Bài 12 Phân loại vi sinh bằng Sinh Học Phân Tử
1. Khái quát về các phương pháp phân loại vi sinh vật
truyền thống:
Trước đây công tác phân loại vi sinh vật vẫn dựa căn bản trên các đặc tính
hình thái, sinh lý và hóa vi sinh vật: nhuộm, hình dạng tế bào khuẩn lạc, khả
năng di động, nhu cầu dinh dưỡng, khả năng sinh acid trong môi trường cũng
như sắc tố tạo thành v.v..Các đặc trưng này đôi khi cũng bộc lộ những hạn chế
do các đặc tính được dùng cho nhóm vi sinh vật này (Enterobacteriaceae) nhưng
lại không có ý nghĩa đối với nhóm khác (vi khuẩn gram âm - gram negative
bacteria). Hạn chế của các phương pháp phân loại truyền thống dẫn đến nhiều
trường hợp phải xác định lại tên phân loại của một số vi sinh vật. Từ trước đến
nay, đơn vị cơ bản của định tên vi sinh vật là loài, bao gồm nhóm các cơ thể có
mức độ tương đồng cao về các đặc điểm hình thái.
Các phương pháp dựa trên các phản ứng sinh hóa:
Từ những hạn chế của việc xác định các đặc tính hình thái dẫn đến nhiều
nghiên cứu tập trung vào các phản ứng sinh hóa đặc trưng cho các vi sinh vật
riêng biệt. Sự khác biệt của các phản ứng có ý nghĩa cho phân loại các vi sinh
vật.
- API20E KIT,
nguyên tắc: dựa vào 20 phản ứng khác nhau. Nói chung hiện nay có nhiều
nơi vẫn dùng kỹ thuật này nhưng nhìn chung kết quả cũng còn nhiều sai
số do nhiều nguyên nhân khác nhau: cụ thể trong các trường hợp gene
quyết định phản ứng sinh hóa nằm trong plasmid lại bị mất do nhiều
nguyên nhân khác nhau như tuổi tế bào, lượng giống cấy hay thay đổi
trong quá trình nuôi cấy dẫn đến sai khác và làm sai kết quả.
- Phân biệt bằng thực khuẩn thể:
Các vi khuẩn có độ mẫn cảm với thực khuẩn thể khác nhau. Có thực khuẩn
thể xâm nhiễm làm tan tế bào ngay lập tức để sau đó thực khuẩn thể
nhân lên thành các hạt trong tế bào chủ, trong khi đó với một số vi
khuẩn thì thực khuẩn thể xâm nhiễm nhưng lại không làm tan tế bào vi
khuẩn và chúng cùng tồn tại với tế bào vật chủ. Dựa vào sự khác biệt
2. Cách tiếp cận phân loại học với kỹ thuật sinh học
phân tử:
Ngày nay những tiến bộ trong sinh học phân tử đã mở ra khả năng ứng
dụng hữu hiệu trong phân loại học và nghiên cứu đa dạng vi sinh vật. Nếu như
các phương pháp truyền thống chỉ tập trung trên một số đối tượng vi sinh vật
thì phương pháp sinh học phân tử có thể áp dụng trên mọi đối tượng vi sinh vật.
Nói chung các phương pháp sinh học phân tử tập trung vào các kỹ thuật
chủ yếu là:
+ Phân tích acid nucleic.
+ Phân tích protein.
+ Phân tích lipopolysaccharid.
+ Hóa phân loại học.
Trong phần này chúng tôi tập trung giới thiệu một số kỹ thuật phân loại
liên quan đến acid nucleic. Các phần sau chúng tôi lần lượt giới thiệu các
phương pháp liên quan đến polysaccharid, lipoprotein và hóa phân loại.
2.1. Phân tích acid nucleic:
Kỹ thuật phân tích acid nucleic liên quan chủ yếu đến phân tích kích
thước, cấu trúc acid nucleic, mối tương quan về trình tự acid nucleic thông qua
giải trình tự ADN và lai ADN.
a. Phân tích ADN plasmid:
Phương pháp phân tích ở đây bao gồm tách plasmid, so sánh các loại
plasmid về kích thước sau đó tinh sạch plasmid và xử lý bằng enzym cắt hạn
chế, sau đó điện di trên gel agarose và so sánh sự đa hình của các mảnh cắt để
phân biệt các chủng vi sinh vật với nhau.
