Áp dụng phương pháp VNTR – Miru định kiểu Gene các chủng Mycobacterium Tuberculosis phân lập tại Việt Nam

LỜI MỞ ĐẦU Y văn nhân loại đã ghi nhận sự tồn tại của bệnh lao từ thời cổ đại, lịch sử bệnh lao là lịch sử ghi lại những thách thức trong khoa học và y khoa. Bệnh lao vẫn đang là vấn đề nhức nhối cho sức khoẻ từng cá nhân và cộng đồng. Theo thống kê của WHO, hằng năm trên thế giới trung bình 8 triệu người bệnh lao mới đượ c phát hiện, trong số đó 2 đến 3 triệu người chết vì lao. Năm 1993, WHO tuyên bố lao là vấn đề cấp bách trên toàn cầu. Cùng với HIV và sốt rét, lao là một trong những nguồn bệnh truyền nhiễm nguy hiểm nhất. Lao thật sự là gánh nặng y tế ở những nước đang phát triển, nhất là trong tình hình các chủng mycobacteria kháng thuốc trị lao ngày càng nhiều. Nhiều bệnh nhân lao mắc thêm HIV và nhiều bệnh nhân HIV nhiễm thêm bệnh cơ hội như lao; khi số lượng tế bào CD4 giảm từ 500 đến 250/mm 3 , nguy cơ nhiễm lao tăng từ 10 đến 30 lần (23). Chính tình hình cấp bách này đòi hỏi cộng đồng thế giới tìm ra chiến lược phòng chống lao đồng bộ và hiệu quả hơn. Bệnh lao là do vi khuẩn Mycobacterium tuberculosis gây ra. Từ sự phổ biến của một chủng lao ở Bắc Kinh (Trung Quốc), chủng lao ở New York có liên hệ mật thiết với kháng đa thuốc, vi khuẩn lao kiểu gene Beijing đã thu hút sự chú ý trong giới nghiên c ứu khoa học cận lâm sàng. Số liệu thống kê cho thấy kiểu gene Beijing (chiếm 37% trong tổng số mẫu vi khuẩn phân lập tại Việt Nam) có thể có liên hệ với tính kháng thuốc (14), có thể là nhân tố góp phần vào tỉ lệ kháng thuốc cao trong thời gian dài, mặc dù Chương trình chống lao Quốc gia của Việt Nam đã được thiết lập và đưa vào hoạt động tốt từ vài thập kỉ qua. Kiểu gene Việt Nam, một kiểu gene trong nhóm Indo-Oceanic, chi ếm khoảng 20% tổng số mẫu, không thể được phân biệt rạch ròi bằng các kỹ thuật định kiểu gene đang được áp dụng ở Việt Nam hiện nay. Kĩ thuật IS6110 – RFLP được sử dụng như kĩ thuật chuẩn định kiểu gene M.tuberculosis, nhưng không thể phân biệt các kiểu gene trong dòng Indo-Oceanic do bản chất những M.tb kiểu gene này có ít các bản sao IS6110. Spoligotyping là kĩ thuật định kiểu gene nhanh, đơn giản nhưng không thể phân biệt các chủng trong họ Beijing. Như vậy cần có sự tìm tòi, áp dụng và phát triển một kĩ thuật có khả năng phân giải tốt để phân biệt các chủng vi khuẩn lao có nguồn gốc châu Á này. Kĩ thuật VNTR áp dụng trên 31 loci cho thấy một số dấu ấn sinh học có mức độ đa hình cao trên quần thể Nhật Bản (tổng số mẫu trong quần thể là 235 chủng, trong đó có 185 chủng là kiểu gene Beijing) (17), cho thấy khả năng áp dụng như kĩ thuật để phân tách kiểu gene trong tập hợp chủ yếu gồm họ Beijing và kiểu gene địa phương Việt Nam. Chiến lược lâu dài cho sự áp dụng và phát triển các kĩ thuật định kiểu gene phân tách chủng vi khuẩn lao có nguồn gốc châu Á: Trên 450 mẫu lâm sàng đã thu nhận được tại Tp Hồ Chí Minh, kĩ thuật VNTR – MIRU trên 31 loci được tối ưu hoá các điều kiện thí nghiệm như nhiệt độ bắt cặp, n ồng độ mồi… Từ những thông tin đó, nhận diện những loci mang tính đa hình cao và áp dụng lên tập hợp mẫu lớn thu thập từ Chương trình chống lao Quốc gia được thu nhận theo chiến lược phân tầng rồi bốc ngẫu nhiên, rút ra 100 mẫu tiêu biểu đại diện toàn bộ tập hợp mẫu cho dự án giải toàn bộ bộ gene. Mục tiêu đề tài Một phần trong chiến lược lâu dài đó, phạ m vi luận văn để giải quyết việc áp dụng kĩ thuật VNTR - MIRU với 31 loci trên 95 mẫu đại diện đầu tiên trong tập hợp mẫu thu nhận được tại Tp HCM để hoàn thiện phương pháp trong điều kiện áp dụng phòng thí nghiệm tại địa phương, loại bỏ những loci không có tính đa dạng, tìm kiếm những loci cho thông tin ổn định mà vẫn mang tính phân biệt giữa các chủng trong họ Beijing và Việt Nam: - Tiến hành tối ưu hoá 31 PCR với các bộ mồi gắn màu - Điều chỉnh các điều kiện điện di mao quản trên hệ thống máy DNA analyzer Applied Biosystems Inc. 3130xl - Thiết lập qui trình xử lí thông tin bằng phần mềm GeneMapper v3.0 - Phân tích độ tương đồng kiểu gene giữa các chủng bằng phần mềm BioNumerics v4.0 (Applied Maths, Belgium)

