CHẨN ĐOÁN PHÂN LOẠI KÝ SINH TRÙNG BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG VÀ SINH HỌC PHÂN TỬ pot

CHẨN ĐOÁN PHÂN LOẠI KÝ SINH TRÙNG BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG VÀ SINH HỌC PHÂN TỬ KÝ SINH TRÙNG VÀ VẤN ĐỀ PHÂN LOẠI Ký sinh trùng KST được coi là có vị trí quan trọng thứ hai s

CHẨN ĐOÁN PHÂN LOẠI KÝ SINH TRÙNG

BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG VÀ SINH HỌC

PHÂN TỬ

KÝ SINH TRÙNG VÀ VẤN ĐỀ PHÂN LOẠI

Ký sinh trùng (KST) được coi là có vị trí quan trọng thứ hai sau vi sinh vật trong mối quan hệ lây nhiễm và phát sinh bệnh tật giữa con người và động vật với

hệ sinh thái và môi trường Hàng năm, tỷ lệ gây nhiễm, gây bệnh và gây chết của bệnh do ký sinh trùng gây ra là rất cao buộc các nhà khoa học thực sự phải xem xét lại và tìm phương pháp mới trong việc giám định, chẩn đoán nhằm tìm ra phương pháp tối ưu trong việc nghiên cứu quy luật dịch tễ, điều trị và nguyên lý lập phả hệ quần thể sinh học xác định nguồn gốc lây nhiễm của ký sinh trùng(10)

Hiện nay, ký sinh trùng được coi là tập hợp đa dạng nhất, nên việc phân loại về nhóm, loài, chủng trước đây đã có phần thiếu chính xác, đặc biệt đối với một số loài anh em (sibling species) Do vậy, nhiều khi hình thái học ký sinh trùng

dễ gây nên phức tạp dẫn đến nhầm lẫn trong công tác chẩn đoán, điều trị, cũng như việc phân loại tiến hoá của loài và họ KST Phân loại và giám định bằng các phương pháp truyền thống như dựa vào hình thái học, vào sự phân bố địa lý hay theo đặc tính dịch tễ học và vòng đời, nhiều khi đã gộp nhầm những cá thể hoặc

quần thể ký sinh trùng mà thực chất chúng có những đặc tính di truyền học hoàn toàn khác biệt nhau Những thành quả gần đây trong nghiên cứu KST, nhờ sử dụng các phương pháp nghiên cứu di truyền học hiện đại, nhờ sự tiến bộ của các phương pháp kỹ thuật gen và công nghệ ADN đã cho phép và bắt buộc chúng ta phải nhìn nhận lại mối quan hệ phân loại ký sinh trùng theo các phương pháp truyền thống, trước hết là phương pháp hình thái học(3,6,10)

Việt Nam là một nước nhiệt đới với mức sống và trình độ dân trí về vệ sinh môi trường chưa cao, nên hàng năm bệnh do KST gây ra vẫn là một gánh nặng đối với ngành y tế và thú y của nước ta Nghiên cứu về ký sinh trùng học (kể cả nhân

y và thú y) ở nước ta đã góp phần không nhỏ vào thành quả chung của nhân loại Tuy vậy, trong điều kiện Việt Nam hiện nay, việc nghiên cứu ký sinh trùng hầu hết là dựa vào các phương pháp truyền thống là chính mà chưa có điều kiện làm quen và phát triển một số phương pháp hiện đại, trong đó có việc tìm hiểu và ứng dụng các phương pháp sinh học phân tử

NHỮNG ĐƠN VỊ PHÂN LOẠI CHÍNH VÀ PHỤ

Là đơn vị cơ bản được sử dụng trong phân loại, thể hiện các đặc tính sinh học tự nhiên và sự tiến hoá của nhiều cá thể có quan hệ chung về mặt di truyền