Plasmid vòng
Streptomyces và Borrelia
Plasmid là nhân tố di truyền ngoài nhân và sao chép độc lập với nhiễm sắc
thể. Cấu trúc plasmid là sợi đôi ADN khép kín theo vòng. Tuy nhiên, có nhiều
trường hợp ngoại lệ là sợi kép ADN mạch thẳng (đối với vi khuẩn Borrelia và
Streptomyces). Plasmid được tìm thấy hầu hết ở các vi khuẩn và một số ít các vi
là 10 phút. Sau đó được rửa một lần nhanh bằng nước loại ion trước khi được
nhìn dưới UV và chụp ảnh làm tài liệu.
Một số vấn đề cần lưu ý khi phân tích plasmid: trên gel thông thường
plasmid được thấy ở 3 dạng: dạng siêu xoắn, dạng đứt gãy và dạng mạch thẳng
khi bị cắt bởi endonuclease. Dạng di chuyển tốc độ cao hơn là siêu xoắn (Hình
1.1).
Hình 1.1. Di chuyển của plasmid mạch thẳng (L) và siêu xoắn (OC) khi điện di
Đôi khi việc tách plasmid cũng phức tạp đặc biệt trong những trường hợp
plasmid có kích thước nhỏ có lẫn các mảnh ADN của nhiễm sắc thể. Trong mọi
trường hợp đều có nhiễm các RNA và chúng di động nhanh nhất trừ các trường
hợp plasmid như vậy không được nhầm lẫn giữa plasmid siêu xoắn và dạng
chính plasmid đứt gãy và plasmid khác. Một chú ý khác là tránh nhầm lẫn khi so
sánh kích thước giữa các plasmid siêu xoắn và dạng duỗi xoắn hay mạch thẳng.
Thực tế là chỉ có thể so sánh các plasmid siêu soắn với nhau về kích thước.
Khi tiến hành phân biệt giữa các chủng vi khuẩn thì đương nhiên là chỉ có
thể thực hiện so sánh giữa các chủng cùng có plasmid với nhau. Cũng nên chú ý
là không phải các chủng đều giống nhau về đặc tính miễn dịch nếu có chung kết
quả phân tích plasmid như nhau. Phép phân tích sẽ có hiệu quả trong các mẫu
có nhiều loại plasmid, tuy nhiên cũng phải tính đến việc các plasmid cũng có thể
bị mất trong quá trình bảo quản.
+ Kỹ thuật dấu vân tay (finger printing) phân tích
plasmid với enzym cắt hạn chế:
Cho đến nay, người ta đã tìm thấy hơn 400 enzym cắt hạn chế. Mục đích
của kỹ thuật này bổ sung cho kỹ thuật so sánh phổ kích thước plasmid ở trên.
Tức là người ta có thể phân biệt được sự khác nhau của các plasmid có cùng kích
thước. Như vậy, khi xử lý plasmid với một hay kết hợp một số enzym cắt hạn
chế thì kết quả sẽ thu được là các đoạn ADN được cắt có kích thước khác nhau.
Kết quả này có độ lặp lại cao, do đó dễ sử dụng khi so sánh các mẫu khác nhau.
Hiện nay, có nhiều enzym cắt hạn chế được sản xuất và tiêu thụ trên thị
trường, các enzym này có điểm nhận biết thay đổi từ 4-6 cặp nucleotid. Thông
khác biệt về phổ thu được từ các mảnh cắt.
b. Phân tích ADN nhiễm sắc thể:
Phương pháp phân tích ở đây bao gồm việc tách ADN của nhiễm sắc thể
và cắt bằng enzym cắt hạn chế để phân biệt giữa các vi sinh vật với nhau. Một
chú ý khi tách ADN nhiễm sắc thể phải thao tác nhẹ nhàng để tránh đứt gãy do
nguyên nhân cơ học. Nói chung các mảnh cắt nên có kích thước nhỏ hơn hoặc
bằng 50 kb. Việc tách các mảnh cắt đó được thực hiện dựa vào kỹ thuật điện di
trong trường xung điện (PFGE = Pulsed Field Gel Electrophoresis ).style="text-align:
justify; margin-top: 6.0pt"> Như vậy kỹ thuật dấu vân tay không chỉ áp
dụng trong trường hợp trên tế bào mang plasmid mà kỹ thuật này còn được sử
dụng với nhiễm sắc thể cho mọi trường hợp.rường hợp.ường hợp.ường hợp.
