MỞ ĐẦU Tính độc di truyền tế bào là một thuật ngữ di truyền học đƣợc sử dụng để chỉ hiệu ứng tổn thƣơng vật liệu di truyền và khiếm khuyết phục hồi tổn thƣơng vật liệu di truyền tế bào. Thành tựu kỹ thuật nuôi cấy tế bào lympho máu ngoại vi ngƣời ra đời năm 1960 đƣợc đánh giá là 1 trong 3 chìa khóa thúc đẩy các nghiên cứu sinh học, y học của thế kỷ XX, mở ra triển vọng đánh giá tính độc di truyền tế bào bằng kỹ thuật phân tích sai hình nhiễm sắc thể (NST). Với những đóng góp khoa học, phòng thí nghiệm Sinh Y Dƣợc Học Phóng Xạ, Viện Nghiên cứu hạt nhân đƣợc giới thiệu trên WHO newsletter tháng 12 năm 2014 và trở thành thành viên của WHO BioDose Networks. Cảnh báo tính độc di truyền tế bào của các yếu tố nhiễm bẩn môi trƣờng có ý nghĩa chiến lƣợc nhằm kiểm soát và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Hậu quả của việc sử dụng nguồn thuốc bảo vệ thực vật, hóa chất bảo quản thực phẩm không kiểm soát số lƣợng, thành phần trong những năm qua, của khoảng 544 triệu lít chất da cam, 20 triệu lít chất trắng, 8 triệu lít chất xanh da trời, 9 triệu kg chất CS và 3 triệu kg chất Melathion trong đó dƣ lƣợng Dioxin là rất nghiêm trọng đối với hệ sinh thái, môi trƣờng và con ngƣời Việt Nam. Chúng ta nằm trong nhóm quốc gia có số bệnh nhân ung thƣ và tỷ lệ tăng ung thƣ cao nhất Thế giới, từ 60.000 ca (2010), dự kiến có khoảng 189.000 ca vào năm 2020, hàng năm khoảng 20.000 ca ung thƣ mới, hiện tại có khoảng 94.000 ngƣời chết mỗi năm. Ung thƣ, ngộ độc hoá nông dƣợc và chất bảo quản thực phẩm hầu nhƣ có ở khắp các địa phƣơng, hàng vạn nạn nhân chất độc chiến tranh mắc các bệnh hiểm nghèo liên quan đến di truyền, hàng vạn con cái họ bị dị tật, dị dạng, thiểu năng trí tuệ nhƣ một thách thức cần cảnh báo. Hiện trạng sai hình nhiễm sắc thể khác thƣờng cũng đã 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đƣợc phát hiện ở các đối tƣợng chuyên canh trà, cà phê, dâu tằm có sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật lân hữu cơ, clo hữu cơ.
Đề tài “Nghiên cứu tính độc di truyền của một số yếu tố môi trường ở vùng phát hiện hiện trạng sai hình NST khác thường tại Lâm Đồng” là một sự đóng góp trong lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật phân tích sai hình NST vào việc cảnh báo và đề xuất giải pháp đánh giá tính độc di truyền tế bào của một số yếu tố nhiễm bẩn môi trƣờng dạng các chất độc tích lũy sinh học bền và các chất lắng đọng hữu cơ bền nhằm góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Mục tiêu luận án - Cung cấp bộ số liệu hiện trạng sai hình NST ngẫu nhiên và sai hình NST một số nhóm dân cƣ chịu ảnh hƣởng của môi trƣờng đặc thù tại địa phƣơng. - Phát triển giải pháp phơi nhiễm kép với phóng xạ để đánh giá tính độc di truyền của các yếu tố nhiễm bẩn môi trƣờng trên hệ tế bào lympho máu ngoại vi ngƣời. - Trợ giúp kỹ thuật và phát triển bộ số liệu phục vụ công tác định liều sinh học, đánh giá nhiễm độc môi trƣờng tại Việt Nam.