Loài là khái niệm chung thể hiện theo các tiêu chuẩn về quan hệ sinh học lây

nhiễm và sinh sản hữu tính Những cá thể có phương pháp sinh sản vô tính hay tự sản (ví dụ: vi sinh vật) không thể liệt kê theo cách phân loại loài như vậy Từ đó

nảy sinh sự nhầm tưởng và cần có hai khái niệm về loài: loài sinh học và loài di truyền học(12),(15) Loài sinh học nhiều lúc không đại diện đầy đủ cho loài di truyền học, loài di truyền học có thể coi là loài có quan hệ ruột thịt (sibling species) với loài sinh học, mặc dù các cá thể trong loài như thế này có thể có một số đặc tính thích ứng vật chủ và vòng đời có khác nhau

Dưới loài (subspecies)

Là khái niệm cũng được sử dụng trong hệ thống phân loại sinh vật và ký sinh trùng, mặc dù thực chất không có tiêu chuẩn thật rõ ràng để đánh giá, chủ yếu

là dựa vào đặc tính phân bố theo vùng địa lý của đối tượng, và mối cách biệt loài - dưới loài nhiều khi còn mang tính qui ước Do vậy, nhiều khi quan hệ di truyền học trong các cá thể dưới loài rất khập khễnh và xa vời về quy luật tiến hóa Tuy nhiên, nếu xét về tiêu chuẩn sinh học phân tử, loài và dưới loài cũng có những biểu hiện sai khác (divergence) khác nhau

Chủng (strain)

Là đơn vị thấp nhất trong loài đại diện cho sự biến thái di truyền học (genetic variation) và mang tính cấp bậc phân loại của chính loài đó Tuy nhiên, hiện nay khái niệm về chủng và sự sử dụng đơn vị “chủng” trong thực tế còn thiếu chính xác, lạm dụng, nhiều khi chỉ thích hợp với tiêu chuẩn này mà không thích hợp với điều kiện đánh giá khác Thông thường, chủng là tập hợp của các cá thể phát hiện trong một vùng địa lý, có chung đặc tính di truyền học và thích ứng vật

chủ như nhau đã được xác định Thực chất, loài và chủng là những đơn vị phân loại được sử dụng một cách phổ biến, còn khái niệm dưới loài có tính chất trung gian và có giá trị ước định trong phân loại

Mẫu (isolate)

Không phải là đơn vị phân loại sinh học hay di truyền học, không có cấp bậc trong tiến hoá, đơn giản chỉ là một/nhiều cá thể sinh học có chung hình thái học và bước đầu được xác định quan hệ giống nhau Một khi, các đặc tính hình thái học và gen học của chúng được xác định chính xác, thì lúc này mẫu (isolate) mới được coi và trở thành chủng (strain) đại diện cho loài đang nghiên cứu

Biến chủng (variants)

Quy luật sinh học chính là sự bảo tồn (conservation) và biến đổi (variation), góp phần vào tiến hoá qua thời gian của sinh vật Sự thay đổi đa dạng trong cùng một loài, hay còn gọi là biến đổi sinh học (biological variation), tạo ra các biến chủng, mà các biến chủng (variants) nhiều khi chưa hẳn đại diện cho sự biến đổi di truyền học (genetic variation hay genetic polymorphism) Các biến chủng xuất hiện nhất thời, tồn tại ngắn, do vậy không phù hợp với nguyên lý tiến hoá của loài, thậm chí nhiều khi còn thiếu nhiều đặc tính sinh - di truyền học để có thể kết luận chúng thuộc loài này hay loài khác

Mối quan hệ chủng - loài

Loài, dưới loài và chủng, như đã nói, được coi là các khái niệm đại diện cho quần thể, và là mốc đánh giá sự tiến hoá của quần thể Do vậy các đơn vị phân loại này có ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống phân loại quần thể sinh học (population systematics) do tính phức tạp của biến động di truyền, do sự chưa chuẩn xác của phân nhóm đơn vị phân loại và do tiến hoá của loài, dưới loài và chủng luôn xảy ra, nên hiện nay đánh giá hệ thống phân loại quần thể sinh học và lập phả hệ của loài gặp rất nhiều khó khăn Cũng tương tự, sự phức tạp và thiếu chính xác đó đã có ảnh hưởng không nhỏ đối với viêc chẩn đoán, điều trị lâm sàng