Liên quan đến vấn đề này phải kể đến kỹ thuật BRENDA: phân tích kết
quả xử lý enzym cắt hạn chế với vi sinh vật. Ở đây cách chọn loại enzym cắt
hạn chế vô cùng quan trọng, theo cách chọn này có thể tạo ra quá nhiều mảnh
cắt nên không thể phân biệt được các băng riêng rẽ trong khi đó đối với các
trường hợp khác lại tạo ra quá ít mảnh cắt có kích thước lớn khó tách theo các
kỹ thuật điện di hiện có. Các vi sinh vật khác nhau có tỷ lệ GC khác nhau (dao
động từ 25-75%) các mảnh cắt thu được sau khi xử lý enzym cắt hạn chế rất
khác nhau. Theo Nei M. và Li W. H. (1979) thì số mảnh cắt có thể thu được tính
trên lý thuyết là:
a = (g/2)
r1
x {1-(g/2)}
r2
Trong đó: g - tỷ lệ GC của ADN
r1 - số cặp GC
r2 - số cặp AT trong vị trí cắt của enzym giới hạn sử
dụng
a - số vị trí cắt khi sử dụng enzym cắt hạn chế.
Mặt khác, người ta cũng căn cứ vào kết quả nghiên cứu các vị trí cắt của
không phải do gel agarose như ở phương pháp điện di thông thường, hình 1.2.
Hình 1.2. Sử dụng kỹ thuật PFGE phân tích nhiễm sắc thể
sau khi xử lý với Sma I với 7 chủng Haemophilus ìnluenzae.
Tiếp theo các mô tả của Schwartz va Cantor, Smith và Codemine (1990)
đã đề cập đến sự di chuyển của các mảnh ADN khác nhau là hàm số tuyến tính
với kích thước của chúng. Trên cơ sở đó có thể điều chỉnh các xung điện và điện
trường. Tuy nhiên các nhân tố khác cũng có mối tương tác lẫn nhau và ảnh
hưởng đến khả năng di động của ADN như: nhiệt độ, điện thế, nồng độ agarose
cũng như nồng độ ion trong đệm.
- Chuẩn bị ADN cho PFGE: Chuẩn bị ADN từ nhiễm sắc thể không giống
như các phương pháp chuẩn bị ADN plasmid. Một vấn đề thường xảy ra là sự
đứt gãy ngẫu nhiên ADN dẫn đến sai khác trong kết quả phân tích. Để hạn chế
điều này người ta phải thực hiện kỹ thuật tách ADN NST khỏi tế bào mẫu
agarose có nhiệt độ nóng chảy thấp – LMT (Schwartz va Cantor – 1984 và
Smith, Klco 1988). Theo phương pháp này hỗn dịch tế bào (dịch nuôi cấy hoặc
dịch huyền phù) được trộn với LMT agarose tại 37
o
C. Hỗn dịch đầu tiên được xử
lý với enzym và chất tẩy rửa để tách ADN NST khỏi thành, màng tế bào, RNA và
protein. Sau đó là xử lý với EDTA, bất hoạt nuclease tế bào với proteinase K và
N-lauroylsarcosine để loại các thành phần khác của tế bào. Kết quả là phần LMT
agarose có chứa ADN NST được dùng làm mẫu chạy gel 0.5-1.0% (nên làm tan
ở 65
o
C) và đưa lên mẫu chạy gel PFGE, tài liệu của Smith (1988) mô tả chi tiết
cách chuẩn bị mẫu từ các tế bào có và không có thành tế bào: vi khuẩn, nấm
men, nấm sợi, tế bào thực vật và động vật. Nói chung với các trường hợp có
thành tế bào thì cần đến enzym phá thành tế bào. Lượng ADN NST thường dao
động trong khoảng 0.5-20 µg ADN là thích hợp. Nếu quá nhiều ADN thì không
thể phân tích được, còn quá ít thì cũng không thể phát hiện được các băng ADN
SacII
CCGC/GG
SalI
C/TCGAC
SfiI
GGCC(N)4/NGGCC
SmaI
CCC/GGG
XhoI
C/TCGAG
- Ứng dụng của kỹ thuật phân tích PFGE:
Kỹ thuật PFGE đã được sử dụng cho nghiên cứu trên nhiều đối tượng khác
nhau (xem bảng 1.3).
Bảng 1.3. Minh hoạ các chủng vi sinh vật được phân tích dựa trên kết quả
PFGE thu được từ các đoạn nhiễm sắc thể.