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp luận văn thạc sĩ tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến

Đơn vi nghiên cứu lâm sàng Đại học Oxford, Bệnh viện Bệnh nhiệt đới, bệnh viện Phạm Ngọc Thạch và Giáo sư Jeremy Farrar đã tạo điều kiện giúp tôi thực hiện khóa luận này

Tiến sĩ khoa học Maxine Caws đã tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ tôi từng bước ngay khi bắt tay vào thí nghiệm, đến khi hoàn tất luận văn, và tiến sĩ khoa học Ngô Thị Hoa đã giúp tôi chăm chút từng câu chữ viết luận văn

Các anh phòng IT đã hết lòng giúp đỡ tôi trong quá trình soạn thảo

Các anh chị, bạn và các em đồng nghiệp tại OUCRU, phòng thí nghiệm sinh học phân tử trên vi khuẩn lao đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình thí nghiệm

Và các bạn của tôi, chính nhờ sự thăm hỏi, động viên tôi liên tục không mệt mỏi đã tiếp sức cho tôi qua những giai đoạn khó khăn

Trên tất cả, con xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn đến ba mẹ - chỗ dựa tinh thần vững chắc của con

Tp Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2010

Nguyễn Thị Hồng Duyên

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục bảng

Danh mục hình

Danh mục chữ viết tắt

Lời mở đầu……… 1

Mục tiêu đề tài……… 2

Tính cấp thiết, ý nghĩa lí luận và thực tiễn của đề tài……… 3

1 Tổng quan tài liệu……… 4

1.1 Bệnh lao……… 4

1.1.1 Bệnh lao xét ở mức độ toàn cầu và ở Việt Nam……… 4

1.1.1.1 Gánh nặng bệnh lao trên thế giới……… 4

1.1.1.2 Gánh nặng bệnh lao ở Việt Nam……… 4

1.1.2 Phân loại bệnh lao……… 5

1.1.2.1 Lao phổi AFB(+)……… 5

1.1.2.2 Lao phổi AFB (-)……… 5

1.1.2.3 Lao ngoài phổi……… 6

1.1.3 Phân loại và đặc điểm vi khuẩn lao……… 6

1.1.3.1 Phân loại……… 6

1.1.3.2 Các đặc điểm sinh học cơ bản của mycobacteria……… 10

1.1.4 Bộ gene vi khuẩn lao……… 15

1.1.4.1 Cấu trúc bộ gene vi khuẩn lao……… 15

1.1.4.2 Cơ chế tiến hoá chung của vi khuẩn lao và chiến lược xuất hiện đa dạng di truyền của vi khuẩn lao……… 16

1.2 Các kĩ thuật sinh học phân tử xác định kiểu gene vi khuẩn lao……… 17

1.2.2 Kĩ thuật dựa trên Variable Number of Tandem Repeats – Mycobacterial

Interspersed Repetitive Unit……… 21

1.2.3 Các thông số chung để đánh giá và kiểm định phương pháp định kiểu gene……… 23

1.2.3.1 Khả năng thực hiện……… 23

1.2.3.2 Sự tiện lợi……… 23

1.3 Nghiên cứu dịch tễ phân tử trên M.tuberculosis (đặc biệt kiểu gene Beijing)… 24 1.3.1 Những đặc điểm di truyền xác định M.tuberculosis họ Beijing……… 25

