐTT khác nhau đáng kể giữa các vùng trên thế giới.

Ở các nước phát triển tỷ lệ này cao gấp 4-10 lần các nước đang phát triển [6]. Ở Việt Nam, UTĐTT đứng thứ 5 sau ung thư dạ dày, phổi, vú và ung thư vòm họng. Theo thống kê của bệnh viện K, tỷ lệ mắc ung thư đại trực tràng là 9% tổng số bệnh nhân ung thư [7]. Có nhiều yếu tố nguy cơ ảnh hưởng tới UTĐTT như: địa lý, chế độ ăn uống, vai trò của muối mật, pH phân, nghề nghiệp và hội chứng đa polyp gia đình.

[8] Những đột phá trong việc phát triển hệ thống xử lý đồ họa đã mang lại tiềm năng lớn cho việc chẩn đoán và phát hiện UTĐTT. Gần đây, trong việc xử lý kỹ thuật số, việc sử dụng công nghệ tin sinh học đã thu hút sự chú ý đáng kể để sử dụng trong chẩn đoán hiệu quả các loại ung thư khác nhau, đặc biệt là ung thư đại trực tràng (CRC), được coi là một trong những nguyên nhân chính gây tử vong liên quan đến ung thư trên toàn thế giới. Với việc sàng lọc thường xuyên, ung thư ruột kết có thể được phát hiện sớm, khi điều trị hiệu quả hơn với bộ công cụ CAD với những tiến bộ gần đây là công cụ phát hiện hiệu quả để phát hiện ung thư polyp đại tràng. Hay 3 như công cụ hỗ trợ (PDS) dựa vào kết nối internet để hỗ trợ quyết định sàng lọc UTĐTT bằng cách xét ngiệm máu ẩn trong phân.

Ngoài ra trên thế giới có rất nhiều bộ công cụ dữ liệu để chẩn đoán UTDDTT như: công cụ iStar (Inferring Super- Resolution Tissue Architecture), được phát triển bởi nhóm nghiên cứu tại Trường Y khoa Perelman thuộc Đại học Pennsylvania-Hoa Kỳ, công cụ Transformer… Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng các phần mềm và bộ công cụ máy tính như: Phần mềm Clustal X, Phần mềm Sea View, Ngôn ngữ lập trình R. UTĐTT phát sinh từ biểu mô đại trực tràng là kết quả của sự tích tụ các thay đổi di truyền trong các gen gây ung thư xác định và các gen ức chế khối u (Tumour suppressior genes-TGS). Tỉ lệ tử vong do các loại ung thư khác nhau trên thế giới 1. Các yếu tố dẫn đến UTĐTT 1.

Tiền sử gia đình 4 Khoảng 20% những người ung thư đại trực tràng có ít nhất một người thân trong gia đình cũng bị ung thư đại trực tràng. Nếu một người có người thân bị ung thư đại trực tràng thì nguy cơ bị bệnh tăng lên gấp hai lần [9]. Đối với người có tuổi dưới 45 nếu có từhai người thân bị bệnh ung thư đại trực tràng thì nguy cơ tăng lên gấp năm lần [10]. Ăn nhiều thịt đỏ Việc ăn quá nhiều các loại thịt đỏ như thịt bò, thịt trâu, thịt chó, thịt dê,.

sẽ làm tăng nguy cơ ung thư đại trực tràng. Nguyên nhân là do các loại thịt đỏ khi được chế biến ở nhiệt độ cao sẽ làm sản sinh ra các acid amin dị vòng HCAs và PAHs. Các Acid Amin này sẽ phản ứng với protein, creatinin, đường,. phát sinh thành các biểu mô bất thường hình thành nên ung thư [11].

Ăn nhiều thực phẩm muối, lên men Thực phẩm muối, lên men thường xuất hiện trong bữa ăn hàng ngày. Chúng giúp bữa ăn ngon miệng hơn, chống ngán. Tuy nhiên, các loại thực phẩm muối chua như kim chi, dưa muối, cà muối,. nếu không được muối kỹ sẽ chứa rất nhiều muối nitrit.

Chúng sẽ kết hợp với các amin bậc 2 trong thực phẩm và biến đổi thành nitrosamin có khả năng gây ung thư, đặc biệt là các bệnh ung thư đường tiêu hóa. Ăn nhiều đồ ăn chế biến sẵn Đồ ăn nhanh, đồ ăn chế biến sẵn ngày càng phổ biến trong cuộc sống bởi chúng tiện lợi, ngon miệng, đáp ứng nhu cầu của cuộc sống bận rộn. Tuy nhiên, đồ ăn nhanh, đồ ăn chế biến sẵn chưa bao giờ có lợi có sức khỏe. Trong các loại thực ăn chế biến sẵn như xúc xích, lạp xưởng, thịt xông khói,.

có hàm lượng natri nitrit rất cao. Đây là chất độc gây nên các bệnh về tiêu hóa, trong đó có ung thư đại trực tràng. Bia rượu, thuốc lá Đồ uống có cồn có thể yếu tố thuận lợi cho khối u đại trực tràng (ĐTT) hình thành và phát triển thông qua nhiều cơ chế trực tiếp lẫn gián tiếp. Rượu ethanol có thể gây ra sự tăng sản của tế bào dẫn đến việc hình thành các khối u.

Rượu, bia, thuốc 5 lá không chỉ là thủ phạm gây nên ung thư đại trực tràng mà còn liên quan đến rất nhiều bệnh ung thư khác [12][13][14]. Trong thuốc lá có chứa hơn 7000 chất độc hại, trong đó có 69 chất gây ung thư ảnh hưởng trực tiếp đến người hút thuốc và người hít phải khói thuốc. Người hút thuốc lá sẽ có nguy cơ mắc bệnh ung thư đại tràng cao gấp nhiều lần nếu kèm theo thói quen thường xuyên uống rượu bia [15]. Ít hoạt động và thể lực béo phì Mạch chậm lúc nghỉ ngơi có liên quan tỉ lệ nghịch với UTĐTT (mạch chậm – nguy cơ UTĐTT cao hơn).

Những phát hiện này giúp giải thích sự tăng tỉ lệ mắc UTĐTT ở nhóm định cư tại thành phố và nơi có điều kiện kinh tế phát triển.