Vi sinh vật nghiên cứu Tài liệu tham khảo
1. Acinetobacter baumannii
2. Brucella spp
3. Campylobacter hyointestinalis
4. Campylobacter jejuni
5. CADNida arabicans
6. CADNida prapsilosis
7. Coxiella burnettii
8. Enterobacter cloacae
9. Enterococcus faecium
10. Escherichia coli
11. Listeria monocytogenees
12. Leptospira spp
tổ hợp của một số nhiễm sắc thể là đủ. Cho dù theo các cách chuẩn bị nhiễm
sắc thể khác nhau thì kết quả của phép phân tích PFGE đều giống nhau. Phép
phân tích PFGE được ứng dụng cho các nghiên cứu ở mức độ loài với loài.
Một số điểm cần lưu ý khi sử dụng kỹ thuật PFGE:
+ Kỹ thuật này đòi hỏi phải có trang thiết bị chuyên dụng, kỹ thuật cũng
như kinh nghiệm vì việc tách nhiễm sắc thể đôi khi gặp khó khăn trên một số
đối tượng vi sinh vật.
+ Kỹ thuật PFGE không đủ nhạy để phát hiện những sai khác nhỏ giữa các
mẫu, đặc biệt khi thực hiện với một enzym thì kết quả có thể giống nhau nhưng
không chắc chắn là hai mẫu giống nhau hoàn toàn. Điều đó có nghĩa là kỹ thuật
này nên dùng để xác định sự khác nhau còn việc xác định sự giống nhau thì
không đủ tin cậy. Tuy nhiên ngay cả khi xác định sự khác nhau đôi khi các mẫu
có plasmid nhỏ hay thực khuẩn thể cũng cần xét đến vì chính nguồn ADN này
cũng tạo ra những sai khác giả.
+ Sự khác biệt giữa các mẫu có thể phát hiện được khi dùng các enzym
cắt hạn chế khác nhau.
Tóm tắt:
Phương pháp phân tích plasmid là phương pháp được dùng phổ biến trong
các phòng thí nghiệm chuẩn đoán vi sinh vật. Việc kết hợp giữa phân tích
plasmid với sử dụng enzym cắt hạn chế sẽ tạo được sự phân tích chính xác với
các thông tin đáng tin cậy đối với các mẫu phân tích. Tuy nhiên, khi phân tích
các mẫu dựa trên plasmid thì cần lưu ý là các plasmid có thể bị mất qua các thế
hệ phân chia, dẫn đến sai lệch các kết quả nghiên cứu. Khi thực hiện phép phân
tích PFGE với các plasmid lớn sẽ khắc phục được hạn chế của các phép phân tích
hiện tại với plasmid nhỏ như trên. Phương pháp PFGE hiện đang được dùng rộng
rãi tại các phòng thí nghiệm vi sinh vật, áp dụng trên các đối tượng dễ nuôi cấy
có thể cho các kết quả tốt hơn nhưng hạn chế về giá thành thiết bị cũng như
yêu cầu cao về kỹ thuật và kinh nghiệm. Mặt khác khi sử dụng các enzym cắt
hạn chế hiếm có thể sẽ khó phát hiện được mức độ sai khác. Như vậy sự kết
hợp giữa các phép phân tích plasmid, PFGE và lai ADN sẽ cho kết quả tin cậy
nhau thì mẫu dò nên là đoạn nucleotid đặc trưng cho các mẫu phân tích để phân
biệt với các sinh vật khác. Tuy việc chọn mẫu dò cũng mang tính kinh nghiệm,
mẫu dò đôi khi không cần phải là toàn bộ gene mà chỉ là một đoạn gene mã hoá
cho một đặc tính đặc trưng cho đối tượng nghiên cứu (có thể là yếu tố kháng
nguyên bề mặt, độc tố hay một gene chức năng nào đó trên plasmid). Với cách
chọn mẫu dò có kích thước nhỏ (14-40 bp), có thuận lợi là các mẫu dò được
tổng hợp nhân tạo và phép lai thực hiện nhanh (dưới 30 phút) trong khi đó với
các mẫu dò lớn thời gian kéo dài hơn (khoảng 16 giờ). Hạn chế lớn nhất đối với
các mẫu dò nhỏ là khó khăn khi đánh dấu và dẫn đến giảm tính đặc hiệu của
phép lai.
Một cách thường được sử dụng là thiết kế các mẫu dò từ các chuỗi ARN
thông tin 16S. Cách chọn có thể căn cứ vào đoạn ADN có mặt trong các đại diện
mức độ dưới loài, trong loài hay thuộc chi nghiên cứu.
