Đa hình đơn nucleotide (Single nucleotide polymorphism/SNP)

Đa hình đơn nucleotide (SNP), phát âm là “snip”, là một biến thể phổ biến trong trình tự DNA xảy ra khi một nucleotide đơn (A, T, C hoặc G) trong bộ gen khác nhau giữa các cá thể của một loài hoặc giữa các nhiễm sắc thể tương đồng của một cá thể. Nói cách khác, nó là một vị trí trong bộ gen nơi có sự khác biệt về một base đơn giữa các cá thể khác nhau.

Ví dụ:

Trình tự DNA 1: AAGCT
Trình tự DNA 2: ATGCT

Trong ví dụ trên, nucleotide thứ hai khác nhau giữa hai trình tự (A so với T). Vị trí này được coi là một SNP.

Tần suất xuất hiện:

Để được coi là SNP, biến thể phải xuất hiện ở ít nhất 1% dân số. Những biến thể ít phổ biến hơn được gọi là đột biến. SNPs là dạng biến thể di truyền phổ biến nhất ở người, chiếm khoảng 90% tất cả các biến thể di truyền của con người. Chúng xuất hiện trung bình cứ 100 đến 300 base dọc theo bộ gen người. Điều này có nghĩa là có hàng triệu SNP trong bộ gen của mỗi người.

Ảnh hưởng của SNP

Hầu hết các SNP không có ảnh hưởng đáng kể đến sức khỏe hoặc sự phát triển. Tuy nhiên, một số SNP có thể đóng vai trò trong:

Bệnh tật: Một số SNP có thể làm tăng nguy cơ mắc các bệnh nhất định, chẳng hạn như ung thư, tiểu đường, bệnh tim mạch và bệnh Alzheimer. Chúng có thể ảnh hưởng đến sự nhạy cảm với bệnh tật bằng cách thay đổi chức năng của protein hoặc biểu hiện gen.
Đáp ứng với thuốc: SNP có thể ảnh hưởng đến cách cơ thể phản ứng với một số loại thuốc. Điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu quả và tác dụng phụ của thuốc. Ví dụ, SNP trong các gen mã hóa enzyme chuyển hóa thuốc có thể ảnh hưởng đến tốc độ thuốc được chuyển hóa và do đó ảnh hưởng đến liều lượng cần thiết.
Đặc điểm thể chất: Một số SNP có thể ảnh hưởng đến các đặc điểm thể chất, chẳng hạn như màu mắt, màu tóc và chiều cao. Mặc dù mỗi SNP riêng lẻ thường có ảnh hưởng nhỏ, nhưng sự kết hợp của nhiều SNP có thể góp phần vào sự biến đổi của các đặc điểm này.

Ứng dụng của SNP

SNP được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu di truyền và y học, bao gồm:

Nghiên cứu quần thể: SNP có thể được sử dụng để theo dõi lịch sử di cư và sự tiến hóa của các quần thể khác nhau. Sự phân bố của SNP trong các quần thể khác nhau có thể cung cấp thông tin về tổ tiên chung và các sự kiện di cư trong quá khứ.
Xác định các gen liên quan đến bệnh tật: SNP có thể được sử dụng làm dấu hiệu để xác định các gen liên quan đến các bệnh phức tạp. Bằng cách so sánh tần suất SNP ở những người mắc bệnh và những người không mắc bệnh, các nhà nghiên cứu có thể xác định các vùng gen liên quan đến bệnh tật.
Phát triển thuốc cá nhân hóa: SNP có thể được sử dụng để dự đoán cách một cá nhân sẽ phản ứng với một loại thuốc cụ thể, cho phép các bác sĩ điều chỉnh liều lượng và tránh tác dụng phụ. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn trong y học cá nhân hóa.
Kiểm tra quan hệ huyết thống: SNP có thể được sử dụng để xác định quan hệ huyết thống giữa các cá thể. Vì SNP được di truyền từ cha mẹ sang con cái, nên chúng có thể được sử dụng để xác định quan hệ họ hàng.