1.3.2 Dịch tễ học họ Beijing……… 26

1.3.3 Những kết quả ban đầu trong nghiên cứu lâm sàng họ Beijing……… 28

2 Vật liệu và phương pháp……… 29

2.1 Đối tượng nghiên cứu……… 29

2.2 Kỹ thuật sinh học phân tử xác định kiểu gene dựa trên VNTR – MIRU……… 29

2.2.1 Khuếch đại trình tự đích……… 30

2.2.1.1 Nguyên tắc……… 30

2.2.1.2 Tiến hành……… 30

2.2.2 Điện di mao quản……… 31

2.2.3 Xử lí thông tin thu nhận được……… 33

3 Kết quả……… 35

3.1 Tối ưu hóa một số điều kiện phản ứng trong phương pháp VNTR – MIRU định kiểu gene các chủng Mycobacterium tuberculosis phân lập tại Việt Nam……… 35

3.2 Đánh giá mức độ áp dụng của kỹ thuật định kiểu gene dựa trên VNTRMIRU… 38 3.2.1 Khả năng định kiểu gene (Typability) ……… 44

3.2.2 Độ lặp lại của kỹ thuật (Reproducibility) ……… 44

3.2.4 Độ phân giải của kỹ thuật (Discriminatory power) ……… 46

4 Thảo luận……… 51

4.1 Áp dụng phương pháp VNTR – MIRU……… 51

4.2 Tính ổn định của phương pháp……… 52

4.3 Giá trị của phương pháp trong bối cảnh dịch tễ, lâm sàng……… 53

5 Kết luận và Đề nghị……… 55

Danh mục công trình tác giả……… 57 Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Bảng 1.2: Phức hợp M.tuberculosis và các bệnh liên quan 9

Bảng 1.3: So sánh ưu và khuyết của 2 phương pháp định kiểu gene vi

khuẩn lao thông dụng

20

Bảng 1.4: Tỷ lệ nhiễm lao do kiểu gene Beijing phân chia theo độ tuổi

bệnh nhân tại Việt Nam

27

Bảng 2.1: Tóm tắt quy trình phân tích kiểu gene vi khuẩn lao 29

Bảng 2.2: Thành phần trong PCR trong phương pháp MIRU - VNTR 31

Bảng 2.3 :Chương trình phản ứng trong máy luân nhiệt 31

Bảng 3.1: Các thông số nhiệt độ, cường độ dòng điện,

điện thế dùng cho máy DNA sequencer khi phân giải mẫu

36

Bảng 3.2: Thống kê khả năng định kiểu gene của kỹ thuật trên một số

dấu hiệu sinh học có xuất hiện kết quả âm tính

44

Bàng 3.3: Một số lỗi kĩ thuật thường gặp ở phương pháp VNTR –

MIRU

44

Bảng 3.4: Thống kê giá trị đa dạng kiểu gene trên từng vị trí loci 45

Bảng 3.5: Sự phân bố kiểu genes vào các nhóm tương đồng (cluster)

dựa trên các cách phối hợp loci

47

Bảng 3.6: Các cách phối hợp các loci để phân giải chủng 48

Bảng 6.1: Locus designations, PCR primer sequences of each VNTR

locus

i.1

Hình 1.1: Cây phả hệ các chủng mycobacteria dựa trên trình tự 16S rRNA 8

Hình 1.2: A nhuộm Ziehl-Neelse,trực khuẩn M.tb đỏ B nhuộm

auramine,trực khuẩn M.tb vàng-cam

Nam ST 139

25

Hình 1.9: Sơ đồ phân bố M.tb kiểu gene Beijing trên toàn thế giới 26

Hình 2.1: Một ví dụ tiêu biểu cho giai đoạn khuếch đại sản phẩm 30Hình 2.2: Quy trình thực hiện điện di mao quản bằng máy ABI 3130xl 32Hình 3.1: Kết quả PCR khác biệt gradient nhiệt độ bắt cặp mồi Iw-07 &

Hình 3.4: Biểu diễn mẫu với 3 sản phẩm PCR được nhuộm 3 loại dye: xanh

dương (FAM), xanh lá cây (HEX), đen (NED) X: hỗn hợp primer dimer

37

Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự phân bố genotypes vào các cluster dựa trên

các loại dâu ấn sinh học

39

Hình 3.6: Cây biểu diễn mối tương quan giữa 93 chủng bằng VNTR –

MIRU trên 18 loci

49

AFB (Acid-fast bacilli): sự hiện diện của Mycobacteria khi xét nghiệm đàm hoặc các

mẫu bệnh phẩm khác trên kính hiển vi

CD4: cluster of differentiation 4

Fucsin: thuốc nhuộm tổng hợp xanh đen, dùng để nhuộm vi khuẩn lao

MIRU (Mycobacterial Interspersed Repetitive Units): những đơn vị lặp lại phân tán ở

các vị trí khác nhau trên bộ gene vi khuẩn lao

M.tb, M.tuberculosis: Mycobacterium tuberculosis

MDR: multidrug-resistance, lao đa kháng thuốc, kháng với ít nhất isoniazid và rifampicin Kết quả kháng sinh đồ FS: full susceptible, nhạy với mọi kháng sinh

RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) IS6110 : kỹ thuật phân tích kiểu

gen dựa trên việc đo đạc số lượng và chiều dài các đoạn DNA cắt từ bộ gen nhờ các

enzyme cắt giới hạn đặc biệt, ở đây sử dụng mẫu dò IS6110

Thuốc điều trị lao H: Isoniazid

Thuốc điều trị lao R: Rifampicin

Thuốc điều trị lao S: Streptomycin

Thuốc điều trị lao E: Ethambutol

Thuốc điều trị lao Z: Pyrazynamide

UNAIDS: Joint United Nations Programme on HIV/AIDS

VNTR (Variable Number of Tandem Repeats): những đơn vị lặp lại lặp lại ở các vị trí

khác nhau trên bộ gene vi khuẩn lao

Ziehl-Neelsen: thuốc nhuộm hiện màu Mycobacteria Thành phần gồm Ziehl-Neelsen

carbol fucshin, alcohol acid và methylene blue

WHO: World Health Organization

LỜI MỞ ĐẦU

Y văn nhân loại đã ghi nhận sự tồn tại của bệnh lao từ thời cổ đại, lịch sử bệnh lao là lịch sử ghi lại những thách thức trong khoa học và y khoa Bệnh lao vẫn đang là vấn đề nhức nhối cho sức khoẻ từng cá nhân và cộng đồng Theo thống kê của WHO, hằng năm trên thế giới trung bình 8 triệu người bệnh lao mới được phát hiện, trong số đó 2 đến 3 triệu người chết vì lao Năm 1993, WHO tuyên bố lao là vấn đề cấp bách trên toàn cầu Cùng với HIV và sốt rét, lao là một trong những nguồn bệnh truyền nhiễm nguy hiểm nhất Lao thật sự là gánh nặng y

tế ở những nước đang phát triển, nhất là trong tình hình các chủng mycobacteria kháng thuốc trị lao ngày càng nhiều Nhiều bệnh nhân lao mắc thêm HIV và nhiều bệnh nhân HIV nhiễm thêm bệnh cơ hội như lao; khi số lượng tế bào CD4 giảm từ 500 đến 250/mm3, nguy cơ nhiễm lao tăng từ 10 đến 30 lần (23) Chính tình hình cấp bách này đòi hỏi cộng đồng thế giới tìm ra chiến lược phòng chống lao đồng bộ và hiệu quả hơn

Bệnh lao là do vi khuẩn Mycobacterium tuberculosis gây ra Từ sự phổ biến

của một chủng lao ở Bắc Kinh (Trung Quốc), chủng lao ở New York có liên hệ mật thiết với kháng đa thuốc, vi khuẩn lao kiểu gene Beijing đã thu hút sự chú ý trong giới nghiên cứu khoa học cận lâm sàng

Số liệu thống kê cho thấy kiểu gene Beijing (chiếm 37% trong tổng số mẫu vi khuẩn phân lập tại Việt Nam) có thể có liên hệ với tính kháng thuốc (14), có thể là nhân tố góp phần vào tỉ lệ kháng thuốc cao trong thời gian dài, mặc dù Chương trình chống lao Quốc gia của Việt Nam đã được thiết lập và đưa vào hoạt động tốt từ vài thập kỉ qua Kiểu gene Việt Nam, một kiểu gene trong nhóm Indo-Oceanic, chiếm khoảng 20% tổng số mẫu, không thể được phân biệt rạch ròi bằng các kỹ thuật định kiểu gene đang được áp dụng ở Việt Nam hiện nay

Kĩ thuật IS6110 – RFLP được sử dụng như kĩ thuật chuẩn định kiểu gene M.tuberculosis, nhưng không thể phân biệt các kiểu gene trong dòng Indo-Oceanic

do bản chất những M.tb kiểu gene này có ít các bản sao IS6110 Spoligotyping là kĩ

thuật định kiểu gene nhanh, đơn giản nhưng không thể phân biệt các chủng trong họ

Beijing Như vậy cần có sự tìm tòi, áp dụng và phát triển một kĩ thuật có khả năng phân giải tốt để phân biệt các chủng vi khuẩn lao có nguồn gốc châu Á này