+ Các phương pháp đánh dấu:
Các kỹ thuật đánh dấu ADN được xem là lĩnh vực phát triển mạnh nhất
trong sinh học phân tử. Nói chung kỹ thuật đánh dấu được chia thành kỹ thuật
đánh dấu trực tiếp và gián tiếp. Trong phương pháp trực tiếp thì phần đánh dấu
để phát hiện được gắn vào acid nucleic. Đối với phương pháp gián tiếp thì có
một phần chức năng được gắn vào acid nucleic và phần này lại được phát hiện
gián tiếp dựa vào protein bám đặc hiệu được phát hiện bằng kỹ thuật miễn dịch.
Sau đây là chi tiết các phương pháp đánh dấu.
· Đánh dấu trực tiếp:
- Bảng dưới đây đưa ra các loại cơ chất dùng cho phương pháp đánh dấu
trực tiếp dựa vào việc nhân ADN được đánh dấu lên sẽ tăng độ nhạy so với
phương pháp đánh dấu chỉ được thực hiện với các mồi đơn lẻ. Đối với các
phương pháp đánh dấu trực tiếp thì các nhóm tạo tín hiệu được gắn trực tiếp
bằng liên kết hoá trị với nucleic của mẫu dò.
- Đánh dấu trực tiếp bao gồm 2 bước chính: tạo tín hiệu dựa vào liên kết
hoá trị của nhóm tín hiệu với mẫu dò và thực hiện phép lai giữa mẫu nghiên cứu
và mẫu dò.
hiệu với nhóm chức tín hiệu thông báo (reporter) và cuối cùng là tạo ra tín hiệu
từ nhóm chức tín hiệu.
Bảng 1.5. Liệt kê một số hệ thống đánh dấu gián tiếp.Nhóm chức năng bám protein
Nhóm tín hiệu (reporter) Tài liệu dẫn
Biotin-dUTP/steptavidin
Digoxigenein-dUTP/antidigoxigenein
Sulphone/antisulphone
Dinitrophenyl/antinitrophenyl
Poly(dA)/poly(dT)
Acetyllaminofluorene/anti-
acetylaminofluorene
Alkaline phosphatase
Alkaline phosphatase
Europium chelate
Piruvate kinase
Horseradish peroxidase
Alkaline phosphatase
Leary et al (1982)
Kessler et al (1990)
Syvanen et al (1986)
Leller et al (1990)
Morrisey & Collins
(1989)
Tchen et al (1984)
6, Dễ bị loại bỏ sau phản ứng lai.
7, Dễ phân biệt giữa mẫu lai và mẫu chưa lai trong cùng điều kiện.
8, Có thể ứng dụng với hệ thống tự động hoá.
Tuy nhiên, nếu theo các yêu cầu lý tưởng trên thì chưa có hệ thống đánh
dấu phi phóng xạ nào thoả mãn.
Hiện nay, có nhiều hệ thống đánh dấu phi phóng xạ đạt độ nhạy cao và
đó là lý do các phương pháp này đang được ứng dụng rộng rãi đặc biệt là
phương pháp dựa trên các enzym như Alkaline phosphatase, Horseradisk
peroxidase. Tuy nhiên phương pháp sử dụng các chất phóng xạ hiện tại vẫn
đang được dùng cho một số phòng thí nghiệm đặc biệt.
· Chiến lược đánh dấu với chất phi phóng xạ.
Có 3 phương pháp đánh dấu phi phóng xạ:
1, Dùng cơ chất hoá phát xạ và sinh phát xạ, trong trường hợp này thì cả
cơ chất hoá và sinh phát quang đều tạo ra các bức xạ ánh sáng và sau đó là
phương pháp phát hiện bức xạ này.
* Với nguồn cơ chất hoá phát quang có loại như AMPPD (Bronstein,
Edward & Voyta, 1989) có thể được dùng trực tiếp như là cơ chất cho enzym
Alkaline phosphatase trong phép lai ADN đạt độ nhạy cao trong thời gian ngắn
(Bronstein et al., 1990).
* Phương pháp phát xạ sử dụng enzym Alkaline phosphatase trên cơ sở
giải phóng D-luciferin từ cơ chất, ví dụ D-luciferin-O-phosphate (Miska và
Geiger., 1987). Hai phương pháp này tương đối nhạy và đang được sử dụng
rộng rãi.
