Công nghệ sinh học ( phần 1 )
microRNA kiểm soát chức năng của các tế bào gốc máu
Tế bào gốc tạo máu cung cấp cho cơ thể nguồn tế bào máu ổn định, bao
gồm hồng cầu – tế bào vận chuyển oxy và bạch cầu – tế bào tạo nên hệ
thống miễn dịch. Tế bào gốc tạo máu (tế bào Hematopoitic) có thể tự tạo
nhiều bản sao để chắc chắn rằng nó có đủ số lượng để cung cấp máu
trong suốt một đời người.

Điều này đòi hỏi nó phải đạt được sự cân bằng tinh tế giữa việc tự tái tạo
và việc phát triển thành những dòng tế bào máu khác nhau. Sự mất cân
bằng sẽ dẫn đến một số bệnh như bệnh bạch cầu (Leukemia) và bệnh
thiếu máu (Anemia).
Một yếu tố quan trọng để chống lại các căn bệnh liên quan đến rối loạn tế
bào gốc máu là gia tăng sự hiểu biết về các gene và phân tử kiểm soát
hoạt động của các tế bào gốc máu. Các nhà sinh học thuộc Viện Kỹ thuật
California (Caltech, Mỹ) đã đạt được một bước tiến lớn trong quá trình
nghiên cứu. Họ đã tìm ra một nhóm mới các phân tử có nồng độ cao
trong tế bào gốc máu và nó có tác dụng điều tiết sử sản xuất tế bào gốc
máu.
David Baltimore, Giáo sư Sinh học Robert Andrews Millikan, người nhận
giải Nobel năm 1975 Sinh lý và Y khoa, nghiên cứu chính của đề tài
nói “khi những đoạn nhỏ bé của RNA (còn được gọi là microRNA hay
miRNA) được kích thích biểu hiện ở nồng độ cao trong tế bào gốc máu
của chuột thí nghiệm, các miRNA sẽ cản trở hoặc thú đẩy chức năng của
những tế bào này”.
Bài báo về nghiên cứu này đã được công bố vào ngày 26/6/2010 trên
phiên bản trực tuyến của Kỷ yếu của Viện Hàn lâm khoa học Quốc gia
(The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)).
Ngạc nhiên hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một phần của
miRNA, gọi là miR-125b, có một vai trò nổi bật. Khi nồng độ miR-125b
hơi cao, nó sẽ đẩy mạnh việc sản xuất các tế bào máu trưởng thành từ các

thiếu máu – căn bệnh do sự khiếm khuyết của tế bào gốc máu. Việc cấy
ghép tế bào gốc máu đã trở thành phương pháp phổ biến trong điều trị
ung thư, bệnh tự miễn dịch và thậm chí cả một số loại bệnh truyền nhiễm.
Việc sử dụng các mức độ biểu hiện của miRNA trong tế bào gốc máu
thông qua liệu pháp điều trị mục tiêu có thể được dùng để chứng minh
thêm hiệu quả của cách tiếp cận này”
“Hai nghiên cứu bổ sung cung cấp thêm bằng chứng rằng các miRNA là
bộ phận điều khiển then chốt trong việc kiểm soát tỷ lệ các loại tế bào
máu được tạo từ tủy xương của chuột và con người.” Baltimore nói.
“Trong công việc này, chúng tôi đã chứng minh cơ chế này là có thật
trong các tế bào gốc. Trong khi những nghiên cứu trước đó của chúng tôi
và các nhà khoa học khác đã cho thấy mức độ của miRNA xác định nồng
độ của các loại tế bào máu trưởng thành. Tuy nhiên liệu pháp miRNA
mục tiêu (The targeting miRNAs therapy) vẫn là một thách thức lớn cho
ngành Công nghệ sinh học”.
Ngoài Baltimore, O'Connell và Chaudhuri, bài báo “MicroRNAs gia tăng
trong quá trình biệt hóa tế bào gốc tạo máu điều tiết dài hạn việc sản xuất
các tế bào gốc tạo máu” (MicroRNAs enriched in hematopoietic stem
cells differentially regulate long-term hematopoietic output) còn có các
đồng tác giả như Dinesh Rao, nhà khoa học trước đây làm việc tại
Caltech và hiện nay thuộc Trường Y khoa David Geffen tại UCLA,
William S. Gibson – Kỹ thuật viên của Caltech và Alejandro B. Balazs –
nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ của Caltech. Công việc nghiên cứu được tài
trợ bởi Viện nghiên cứu Ung thư, Viện Tim, Phổi và Máu Quốc gia; Quỹ
khoa học Quốc gia và Viện Ung thư Quốc gia.
Tinh sạch protein
I. Giới thiệu chung
Sự tinh sạch của protein rất quan trọng vì từ protein tinh sạch chúng ta có
thể xác định được trình tự acid amin, mối liên hệ về tiến hóa giữa các
protein trong những cá thể khác nhau và khảo sát các chức năng sinh hóa