Kĩ thuật VNTR áp dụng trên 31 loci cho thấy một số dấu ấn sinh học có mức

độ đa hình cao trên quần thể Nhật Bản (tổng số mẫu trong quần thể là 235 chủng, trong đó có 185 chủng là kiểu gene Beijing) (17), cho thấy khả năng áp dụng như kĩ thuật để phân tách kiểu gene trong tập hợp chủ yếu gồm họ Beijing và kiểu gene địa phương Việt Nam

Chiến lược lâu dài cho sự áp dụng và phát triển các kĩ thuật định kiểu gene phân tách chủng vi khuẩn lao có nguồn gốc châu Á: Trên 450 mẫu lâm sàng đã thu nhận được tại Tp Hồ Chí Minh, kĩ thuật VNTR – MIRU trên 31 loci được tối ưu hoá các điều kiện thí nghiệm như nhiệt độ bắt cặp, nồng độ mồi… Từ những thông tin đó, nhận diện những loci mang tính đa hình cao và áp dụng lên tập hợp mẫu lớn thu thập

từ Chương trình chống lao Quốc gia được thu nhận theo chiến lược phân tầng rồi bốc ngẫu nhiên, rút ra 100 mẫu tiêu biểu đại diện toàn bộ tập hợp mẫu cho dự án giải toàn

bộ bộ gene

Mục tiêu đề tài

Một phần trong chiến lược lâu dài đó, phạm vi luận văn để giải quyết việc áp dụng kĩ thuật VNTR - MIRU với 31 loci trên 95 mẫu đại diện đầu tiên trong tập hợp mẫu thu nhận được tại Tp HCM để hoàn thiện phương pháp trong điều kiện áp dụng phòng thí nghiệm tại địa phương, loại bỏ những loci không có tính đa dạng, tìm kiếm những loci cho thông tin ổn định mà vẫn mang tính phân biệt giữa các chủng trong

họ Beijing và Việt Nam:

- Tiến hành tối ưu hoá 31 PCR với các bộ mồi gắn màu

- Điều chỉnh các điều kiện điện di mao quản trên hệ thống máy DNA analyzer Applied Biosystems Inc 3130xl

- Thiết lập qui trình xử lí thông tin bằng phần mềm GeneMapper v3.0

- Phân tích độ tương đồng kiểu gene giữa các chủng bằng phần mềm BioNumerics v4.0 (Applied Maths, Belgium)

- Đánh giá độ đa dạng allele trên từng vị trí loci theo chỉ tiêu PIC, khả năng phân biệt các chủng theo chỉ tiêu HGI bằng các cách phối hợp loci khác nhau

- Kết luận những loci, những cách kết hợp loci nào đủ khả năng để phát triển nghiên cứu trên một diện mẫu lớn hơn, có tính đại diện và đa dạng cao hơn

Tính cấp thiết, ý nghĩa lí luận, và thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu này đóng góp vào quá trình tìm hiểu sinh bệnh học phân

tử và cơ chế gây độc do vi khuẩn lao M.tuberculosis Trước đây vài thập kỉ người ta

cho rằng vi khuẩn lao rất đồng nhất về mặt di truyền học, những kết quả phân tích

kiểu gene bằng phương pháp VNTR – MIRU cho thấy việc phân biệt kiểu gene M.tb

là vấn đề hoàn toàn khả thi Nghiên cứu tại phòng thí nghiệm sinh học phân tử bệnh viện lao và bệnh phổi Phạm Ngọc Thạch cho thấy mối liên hệ giữa tính kháng thuốc

và sự nhiễm phổ biến ở các thanh niên 15-24 tuổi(8) Việc áp dụng phương pháp định kiểu gene sẽ giúp phân tách các nhóm nhỏ có thể có mối liên hệ nhân quả với những độc tính này, tạo thuận lợi cho các nghiên cứu cơ bản xa hơn Các chủng vi khuẩn lao thường được nhắc đến như BCG (chủng được sử dụng làm ra vaccine), H37Rv (chủng vi khuẩn lao thường được dùng như chủng chứng trong phòng thí nghiệm)