2, Phương pháp phát hiện dựa vào thay đổi màu:
Phương pháp đo màu có thể thực hiện trên môi trường dịch thể hay chất
mang và khá nhạy so với phương pháp phát quang. Người ta đã tạo ra các cơ
chất sinh màu khi có mặt enzym (chẳng hạn như Alkaline phosphatase). Lợi thế
của phương pháp này là việc phát hiện đơn giản do kết quả là sự thay đổi màu
dễ phát hiện và ứng dụng trong các phòng thí nghiệm vi sinh vật.
Một phương pháp có thể làm tăng độ nhạy của phản ứng màu bằng cách
trong dịch thể và lai với chất mang (solid support).
a. Kỹ thuật lai với vi sinh vật (in situ), hình 1.4.
Hình 1.4. Minh hoạ kỹ thuật lai in situ với kỹ thuật FISH (fluorescence in
situ hybridization) phát hiện vi khuẩn Helicobacter pylori.
Kỹ thuật này được thực hiện để định vị chuỗi acid nucleic trong vi sinh vật
sau khi đã được cố định trong các tiêu bản hiển vi. Tuy nhiên, do hầu hết các vi
sinh vật có khả năng thấm (hay cho phép) các đoạn ngắn oligonucleotid đánh
dấu đi vào tế bào sau khi cố định mẫu vì vậy khi sử dụng mẫu dò đánh dấu với
chất nhuộm huỳnh quang đặc biệt có thể nhìn thấy được trực tiếp vi sinh vật
dưới kính hiển vi huỳnh quang. Điều đáng chú ý là phản ứng lai phải tiến hành
trong thiết bị được hàn kín nhằm hạn chế việc bay hơi của dịch lai. Việc bay hơi
dịch lai này dẫn đến việc bám không đặc hiệu của chất nhuộm huỳnh quang với
tế bào. Nhiệt độ lai phụ thuộc vào oligonucleotid mẫu dò. Sau phản ứng lai thì
mẫu phải được xem ngay hoặc được bảo quản trong tối trong thời gian 6 tháng.
Nếu mẫu dò đặc hiệu cho RNA thì độ nhạy tăng lên rất lớn vì có tới hàng ngàn
bản copy của RNA trong mỗi tế bào (Stahl và Amman, 1991).
Lai trong môi trường dịch thể:
Phản ứng lai trong môi trường dịch thể xảy ra nhanh hơn nhiều so với môi
trường có chất mang pha rắn (soild). Do cả phân tử ADN đích và mẫu dò đều có
thể di động tự do trong môi trường do đó phản ứng đạt kết quả cao nhất. Nói
chung với phép lai thực hiện trong dịch thể thì thời gian kết thúc nhanh hơn từ
5-10 lần so với trong điều kiện là chất mang (Bryan, et al., 1986). Tuy nhiên,
cũng có thể bổ sung thêm chất mang làm tăng phản ứng lai. Cần thêm bước
cuối cùng là tách phức hợp mẫu dò-sợi ADN đích. Hạn chế ở đây là mẫu trong
dịch cho nên có thể tạo lên các nền kém đặc hiệu, do vậy cần các giải pháp làm
hạn chế mức độ nhiễu của nền cho thích hợp.
Hình 1.5. Minh hoạ kỹ thuật lai trong môi trường dịch thể.
Trên thực tế hầu hết các KIT thương phẩm dùng cho vi sinh vật đều tiến
hành trong môi trường dịch thể. Vi sinh vật trong mẫu đầu tiên được phân giải
trong điều kiện thích hợp để ADN đích lai với mẫu dò. Sau đó là bước lai và tách
rửa tiếp theo để đánh giá mức độ bám đặc hiệu của phép lai. Sau đó các mẫu dò
đánh dấu lai với vị trí ADN mẫu trên màng được phát hiện bằng các hệ thống
phát hiện tương thích. Toàn bộ quá trình lai trên màng đã được Meinkoth và
Wahl (1984) mô tả chi tiết.
Khi phát hiện typ vi sinh vật, chúng ta phải sử dụng kỹ thuật Southern.
Trong phương pháp này ADN của nhiễm sắc thể được tinh sạch và được xử lý với
enzym cắt hạn chế thích hợp, sau đó mẫu lại được điện di trên gel agarose và
tạo ra dấu vân (finger print) của nhiễm sắc thể. Sau khi điện di gel được đặt
dưới màng nitrocellulose hay màng nylon nằm giữa một số lớp giấy. Lớp giấy lọc
phía trên được đặt trên cùng phần gel và màng kẹp giữa giấy lọc như trong hình
1.6.