và chương trình phòng chống bệnh tật nói chung và KST nói riêng

GIỚI THIỆU NHƯNG PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG TRONG GIÁM ĐỊNH VÀ PHÂN LOẠI LOÀI

Phương pháp hình thái học

Hình thái học (morphology) vẫn là phương pháp được sử dụng rộng rãi và có tính thực tế nhất trong giám định và phân loại ký sinh trùng Hình thái bên ngoài của một ký sinh trùng hay các dạng phát triển trung gian của chúng là sự nhận biết nhanh nhất, dễ dàng nhất và thuận tiện nhất để có thể có kết luận sớm về loại ký sinh trùng cần được chẩn đoán hay đang nghiên cứu Tuy vậy bằng phương pháp hình thái học các cá thể có quan hệ ruột thịt rất khó phát hiện, có thể chúng cùng một đặc tính di truyền nhưng có phương thức hoạt động sinh học khác biệt Nhiều khi việc phân loại theo hình thái học đó

đã không có ý nghĩa thực tiễn trong chẩn đoán và điều trị, cũng như tiến trình phân tích

dịch tễ học của ký sinh trùng gây bệnh, vì có nhiều cá thể giống về hình thái, nhưng biểu hiện tính tiến triển bệnh, vòng đời, tính kháng thuốc, di truyền, sinh sản hoàn toàn khác nhau

Thực tế mà nói, hình thái học vẫn là phương pháp dễ làm, nhanh chóng và trong thực tiễn được sự dụng đi trước một bước làm chìa khoá phân loại đối với quần thể ký sinh trùng có tính chất đơn dạng sinh học Đối với nhiều loài có nhiều biến chủng và có tính đa dạng sinh học cao, phương pháp này chưa thể nhận hết những thông số nghiên cứu cần thiết, do vậy không cho phép chúng ta đơn phương

sử dụng phương pháp hình thái học để giám định và phân loại, đặc biệt đối với một số nhóm, loài ký sinh trùng có hệ số biến chủng cao Trong những trường hợp

đó, cần áp dụng phương pháp sinh học phân tử để làm sáng tỏ và chuẩn xác hình thái học(1,10,13)

Các phương pháp dựa trên sản phẩm protein của ký sinh trùng

Có thể phân làm hai nhóm protein: protein cấu trúc và protein hoạt tính sinh học Mỗi một loại sinh vật đều có nhiều loại protein hoạt tính, trong đó có các sản phẩm độc, các enzym phân giải và nhiều protein cấu trúc có tính đặc hiệu theo từng cá thể riêng Phương pháp sử dụng nhiều nhất vẫn là phương pháp điện di protein (electrophoresis) Bất kỳ một protein nào cũng cho thông số điện di có tính chất đặc trưng cho từng cá thể Loại protein được sử dụng điện di thông thường là các enzym có hoạt tính sinh học cao của ký sinh trùng

Có hai phương pháp chính trong giám định và phân loại: điện di enzym đồng phân (isoenzyme analysis) và điện di enzym dị phân (alloenzyme analysis) Hai phương pháp cổ truyền này được ứng dụng thành công trong nghiên cứu ký

sinh trùng sốt rét (Plasmodium), tiên mao trùng (Trypanosoma) và nhiều loại sán

lá đường ruột(3,10,11) Tuy cùng chung nguyên lý là phát hiện protein cùng chức năng, nhưng kết quả phân tích điện di enzym đồng phân phát hiện protein cũ của

cá thể để củng cố tính đồng nhất có tính chất giám định Còn phân tích điện di enzym dị phân cho phép phát hiện protein mới cùng chức năng, từ đó tìm hiểu tính khác biệt của cá thể có tính chất phân loại