Ký hiệu

SNP thường được ký hiệu bằng cách sử dụng rsID (Reference SNP cluster ID), ví dụ: rs123456.

SNP là một loại biến thể di truyền phổ biến và quan trọng. Mặc dù hầu hết SNP là vô hại, một số có thể ảnh hưởng đến sức khỏe, đáp ứng với thuốc và các đặc điểm thể chất. Việc nghiên cứu SNP đang cung cấp những hiểu biết quý giá về di truyền học của con người và có tiềm năng dẫn đến các phương pháp điều trị y tế cá nhân hóa hơn.

Các loại SNP

SNPs có thể được phân loại dựa trên vị trí và ảnh hưởng của chúng lên bộ gen:

SNPs trong vùng mã hóa (coding SNPs – cSNPs): Nằm trong vùng mã hóa protein của một gen. cSNPs có thể được chia thành hai loại:
- SNPs đồng nghĩa (synonymous SNPs): Không làm thay đổi trình tự amino acid của protein. Ví dụ, cả codon GCT và GCC đều mã hóa cho alanine. Mặc dù không thay đổi trình tự amino acid, synonymous SNPs vẫn có thể ảnh hưởng đến quá trình folding protein hoặc biểu hiện gen.
- SNPs không đồng nghĩa (non-synonymous SNPs): Làm thay đổi trình tự amino acid của protein. Điều này có thể ảnh hưởng đến chức năng của protein, đôi khi dẫn đến bệnh tật. SNPs không đồng nghĩa bao gồm:
  - SNPs sai nghĩa (missense SNPs): Thay đổi một amino acid thành một amino acid khác. Tác động của missense SNPs phụ thuộc vào bản chất của sự thay đổi amino acid và vị trí của nó trong protein.
  - SNPs vô nghĩa (nonsense SNPs): Tạo một codon dừng sớm, dẫn đến một protein ngắn hơn và thường không hoạt động. Nonsense SNPs thường có ảnh hưởng lớn đến chức năng protein.
SNPs trong vùng không mã hóa (non-coding SNPs): Nằm trong vùng không mã hóa protein của bộ gen. Chúng có thể ảnh hưởng đến mức độ biểu hiện gen, splicing RNA, và liên kết của các yếu tố điều hòa. Ví dụ, SNP trong vùng promoter có thể ảnh hưởng đến sự liên kết của các yếu tố phiên mã và do đó ảnh hưởng đến mức độ biểu hiện gen.

Công nghệ xác định SNP

Một số công nghệ được sử dụng để xác định SNP, bao gồm:

Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC): Một phương pháp phân tách các phân tử dựa trên kích thước và điện tích của chúng.
Microarray DNA: Một con chip chứa hàng ngàn đoạn DNA ngắn, được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của các SNP cụ thể.
Giải trình tự DNA thế hệ mới (NGS): Một công nghệ cho phép giải trình tự nhanh chóng và hiệu quả của toàn bộ bộ gen hoặc các vùng cụ thể của bộ gen. NGS là phương pháp mạnh mẽ nhất để xác định SNP và các biến thể di truyền khác.

SNPs và Haplotype

SNPs thường được di truyền cùng nhau theo từng nhóm được gọi là haplotype. Một haplotype là một tập hợp các alen SNP trên một nhiễm sắc thể. Việc nghiên cứu haplotype có thể cung cấp thông tin về lịch sử tiến hóa và cấu trúc di truyền của quần thể.

Hạn chế của nghiên cứu SNP

Mặc dù SNP là những dấu hiệu hữu ích cho nghiên cứu di truyền, nhưng chúng cũng có những hạn chế:

Không phải tất cả SNP đều có ý nghĩa chức năng. Nhiều SNP nằm trong vùng không mã hóa và không có ảnh hưởng rõ ràng đến kiểu hình.
SNPs chỉ đại diện cho một phần nhỏ của sự biến đổi di truyền. Các loại biến thể khác, chẳng hạn như chèn, xóa và biến đổi số lượng bản sao, cũng đóng góp vào sự đa dạng di truyền.