Hình 1.6. Mô tả phương pháp chuyển ADN lên màng cho kỹ thuật Southern Blot.
Kết quả là đệm từ phía dưới được thấm một cách tự nhiên lên trên. Điều
đó giúp cho việc chuyển các mảnh ADN từ gel lên màng và bám chặt vào màng
với kích thước và phiên bản đúng như trên gel sau khi điện di (mô tả chi tiết
theo Sambrook 1989).
Phương pháp truyền thống này cũng được cải tiến khi dùng màng nylon để
chuyển ADN trong điều kiện biến tính (Read và Mann 1985). Thời gian chuyển
có thể vài giờ hoặc qua đêm. Việc cố định ADN trên màng được thực hiện sau đó
bằng cách xử lý nhiệt hay tia UV như đã trình bày ở trên. Tuy nhiên, nhiều
phương pháp cải tiến được thực hiện nhanh như chuyển bằng điện di (Bittner,
Kupfere, Morris, 1980) hay sử dụng bơm chân không (Medveczky, 1987;
Olszewsk, 1988).
Trong nhiều trường hợp dùng điện để chuyển ADN từ gel agarose lên
màng thì trước tiên gel phải được xử lý biến tính và được làm trung hoà trở lại.
Gel được đặt giữa hai bản điện có các bản giấy thấm (hình 1.7).
Hình 1.7. Minh hoạ bước chuyển ADN lên màng.
Sau đó nguồn điện được nối và lúc đó ADN sẽ được chuyển lên màng. Thời
gian chuyển sẽ phụ thuộc vào kích thước đoạn ADN nhưng thường dao động
các gel với nhau cũng như kết quả thu được từ các phòng thí nghiệm khác nhau.
Khi sử dụng phương pháp này cần chú ý một số mẫu dò sau:
1, Mẫu dò có thể là đoạn RNA ribosom từ một loài sinh vật nào đó: ví dụ
rRNA của E.coli có thể được các công ty thương phẩm cung cấp (Boeringer
Mannheim), đây là mẫu dò khá thuận lợi và được đánh dấu phóng xạ hay với các
cơ chất huỳnh quang. Ưu điểm chính của mẫu dò này ở chỗ phần RNA là đoạn
khá bảo thủ do đó mẫu dò có thể dùng lai với các sản phẩm xử lý enzym cắt hạn
chế của nhiều loài vi khuẩn khác nhau. Có một số loài khi lai với mẫu dò chỉ cho
một kết quả giống nhau trong khi đó ở loài khác khi lai các chủng với mẫu dò thì
lại thu được kết quả khác nhau. Đây là cơ sở cho phương pháp ribotyping.
2, Mẫu dò có thể là đoạn ADN ngẫu nhiên có chức năng không xác định
(Tompkins et al., 1986). Mẫu dò này thường được dùng cho các loài có chứa
chính các đoạn ADN này. Sử dụng các mẫu dò này đôi khi rất có ý nghĩa trong
việc phân biệt các mẫu sau khi tiến hành phương pháp ribotyping (Saunders et
al., 1990).
3. Một cách khác nữa cũng được dùng là sử dụng mẫu dò là một đoạn
ADN tách dòng từ một gene đã biết. Ví dụ dùng đoạn gene mã hoá cho độc tố
ngoại bào (exotoxinA) sử dụng để định typ Pseudomonas aeruginosa (Ogle et
al., 1987). Mẫu dò dùng gene mã hoá cho độc tố Cholera được dùng để xác định
các typ cho các chủng thuộc họ phảy khuẩn sinh độc tố (Yam, Li Lung & Ng,
1989). Việc sử dụng bất kỳ loại mẫu dò nào cũng tạo ra phổ đặc trưng của phép
lai có ý nghĩa cho so sánh giữa các chủng với nhau.
Hạn chế chính của kỹ thuật này ở chỗ kết quả thu nhận chỉ khu trú phần
gene bắt cặp với mẫu dò mà không đặc trưng cho cả hệ gene.
Bảng 1.6. Kết quả thu được khi thực hiện kỹ thuật RFLP với dùng các mẫu dò
không phải là ribosom.
Đối tượng Tác giả nghiên cứu và tài liệu dẫn
Aeromonas spp Altwegg an Luthyhottenstein (1991)
Borrelia burgorferi Wallich et al (1992)
của kết quả phụ thuộc vào loại mẫu dò sử dụng.