Đóng góp mới của luận án - Công bố đƣợc bộ số liệu khảo sát sai hình NST ngẫu nhiên và môi trƣờng đặc thù ở một số nhóm dân cƣ địa phƣơng. - Phát triển giải pháp phơi nhiễm kép với bức xạ ion hóa để xác định tính độc di truyền của một số hóa chất nhiễm bẩn môi trƣờng đặc thù do sản xuất nông nghiệp và do kim loại nặng. Các nội dung nghiên cứu - Sai hình NST ở các đối tƣợng dân cƣ ngẫu nhiên. - Sai hình NST ở các đối tƣợng dân cƣ có môi trƣờng đặc thù.
- Tính độc di truyền của một số hóa chất sử dụng trong nông nghiệp dạng lân hữu cơ, clo hữu cơ. 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Giải pháp phơi nhiễm kép để đánh giá tính độc di truyền của một số hợp chất kim loại nặng tích lũy sinh học bền. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Phát triển kỹ thuật phân tích sai hình NST ở tế bào lympho máu ngoại vi ngƣời để đo liều cá nhân ứng dụng trong xạ trị ung thƣ, cấp cứu y tế các nạn nhân phóng xạ, đánh giá nhiễm bẩn môi trƣờng. - Cung cấp bộ số liệu sai hình NST in vivo và in vitro phục vụ công tác đo liều sinh học, đánh giá nhiễm bẩn môi trƣờng, quản lý y tế các đối tƣợng nhân viên bức xạ và ngƣời làm công tác độc hại.
- Phát triển giải pháp phơi nhiễm kép với bức xạ ion hóa để xác định tính độc di truyền của một số hóa chất nhiễm bẩn môi trƣờng đặc thù do sản xuất nông nghiệp và kim loại nặng. 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. SAI HÌNH NHIỄM SẮC THỂ.
Sai hình nhiễm sắc thể (CA) Tính độc di truyền tế bào là một thuật ngữ di truyền học đƣợc sử dụng để chỉ hiệu ứng tổn thƣơng vật liệu di truyền và sự khiếm khuyết phục hồi tổn thƣơng vật liệu di truyền tế bào. Sai hình NST là sự biểu hiện kiểu hình của các tổn thƣơng phân tử ADN và đƣợc phân tích ở cấp độ tế bào. Sai hình NST là thuật ngữ di truyền học, chỉ những thay đổi về kiểu hình của cấu trúc NST khác với kiểu nhân bình thƣờng của loài. Kiểu nhân mang tính đặc trƣng loài về số lƣợng NST, kích thƣớc tƣơng đối và chỉ số tâm động của các cặp NST tƣơng đồng.
NST là cấu trúc liên kết nhiều cấp độ của 1 phân tử ADN với các thành phần protein kiềm và protein axit. Mỗi NST có cấu trúc điển hình gồm 2 vai liên kết với nhau bởi tâm động, kết thúc NST là đoạn ADN có trật tự lặp lại liên tục gọi là telomere, telomere có vai trò giới hạn NST làm cho chúng không thể tái liên kết với nhau. Cấu trúc NST cũng phụ thuộc vào các pha của chu kỳ tế bào, ở pha G1 NST chỉ có 1 phân tử ADN, sau pha S mỗi NST gồm 2 nhiễm sắc tử y hệt nhau liên kết nhau bởi tâm động. Savage 1960, Natarajan 1982, Vanzeland 1983 cùng nhiều tác giả khác đã chứng minh đƣợc thuyết về nguồn gốc của sai hình NST, theo đó sai hình NST đƣợc tạo thành từ các tổn thƣơng chuỗi đôi (DSB)hoặc chuỗi đơn (SSB) trực tiếp hoặc gián tiếp do cơ chế phục hồi nhầm hoặc khuyết phục hồi các tổn thƣơng điểm [30, 76, 77, 124, 133].
Thuyết về nguồn gốc sai hình NST từ các tổn thƣơng DSB, SSB và tái liên kết cặp “đầu dính” các mảnh đƣợc sử dụng cho đến ngày nay [30, 76, 133]. Sai hình NST là một tập hợp kiểu hình, đƣợc phân loại theo hình ảnh và cấp độ cấu trúc NST trong chu kỳ tế bào. Sai hình NST gồm: sai hình kiểu NST và sai hình kiểu nhiễm sắc tử. Sai hình kiểu NST gồm: các kiểu sai hình bất ổn định nhƣ sai hình đa tâm, mảnh 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com không tâm, vòng có tâm, vòng không tâm, các kiểu sai hình ổn định nhƣ chuyển đoạn, đảo đoạn.