đều có kiểu gene nguồn gốc châu Âu Trong khi đó, các M.tb kiểu gene Beijing gần

đây cho thấy có mối liên hệ với độc tính cao lại có kiểu gene nguồn gốc châu Á Việc

phân giải tốt M.tb kiểu gene Beijing là nền tảng cho việc hiểu rõ đáp ứng vaccine với

việc ngăn ngừa nhiễm các loại kiểu gene gây bệnh khác nhau Bên cạnh đó, các nghiên cứu sự tương tác giữa kiểu gene vật chủ và kiểu gene tác nhân gây bệnh đòi

hỏi độ phân giải chi tiết kiểu gene M.tb nhờ phương pháp VNTR - MIRU

1 Tổng quan tài liệu

1.1 Bệnh lao

1.1.1 Bệnh lao xét ở mức độ toàn cầu và ở Việt Nam

1.1.1.1 Gánh nặng bệnh lao trên thế giới

Theo thống kê của Tổ chức Y tế thế giới WHO năm 2009 (35), hiện nay lao đang

là bệnh có tỷ lệ mắc phải và tỷ lệ tử vong cao, cả thế giới có khoảng 1,9 tỷ

người nhiễm lao (1/3 dân số thế giới), mỗi năm có thêm 8-9 triệu người nhiễm

lao, tương đương tỷ lệ 139/100,000 dân, 14,4 triệu người bệnh lao cũ và mới lưu

hành và 1,7 triệu người chết do lao, trong đó 0,2 triệu người nhiễm HIV 0,5 triệu

trường hợp mắc lao kháng đa thuốc Số người bệnh lao chủ yếu tập trung ở các

nước Ấn Độ, Trung Quốc, Indonesia, Nam phi và Nigeria Số người chết do lao

ở các nước đang phát triển chiếm đến 98% tổng số người chết vì lao trên thế

giới Đặc biệt 80% trong số tử vong đó là trong lứa tuổi lao động, nguồn nhân

lực chính sản xuất ra của cải vật chất cho xã hội (15-50 tuổi) Theo dự đoán của

các nhà khoa học, trong 20 năm tới 200 triệu người có nguy cơ phát bệnh nếu vẫn

giữ điều kiện sống như hiện nay

1.1.1.2 Gánh nặng bệnh lao ở Việt Nam

Theo WHO 2009, Việt Nam đứng thứ 12 trong 22 quốc gia có tỷ lệ lao cao trên

thế giới

Tỷ lệ người bệnh lao mới các thể 173/100,000 dân

Tỷ lệ người bệnh lao phổi AFB+ mới 77/100,000 dân

Tỷ lệ tử vong do lao 23/100,000 dân

Tỷ lệ người bệnh lao mới nhiễm HIV 5,0%

Tỷ lệ kháng đa thuốc ở người bệnh lao mới 2,7%

Tỷ lệ kháng đa thuốc ở người bệnh lao đã điều trị 19%

1.1.2 Phân loại bệnh lao (7)

Năm 1882 Robert Koch xác định tác nhân gây bệnh lao là

Mycobacterium tuberculosis Trong tất cả các thể lao, lao phổi là thể lao phổ biến

nhất (chiếm 80 – 85%) và là nguồn lây bệnh lao cho người xung quanh

Hiện nay phần lớn bệnh nhân lao có thể được chữa trị khỏi Tuy nhiên, vấn

đề của bệnh lao là không được chẩn đoán kịp thời Xét nghiệm chuẩn để phát hiện nhiễm vi khuẩn lao là nuôi cấy vi khuẩn lao trong phòng thí nghiệm từ mẫu bệnh phẩm; tuy nhiên, phương pháp này mất hàng tuần có khi hàng tháng nếu nuôi cấy trên môi trường thạch đặc Các phương pháp nuôi cấy lỏng hiện đại đã có thể khẳng định kết quả chẩn đoán trong vòng 1-2 tuần Hiện nay, phương pháp nhanh nhất để phát hiện vi khuẩn lao là phương pháp soi đờm, nhuộm Ziel-Neelsen, có thể trả kết quả trong vòng vài giờ Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi tải lượng

vi khuẩn lao cao, ít nhất khoảng 10 000 tế bào/mL mẫu đờm, trong đó hơn 50 % bệnh nhân âm tính mẫu đờm đã cho kết quả dương tính nuôi cấy

1.1.2.1 Lao phổi AFB(+) : một ca lao bệnh phổi AFB (+) được xác định phải thoả mãn một trong ba tiêu chuẩn sau:

- Tối thiểu có 2 tiêu bản AFB (+) từ 2 mẫu đờm khác nhau

- Một tiêu bản đờm AFB (+) và có hình ảnh trên phim Xquang phổi nghĩ đến lao tiến triển

- Một tiêu bản đờm AFB (+) và nuôi cấy dương tính

Riêng đối với người bệnh HIV(+) chỉ cần có ít nhất một tiêu bản xét nghiệm đờm

AFB(+) được coi là lao phổi AFB(+)