- Yêu cầu kỹ thuật:
Để thu được kết quả tối ưu cần có các yêu cầu kỹ thuật cụ thể cho từng bước
thực hiện.
Đầu tiên là phải tạo ra được phổ dấu vân tay thu được sau khi xử lý mẫu
với enzym cắt hạn chế. Phổ vân tay tối ưu khi các mảnh cắt phải được
tách rõ và phân bố đồng đều về kích thước trên gel. Số lượng các mảnh
ADN thu được phụ thuộc vào mẫu ADN và loại enzym cắt hạn chế được sử
dụng. Thông thường phải chọn một số mẫu xử lý thử trước với từng loại
enzym (hay đồng thời xử lý với một số enzym). Có thể thấy rõ là các
enzym có 5 nucleotid tại vị trí cắt sẽ tạo ra sản phẩm nhiều mảnh hơn các
enzym có 6 nucleotid tại vị trí nhận biết.
Thực tế cũng cho thấy khi dùng enzym cắt hạn chế (một hay đồng thời vài
loại) để thu được phổ các đoạn cắt hợp lý cho việc phân tích ribotyping thì
các kết quả này cũng rất khác nhau. Như vậy, điều quan trọng nên tiến
hành trước các phép phân tích này, phải chọn được một số chủng đặc
trưng và thử với một số enzym cắt hạn chế để chọn giải pháp cho nghiên
cứu dịch tễ học với kỹ thuật này. Trong một số trường hợp kết quả phân
tích khi chỉ tiến hành với 1 hay 2 enzym cắt hạn chế có thể không đưa ra
được kết quả chính xác.
Như vậy, khi có được kết quả hợp lý sau khi xử lý các mẫu ADN với enzym
cắt hạn chế thì tiến hành các bước chuyển các đoạn ADN trên gel lên
màng theo các phương pháp đã được mô tả ở trên. Phương pháp chuyển
bằng chân không là hợp lý hơn cả vì kết quả cho việc chuyển các băng có
kích thước gần nhau lại được tách ra sắc nét trên màng. Khi thực hiện
phép lai nên chú ý nếu như dùng nguồn ARN ribosom của một chủng nào
đó đánh dấu làm mẫu dò thì cần phải thay đổi điều kiện lai như nhiệt độ
để phép lai được thực hiện tốt với các đoạn ADN từ các chủng vi sinh vật
khác nhau.
Có một số phương pháp đánh dấu mẫu dò là ADN ribosom. Phương pháp
trên thực tế khi nhìn kết quả bằng mắt thường khó có thể phát hiện được sự
khác nhau hay giống nhau giữa các chủng trong cùng một loài khi tiến hành
nghiên cứu dịch tễ học trên diện rộng. Owen và cộng sự (1992) đã nghiên cứu
khả năng trợ giúp của computer để so sánh kết quả thu được khi nghiên cứu các
chủng Helicobacter pylori. Tương tự như vậy Bialkowska-Hobranska và cộng sự
(1990) dùng thiết bị laze đo mật độ các mảnh ADN lai cùng với sự trợ giúp của
computer để phân tích các kết quả thu được từ các chủng cầu khuẩn nha bào
gram âm. Phương pháp này có thể đưa ra số liệu chung làm cơ sở cho xác định
sự giống nhau giữa các loài khác nhau. Các phân tích thu được từ các số liệu của
các các thể khác nhau có thể chỉ ra được các cá thể mới làm cơ sở cho định danh
cũng như theo dõi.
Mọi nghiên cứu cho thấy một điều quan trọng và có ý nghĩa nhất là cách
chọn enzym cắt hạn chế và loại mẫu dò dùng cho phép lai (Saunder và cộng sự
1991).
Tóm tắt:
Nhìn chung phương pháp lai ADN chứng tỏ ưu thế của nó như là một kỹ
thuật quan trọng cho định typ và nghiên cứu dịch tễ học nhiều loại vi sinh vật
khác nhau. Về nguyên tắc phương pháp này cũng có ưu điểm và nhược điểm
của nó.
Ưu điểm:
- Sử dụng cho nhiều đối tượng vi sinh vật.
- Có các mẫu dò vạn năng được bán rộng rãi trên thị trường. Kết
quả lai có độ lặp lại cao và khá đơn giản cho việc phân tích kết quả.
Copyright: Tài liệu đại học ©