III. Ly trích protein từ tế bào
Khi đã tìm ra thử nghiệm phù hợp và chọn được nguồn protein, chúng ta
cần phân đoạn dịch tế bào thành nhiều phần và xác định xem phần nào
chứa nhiều protein mục tiêu. Quá trình tìm phân đoạn mục tiêu được phát
triển bằng sự mày mò qua từng thí nghiệm. Bước đầu tiên là phá vỡ màng
tế bào, tạo thành hỗn hợp đồng chất. Sau đó phân đoạn hỗn hợp bằng ly
tâm, dịch nổi chứa phân tử có trọng lượng thấp, những phân tử có trọng
lượng cao hơn lắng xuống đáy ống ly tâm. Dịch nổi lại được ly tâm lần
nữa với lực mạnh hơn để tạo cặn và dịch nổi mới. Tiến trình này, được
gọi là ly tâm phân đoạn, sẽ tạo được nhiều phân đoạn khác nhau với tỉ
trọng giảm dần, mỗi phân đoạn này chứa hàng trăm phân tử protein khác
nhau, sẽ được tinh sạch sau khi đã qua thử nghiệm hoạt tính. Thông
thường, một phân đoạn có hoạt tính cao sẽ là nguồn vật liệu cho các kỹ
thuật tinh sạch hiệu quả.
IV. Thu nhận protein mục tiêu dựa trên độ hoà tan, kích thước, điện
tích, và liên kết ái lực
Hàng ngàn protein đã được tinh sạch ở dạng có hoạt tính dựa trên những
đặc tính căn bản như độ hòa tan, kích thước, điện tích và liên kết ái lực.
Thông thường, một hỗn hợp protein sẽ trải qua nhiều giai đoạn phân tách,
mỗi giai đoạn dựa trên một đặc tính nhất định, để cuối cùng là một
protein tinh sạch. Ở mỗi bước phân tách, thử nghiệm xác định hoạt tính
và xác định nồng độ protein đều được thực hiện. Lượng đáng kể protein
tinh sạch, khoảng vài miligram, có thể giúp ta biết được cấu trúc không
gian ba chiều và cơ chế phản ứng của nó. Vì vậy, sản lượng toàn phần là
một điểm quan trọng của quá trình tinh sạch. Các kỹ thuật tinh sạch
thường dùng: tủa bằng muối, màng bán dẫn, sắc ký.
IV.1. Tủa bằng muối
Ở nồng độ muối cao, phần lớn protein sẽ giảm tính hòa tan, hiện tượng
này gọi là tủa bằng muối (salting out). Mỗi loại protein sẽ kết tủa ở một
nồng độ muối nhất định. Vì vậy, hiện tượng tủa bởi muối có thể được

polymer không tan nhưng có tính hydrate hóa cao như dextran, agarose
(những dạng cabohydrate) hay polyacrylamide. Sephadex, Sepharose, và
Bio-gel là những loại gel phổ biến trên thị trường có sẵn những hạt có lỗ
với đường kính chuẩn là 100µm (0.1mm). Những phân tử nhỏ có thể ở cả
bên trong lẫn giữa các hạt, trong khi đó những phân tử lớn hơn chỉ có thể
ở bên ngoài các hạt. Vì vậy, những phân tử có kích thước lớn trong cột sẽ
chảy nhanh hơn và ra ngoài trước . Phân tử có kích thước trung bình, có
thể thỉnh thoảng vào được bên trong hạt sẽ rời khỏi cột ở vị trí giữa; còn
những phân tử nhỏ sẽ phải đi qua đoạn đường dài hơn, quanh co nên sẽ ra
sau cùng.
IV.3.2 Sắc ký trao đổi ion
Tại bất kỳ một điểm pH nào trừ điểm đẳng điện, các protein đều có mang
một điện tích tương ứng với điểm pH đó. Dựa vào điện tích thực của
chúng tại một điểm pH nhất định, ta có thể phân tách hỗn hợp protein.
Phương pháp này gọi là phương pháp sắc ký trao đổi ion. Trong phương
pháp này, pha tĩnh là những hạt mang sẵn một điện tích nhất định, những
hạt này sẽ tương tác với các phân tử (protein) mang điện tích trái dấu với
chúng. Cụ thể, nếu hạt mang điện âm (như cột carboxymethyl-cellulose
(CM-cellulose)), tiến trình được gọi là sắc ký trao đổi ion dương, thì sẽ
tương tác với những phân tử mang điện tích dương. Ngược lại, nếu hạt
mang điện tích dương (như cột diethylaminoethyl-cellulose (DEAE-
cellulose)), gọi là sắc ký trao đổi ion âm, thì tương tác với phân tử mang
điện tích âm. Vì thế, những protein cùng dấu với cột sẽ chạy ra khỏi cột
trong khi những protein trái dấu bị giữ lại cột. Để phóng thích những
protein này, ta tăng nồng độ ion của pha động, những ion này sẽ thế phân
tử protein tương tác với các hạt mang điện tích. Ví dụ, trong sắc ký trao
đổi ion dương, ta thêm muối natri clorua hay muối khác trong dung dịch
tách giải bởi vì ion natri sẽ tranh bám vào cột với các protein có điện tích
dương, do đó, những protein mang điện tích dương được phóng thích ra
ngoài cột lần lượt theo độ lớn về điện tích.

những chất dẫn xuất của nó được gắn trên một cái cột, sau đó nạp hỗn
hợp protein vào cột, cột này sẽ được rửa lại để loại bỏ những protein
không tạo được nối, cuối cùng là tách giải protein mục tiêu bằng dung
dịch X với nồng độ cao hay thay đổi điều kiện để làm giảm lực liên kết.
Sắc ký ái lực là phương pháp tinh sạch hiệu quả nhất khi tương tác giữa
protein và phân tử được dùng như mồi bắt protein có độ chuyên biệt cao.
IV.3. Sắc ký lỏng cao áp

Kỹ thuật sắc ký lỏng cao áp là một dạng mở rộng của kỹ thuật sắc ký cột
có khả năng phân tách protein được cải thiện đáng kể. Bản thân vật liệu
tạo cột vốn đã có sự phân chia rõ ràng và như thế sẽ có nhiều vị trí tương
tác dẫn đến khả năng phân tách được tăng lên đáng kể. Bởi vì cột được
làm từ vật liệu mịn hơn nên phải có một áp lực tác động lên cột để có
được một tốc độ chảy thích hợp. Kết quả thực có sự phân giải cao và
phân tách nhanh.