1.1.2.2 Lao phổi AFB (-): một ca lao bệnh phổi AFB (-) phải thoả mãn một trong hai tiêu chuẩn sau:

- Kết quả xét nghiệm đờm AFB âm tính ít nhất 6 mẫu đờm khác nhau qua 2 lần khám cách nhau khoảng 2 tuần, có tổn thương nghi lao tiến triển trên phim Xquang phổi và được bác sỹ chuyên khoa tuyến tỉnh chẩn đoán

- Kết quả xét nghiệm đờm AFB âm tính nhưng nuôi cấy dương tính

Riêng đối với người bệnh HIV(+) chỉ cần ≥ 2 tiêu bản đờm AFB(-), điều trị

kháng sinh phổ rộng không thuyên giảm, có hình ảnh Xquang phổi nghi lao và

bác sỹ chuyên khoa lao quyết định được coi là Lao phổi AFB (-)

1.1.2.3 Lao ngoài phổi

Bệnh nhân có các dấu hiệu lâm sàng, cận lâm sàng nghi lao ở các cơ quan

tương ứng, và một trong các điều kiện sau:

- Có kết quả nuôi cấy dương tính từ bệnh phẩm tổn thương cơ quan tương ứng

- Có kết quả chẩn đoán mô tế bào bệnh thuộc các cơ quan tương ứng

- Có chẩn đoán từ các thầy thuốc chuyên khoa tuyến tỉnh

* Các yếu tố ảnh hưởng đến sự biểu hiện các triệu chứng lâm sàng ở bệnh lao (2):

- yếu tố cơ địa: tuổi tác, tình trạng miễn dịch (tình trạng suy giảm miễn dịch,

suy dinh dưỡng, yếu tố di truyền), đồng nhiễm những bệnh khác, chủng ngừa

BCG (bacillus Calmette-Guérin)

- yếu tố vi sinh vật: độc lực của vi sinh vật, sự tấn công vào các mô, cơ

quan chuyên biệt

- tương tác vật chủ-vi sinh vật: vị trí xảy ra tương tác, mức độ nghiêm trọng

của bệnh

1.1.3 Phân loại và đặc điểm vi khuẩn lao

1.1.3.1 Phân loại (20)

Mycobacteria nằm trong số những vi khuẩn gây bệnh ở người được nghiên cứu

đầu tiên Chúng có mối liên hệ mật thiết với nhóm trực khuẩn Gram-dương bao

gồm bộ Corynebacterium (bao gồm tác nhân gây bệnh C.diphtheriae), Nocardia

(bao gồm tác nhân gây bệnh cơ hội N.asteroides) và Streptomyces

Tên Mycobacterium lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1896, chỉ bao gồm 2 chủng –

M.tuberculosis và M.leprae Sau đó các chủng khác được định danh, trong đó một

số ít được biết đến như là tác nhân gây bệnh, đặc biệt M.avium, M.intracellulare,

M.kansasii, M.marium, và M.ulcerans có thể gây bệnh trên người Ngoài nhóm

tác nhân M.tuberculosis và M.leprae, hầu hết các tác nhân gây bệnh cơ hội khác

hiếm khi gây bệnh trên người có hệ miễn dịch bình thường Nhóm vi khuẩn đặc

biệt quan trọng là nhóm M.avium-intracellulare có thể gây bệnh ở bệnh nhân

Viêm hạch cổ tử cung Bệnh phổi mãn tính, viêm hạch bạch huyết cổ tử cung, bệnh về da Nhiễm trùng hậu phẫu; nhiễm trùng da và mô mềm

Nhiễm trùng hậu phẫu; nhiễm trùng da và mô mềm Nhiễm trùng phổi

Nhiễm trùng phổi Buruli ulcer Bệnh về da Bệnh bạch hầu Nhiễm trùng phổi Mycobacteria có thể chia thành 2 nhóm chính tuỳ thuộc vào tốc độ tăng trưởng trong phòng thí nghiệm in vitro:

• Tăng trưởng nhanh, có thể tạo khuẩn lạc nhìn thấy bằng mắt thường trong 2-4 ngày

• Tăng trưởng chậm, có thể cần 10 ngày hoặc lâu hơn nữa để tạo khuẩn lạc có thể nhìn thấy bằng mắt thường

Tốc độ tăng trưởng chỉ là một đặc điểm; có những đặc điểm khác để phân biệt 2 nhóm này, ví dụ hầu hết các chủng tăng trưởng nhanh có 2 bộ gene mã hoá RNA của ribosome, trong khi các chủng tăng trưởng chậm chỉ có 1 Các tác nhân gây bệnh thường thuộc nhóm tăng trưởng chậm

Hình 1.1: Cây phả hệ các chủng mycobacteria dựa trên trình tự 16S rRNA (25)