Phân tích trật tự amino acid của một sản phẩm protein của ký sinh trùng cũng được sử dụng từ những năm 1980 để giám định và phân loại Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi protein tinh sạch, trang thiết bị đắt tiền rất tốn kém và mất nhiều công sức Hơn nữa, các phương pháp sinh học phân tử một khi xác lập trật tự nucleotide của gen nghiên cứu thì rất dễ dàng cho biết cấu trúc amino acid của gen tạo sản phẩm đó

Các phương pháp truyền thống khác trong giám định và phân loại

Dựa vào đặc tính dịch tễ học và vòng đời

Đó là các đặc tính về sự khác biệt thích ứng vật chủ, tính hướng định cơ quan, đặc tính phát triển vòng đời sinh học, quá trình và độ dài lây nhiễm, tiến triển và tiên lượng bệnh, hầu hết các đặc tính này là sự thể hiện cơ bản của đặc

tính di truyền, tuy vậy, ít nhất chúng cũng tồn tại theo phương thức ký sinh riêng của cá thể, mà chúng ta có thể, đối chiếu ghi nhận loại ký sinh trùng này đối với các loại ký sinh trùng khác(7),(14) Các đặc tính dịch tễ học và vòng đời ký sinh này còn được sử dụng nhằm phân biệt hai loại ký sinh trùng có quan hệ ruột thịt (ví dụ:

giun đũa ký sinh ở lợn Ascaris suum và giun đũa ký sinh ở người Ascaris

lumbricoides), mà dựa vào đặc tính hình thái đã không phân biệt được(3)

Dựa vào đặc tính phân bố theo vùng, địa lý và phân bố vật chủ

Mặc dù không phải thiết yếu, nhưng sự tương đồng và khác biệt về điều kiện địa lý và vật chủ cũng góp phần chính xác hóa các loài và chủng có quan hệ

gần nhau Giun đũa người (Ascaris lumbricoides) và lợn (A suum) đã được phân

biệt thông qua phương pháp phân bố vật chủ, và chứng tỏ chúng có quan hệ họ hàng ruột thịt Sán dây ký sinh trên người trước đây được cho là một dưới loài của

sán dây bò (Taenia saginata) với tên gọi kép T saginata asiatica, nhưng hiện nay,

dựa vào tính ký sinh vật chủ và đặc biệt dựa vào phân tích sinh học phân tử, sán

dây người đã được chính thức công nhận là một loài riêng biệt có tên gọi Taenia

asiatica(12)

Dựa vào đặc tính lai chéo và sinh lý, sinh hoá

Lai chéo (cross-breeding) ở các cá thể nhiều khi, cho những kết luận giá trị

về giám định và phân loại Đối với ký sinh trùng, do tính phức tạp của vòng đời và vật chủ trung gian, thực nghiệm lai chéo nhiều khi khó có thể thực hiện Tuy vậy

một số loại ký sinh trùng đường máu (Schistosoma spp), tiêm mao trùng (Trypanosoma spp), ký sinh trùng sốt rét (Plasmodium spp), được phân loại qua

một số thực nghiệm lai chéo Các đặc tính lý hoá của ký sinh trùng biểu hiện trong các điều kiện nuôi, sự thích ứng môi trường và vật chủ, trao đổi chất, hoạt động của enzym trong quá trình sinh trưởng và phát triển, tính kháng và nhạy cảm thuốc

và hoá chất, hoá dược cũng được khảo sát và đánh giá phân biệt nhiều loại ký sinh trùng trong chẩn đoán, điều trị Các đặc tính này không được xem xét để đánh giá tiến hoá và phân loại(2)