Tóm tắt về Đa hình đơn nucleotide

Đa hình đơn nucleotide (SNP) là những biến thể đơn lẻ trong trình tự DNA, xảy ra khi một nucleotide bị thay thế bởi một nucleotide khác. Chúng là dạng biến thể di truyền phổ biến nhất ở người, xuất hiện trung bình cứ 100 đến 300 base. Mặc dù hầu hết SNP không gây ảnh hưởng đến sức khỏe, một số SNP có thể làm tăng nguy cơ mắc bệnh, ảnh hưởng đến đáp ứng với thuốc và đóng góp vào các đặc điểm thể chất.

SNPs được phân loại dựa trên vị trí của chúng trong bộ gen. SNPs trong vùng mã hóa (cSNPs) có thể làm thay đổi trình tự amino acid của protein, dẫn đến các biến thể đồng nghĩa hoặc không đồng nghĩa. SNPs không đồng nghĩa bao gồm SNPs sai nghĩa, thay đổi một amino acid thành một amino acid khác, và SNPs vô nghĩa, tạo ra một codon dừng sớm. SNPs trong vùng không mã hóa có thể ảnh hưởng đến biểu hiện gen và các quá trình điều hòa khác.

Việc nghiên cứu SNP có nhiều ứng dụng trong y học và nghiên cứu di truyền. Chúng được sử dụng để xác định các gen liên quan đến bệnh tật, phát triển thuốc cá nhân hóa, và nghiên cứu quần thể. Các công nghệ được sử dụng để xác định SNP bao gồm microarray DNA và giải trình tự thế hệ mới.

Cần lưu ý rằng không phải tất cả SNP đều có ý nghĩa chức năng và SNPs chỉ đại diện cho một phần của sự biến đổi di truyền. Việc hiểu được vai trò của SNPs trong sức khỏe và bệnh tật là một lĩnh vực nghiên cứu đang phát triển.

Tài liệu tham khảo:

The International HapMap Consortium. “A haplotype map of the human genome.” Nature 437.7061 (2005): 1299-1320.
Sachidanandam, Ravi, et al. “A map of human genome sequence variation containing 1.42 million single nucleotide polymorphisms.” Nature 409.6822 (2001): 928-933.
Gibbs, Richard A., et al. “The international HapMap project.” Nature 426.6968 (2003): 789-796.

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào SNP có thể được sử dụng trong việc phát triển thuốc cá nhân hóa?

Trả lời: SNPs có thể được sử dụng như các dấu ấn sinh học để dự đoán cách một cá nhân sẽ phản ứng với một loại thuốc cụ thể. Bằng cách phân tích kiểu gen SNP của một bệnh nhân, các bác sĩ có thể xác định liệu một loại thuốc có hiệu quả hay không, và liều lượng nào là an toàn và hiệu quả nhất. Điều này giúp giảm thiểu tác dụng phụ và tối ưu hóa hiệu quả điều trị. Ví dụ, SNP trong gen CYP2C9 được sử dụng để cá nhân hóa liều lượng warfarin.

SNPs khác với đột biến như thế nào?

Trả lời: Sự khác biệt chính nằm ở tần suất xuất hiện trong quần thể. Một biến thể được coi là SNP nếu nó xuất hiện ở ít nhất 1% dân số. Các biến thể ít phổ biến hơn được gọi là đột biến. Mặc dù cả SNP và đột biến đều là những thay đổi trong trình tự DNA, nhưng thuật ngữ SNP thường được sử dụng để chỉ các biến thể phổ biến hơn và ít có khả năng gây bệnh.

SNPs có thể ảnh hưởng đến splicing RNA như thế nào?