Một số kiểu sai hình kiểu NST đƣợc minh họa theo Savage nhƣ sau: 2 tâm 3 tâm Vòng Minute Chuyển và đảo đoạn Hình 1. Sai hình nhiễm sắc thể. Sai hình kiểu nhiễm sắc tử gồm: đứt nhiễm sắc tử và các liên kết tạo cánh [30, 76, 77, 124, 133]. Một số kiểu sai hình nhiễm sắc tử đƣợc minh họa theo Savage nhƣ sau: Đứt nhiễm sắc tử 3 cánh 3 cánh 4 cánh 4 cánh Hình 1.
Các sai hình nhiễm sắc tử. Các nghiên cứu về cơ chế cho thấy kiểu sai hình NST phụ thuộc vào kiểu tổn thƣơng phân tử ADN, cơ chế phục hồi tổn thƣơng và biểu hiện trong chu kỳ tế bào [30, 76, 77, 124, 133]. Các tổn thƣơng chuỗi đôi (DSB) từ G1 hình thành các sai hình kiểu NST và các tổn thƣơng chuỗi đơn (SSB) từ G1 hình thành các sai hình kiểu nhiễm sắc tử [30, 76, 133]. Hệ thống phân loại sai hình NST của Savage chỉ ra các mối quan hệ giữa kiểu tổn thƣơng phân tử ADN ở G1 với các kiểu sai hình NST ở kì giữa đƣợc minh họa nhƣ sau: 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Sơ đồ minh họa sự hình thành CA từ các tổn thương DSB và SSB ở pha G1 (Savage 1960, 2016; Tran Que 2014). Thuyết bắt đầu từ thực tế tổn thƣơng phân tử ADN làm xuất hiện các “đầu dính” có khả năng tái liên kết cặp với nhau để hình thành nên cấu trúc mới. Nhƣ vậy kiểu sai hình NST trƣớc hết phụ thuộc vào kiểu tổn thƣơng phân tử ADN, các tổn thƣơng sợi đơn làm xuất hiện các kiểu sai hình nhiễm sắc tử, các tổn thƣơng sợi đôi làm xuất hiện các kiểu sai hình NST. Kiểu sai hình NST cũng phụ thuộc vào số tổn thƣơng phân tử ADN, số NST tham gia và vị trí tổn thƣơng trên cùng một NST.
Sự tái liên kết các “đầu dính ” mang tính ngẫu nhiên. Nhƣ vậy kiểu sai hình NST cũng phụ thuộc vào xác suất bắt gặp giữa 2 “đầu dính”. Mô hình Savage đã giải thích đƣợc các qui luật sinh học và toán học của qui luật hình thành các kiểu sai hình NST. 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Các kiểu sai hình NST do 2 tổn thương DSB ở 2 NST khác nhau (Savage 1960, 2016, Natarajan 1986, IAEA 2011). Với 4 “đầu dính” có xác suất liên kết thì sẽ có 12 tổ hợp liên kết trong đó ½ ở dạng liên kết hoàn toàn và ½ ở dạng liên kết không hoàn toàn. Các liên kết hoàn toàn sẽ có số lƣợng đơn vị nhiễm sắc bảo toàn ở kỳ giữa. Các kiểu sai hình NST do 3 tổn thương DSB với sự tham gia của 3 NST(Savage 1960, 2010, 2016, Natarajan 1986, IAEA 2011).
Trong trƣờng hợp này số tổ hợp khác nhau là 240. Ngoài sai hình không tâm và mảnh không tâm có xuất hiện các mảnh 3 tâm và vòng. 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các kiểu sai hình NST do 2 DSB trên 2 vai của 1 NST (Savage 1960, 2010, 2016, Natarajan 1986, IAEA 2011).
Vòng có tâm xuất hiện khi 2 “đầu dính” của đoạn có tâm tái liên kết.7: Các kiểu sai hình NST do 2 DSB trên cùng vai của 1 NST. Vòng không tâm xuất hiện khi 2 “đầu dính” của đoạn không tâm tái liên kết. Sai hình nhiễm sắc tử cũng đƣợc hình thành trên quy luật tái liên kết các cặp các “đầu dính” do tổn thƣơng SSB tạo nên.