Dựa vào các phương pháp huyết thanh học

Sự phát triển vượt bậc của khoa học về miễn dịch học, cho phép chúng ta ứng dụng những phương pháp cực nhạy và chính xác trong chẩn đoán và giám định Sử dụng kháng nguyên sơ chế và tinh chế, cũng như các loại kháng thể đa và đơn dòng của ký sinh trùng, chúng ta có được các phương pháp tin cậy và nhanh trong việc giám định chủng và loài, ví dụ các phương pháp hấp phụ đánh dấu enzym (ELISA), phương pháp miễn dịch học phóng xạ (RIA), phương pháp miễn dịch huỳnh quang (IF) Điều đáng chú ý là phương pháp huyết thanh học ký sinh trùng dễ cho kết quả chéo (cross-reaction), hơn nữa, cá thể có thể bị đa nhiễm KST, nên nhiều khi khó chẩn đoán chính xác vật chủ đang mang loại KST nào Đối với nghiên cứu tiến hoá và lập phả hệ của loài, phương pháp huyết thanh học không được coi là có ý nghĩa thực tiễn, ngược lại, phương pháp này cùng với

phương pháp hình thái học là các phương pháp rất có giá trị trong chẩn đoán và điều trị

Dựa vào đặc tính nhuộm màu cá thể và tế bào

Khi ép nhuộm bằng các loại thuốc nhuộm có thể phân biệt dễ dàng hình dạng KST, thậm chí còn quan sát được sắp xếp và cấu trúc các cơ quan bên trong, đặc biệt quan sát được sự phân thuỳ và hệ sinh sản của KST tạo cơ sở chẩn đoán phân loại Phương pháp nhuộm tế bào trước hết là sự phân lập và so sánh nhiễm sắc thể (NST) của tế bào, rồi từ đó tìm kiếm các phân đoạn ADN (các locus) trong NST chứa các gen hay các đoạn ADN có giá trị trong giám định và phân loại Số lượng cặp, hình thái, tính bắt màu đặc trưng của NST thông thường cho giá trị tổng quát để bước đầu định hướng giám định và phân loại các cá thể trong và ngoài loài(13) Phương pháp nhuộm tế bào mang tính trung gian giữa phương pháp truyền thống và sinh học tế bào tìm cấu trúc phân tử

Hiện nay ở Việt nam nghiên cứu giám định và phân loại KST vẫn dựa vào phương pháp hình thái học là chính mà chưa có điều kiện ứng dụng rộng rãi các phương pháp SHPT Tuy nhiên, do yêu cầu nghiên cứu, ngành sinh học Việt nam nói chung và KST học nói riêng cũng cần nhanh chóng tìm hiểu và áp dụng các loại phương pháp mới để có những kết quả nghiên cứu hoàn thiện hơn

NHỮNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC PHÂN TỬ DỰA TRÊN CẤU TRÚC ADN CỦA HỆ GEN

Phương pháp di truyền học tế bào

Các phân đoạn ADN trong mỗi một nhánh nhiễm sắc thể (NST) có trong hệ gen được chọn nghiên cứu thông thường là những vùng chứa các gen đặc hiệu, hay những vùng có cấu trúc đặc biệt, hoặc là các vùng bất ổn định có nhiều chuỗi ADN lặp ngắn (micro and minisatellite) hoặc lặp dài (macro-satellite) Các chuỗi lặp (gọi là các satellite) là điểm yếu của hệ gen, mang dấu hiệu di truyền đặc trưng (specific genetic markers) cho từng cá thể, rất có giá trị trong nghiên cứu tiến hoá

và phân loại

Đối với KST, nghiên cứu các cấu trúc lặp và những vùng gen đặc hiệu thông thường có giá trị hơn sử dụng hình thái và đặc tính NST, vì ở KST, NST của hệ gen bất

ổn định qua các giai đoạn sinh trưởng, phát triển, và vòng đời qua vật chủ trung gian

Như vậy, phương pháp di truyền học tế bào trước hết là sự phân lập và so sánh NST của tế bào, rồi từ đó tìm kiếm các phân đoạn ADN (các locus) trong NST chứa các gen hay các đoạn ADN có giá trị trong giám định và phân loại Số lượng cặp, hình thái, tính bắt màu đặc trưng của NST thông thường cho giá trị tổng quát để bước đầu định hướng giám định và phân loại các cá thể trong và ngoài loài(2,4,5)

Phương pháp hợp lai ADN -ADN