Trả lời: SNPs nằm trong các vị trí nối exon-intron có thể ảnh hưởng đến quá trình splicing RNA. Quá trình này loại bỏ các intron và nối các exon lại với nhau để tạo thành mRNA trưởng thành. Một SNP tại vị trí nối có thể tạo hoặc phá hủy vị trí liên kết của spliceosome, phức hợp protein thực hiện splicing. Điều này có thể dẫn đến việc tạo ra các mRNA khác nhau, cuối cùng ảnh hưởng đến protein được tạo ra.

Haplotype có liên quan gì đến SNPs?

Trả lời: Haplotype là một tập hợp các alen SNP được di truyền cùng nhau trên một nhiễm sắc thể. Vì các SNP gần nhau trên nhiễm sắc thể có xu hướng được di truyền cùng nhau, chúng tạo thành các khối haplotype. Việc nghiên cứu haplotype có thể cung cấp thông tin về lịch sử tiến hóa, cấu trúc di truyền của quần thể và liên kết với bệnh tật.

Ngoài microarray DNA và giải trình tự thế hệ mới (NGS), còn có phương pháp nào khác để xác định SNP?

Trả lời: Có một số phương pháp khác để xác định SNP, bao gồm: PCR đặc hiệu alen (allele-specific PCR), phương pháp dựa trên khối phổ (Mass spectrometry), và kỹ thuật TaqMan. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng về chi phí, tốc độ và độ chính xác. Việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu và nguồn lực sẵn có.

Một số điều thú vị về Đa hình đơn nucleotide

SNPs và mùi rau mùi: Một SNP gần gen OR6A2 liên quan đến khả năng cảm nhận mùi của aldehyde, một hợp chất hữu cơ có trong rau mùi. Những người mang một biến thể cụ thể của SNP này thường cảm thấy rau mùi có mùi xà phòng hoặc kim loại. Điều này giải thích tại sao một số người yêu thích rau mùi trong khi những người khác lại ghét nó.
SNPs và cà phê: Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng một số SNPs có liên quan đến việc chuyển hóa caffein. Những người mang một biến thể nhất định có thể chuyển hóa caffein chậm hơn, làm tăng nguy cơ mắc bệnh tim mạch nếu họ tiêu thụ nhiều caffein. Ngược lại, những người chuyển hóa caffein nhanh hơn có thể được hưởng lợi từ việc uống cà phê, chẳng hạn như giảm nguy cơ mắc bệnh Parkinson.
SNPs và phản ứng với thuốc: SNP trong gen CYP2C9 ảnh hưởng đến cách cơ thể chuyển hóa warfarin, một loại thuốc chống đông máu. Những người mang một biến thể cụ thể của SNP này cần liều warfarin thấp hơn để tránh tác dụng phụ nghiêm trọng như chảy máu. Kiến thức về SNP này cho phép các bác sĩ cá nhân hóa liều lượng warfarin và cải thiện tính an toàn của thuốc.
SNPs và màu mắt: Màu mắt của con người chịu ảnh hưởng của nhiều gen, nhưng một SNP trong gen OAC2 có ảnh hưởng lớn. SNP này liên quan đến sự sản xuất melanin, sắc tố quyết định màu mắt. Những người mang một biến thể cụ thể có nhiều khả năng có mắt xanh, trong khi những người mang biến thể khác có nhiều khả năng có mắt nâu.
SNPs và di truyền tổ tiên: SNPs được sử dụng rộng rãi trong các xét nghiệm di truyền tổ tiên để xác định nguồn gốc địa lý và dân tộc của một cá nhân. Bằng cách phân tích hàng ngàn SNPs trên toàn bộ bộ gen, các xét nghiệm này có thể cung cấp thông tin chi tiết về lịch sử di truyền của một người.
Số lượng khổng lồ của SNPs: Ước tính có khoảng 10 triệu SNPs phổ biến trong bộ gen người, làm nổi bật sự đa dạng di truyền đáng kể giữa các cá thể.