Sự phân chia thành mycobacteria tăng trưởng nhanh hay chậm phản ánh lịch

sử tiến hoá của chúng Nhánh tận cùng bằng một vòng tròn là gốc gắn vào cây phả hệ lớn hơn

Sự tăng trưởng chậm của M.tuberculosis khiến cho nghiên cứu sinh học cơ bản về M.tuberculosis phát triển chậm Nhiều nghiên cứu vì vậy chỉ tiến hành trên các

chủng tăng trưởng nhanh, với giả thuyết rằng chúng có những đặc điểm tương tự

M.tuberculosis giúp cho sự hiểu biết của chúng ta tăng lên nhanh chóng Chủng thường được nghiên cứu là M.smegmatis, và sau đó áp dụng vào M.tuberculosis Bảng 1.2: Phức hợp M.tuberculosis và các đối tượng mắc bệnh liên quan

Bệnh lao ở gặm nhấm (không gây bệnh cho người) Bệnh lao ở các động vật hữu nhũ, bao gồm gia súc, người, dê, trâu, mèo, heo, chó…

Bệnh lao ở hải cẩu, chuột thí nghiệm guinea pigs, thỏ, người,

và gia súc

*M.microti thường được xem là không gây bệnh và trước đây sử dụng trong điều

chế vaccine Tuy nhiên, xác định kiểu gene cho thấy đôi khi chúng gây bệnh trên người

Các nghiên cứu mức độ phân tử đã chứng minh sự khác biệt trong di truyền của

các chủng M.tuberculosis tồn tại ở các vùng khác nhau trên thế giới và có giả

thuyết cho rằng các vi khuẩn lao cổ xưa đã tiến hoá thành các chủng hiện đại với độc tính tăng cường Hiện nay nhiều nghiên cứu đang được tiến hành để tìm hiểu

sự khác biệt này và nhận dạng nhân tố gây độc để hỗ trợ việc thiết kế vaccine và tìm kiếm thuốc điều trị

Trên phương diện lâm sàng, nhóm vi khuẩn lao gây bệnh cho người được chia

làm 2 loại: vi khuẩn lao điển hình Mycobacterium tuberculosis và vi khuẩn lao

không điển hình (non-tuberculous mycobacteria), có thể có tên khác bao gồm MOTT (mycobacteria other than tubercle) và mycobacteria trong môi trường Nếu xét về hình thái học, đặc điểm lâm sàng, dấu hiệu X-quang, dấu hiệu mô học thì

2 nhóm này không có gì khác nhau rõ rệt Tuy nhiên, hai nhóm vi khuẩn lao này lại khác nhau đáng kể khi đề cập về tình trạng nhiễm trùng, sinh hoá, sinh học phân tử, sự nhạy cảm với thuốc điều trị lao, khả năng gây bệnh, đáp ứng điều trị hiệu quả của điều trị dự phòng

Hiện nay, chủng vi khuẩn lao được các nhà di truyền học phân loại như sau: [the

Comprehensive Microbial Resource webpage -

Loài Mycobacterium tuberculosis

1.1.3.2 Các đặc điểm sinh học cơ bản của mycobacteria (20)

Mycobacteria thuộc nhóm vi khuẩn Gram dương, mặc dù chúng nhuộm màu yếu

vì cấu trúc thành tế bào đặc biệt Chúng hiếu khí, không sinh bào tử và không di động Mycobacteria không có plasmid, nhiều mycobacteriophage đã được phân lập

M.tb là trực khuẩn dài 3-5 μm, ngang 0,3-0,5 μm, không có lông mao, hai đầu

tròn, có tính chất kháng cồn kháng toan Trên tiêu bản nhuộm bằng phương pháp Ziehl-Neelsen, các AFB bắt màu đỏ fuchsin, phân bố thành cụm hoặc đứng riêng rẽ (hình 1.2 A,B,C)

Không chỉ như các vi khuẩn khác có peptidoglycan ở vách tế bào, vách vi khuẩn kháng cồn kháng toan Mycobacterium chứa nhiều glycolipid, đặc biệt là các

mycolic acid Phía ngoài màng sinh chất, vách M.tb gồm lớp peptidoglycan

gắn với arabinogalactan (D-arabinose và D-galactose) và kết hợp với các mycolic acid Lớp arabinogalactan/mycolic acid nằm dưới lớp polypeptide và các mycolic acid gồm lipid tự do, các glycolipid, và các peptidoglycolipid Các glycolipid gồm lipoarabinomannan (LAM) và phosphatidyinositol mannoside (PIM) (hình 1.2 D) Các peptidoglycan, mycolic acid và glycolipid ngăn cản hoá chất thấm qua vách, vì vậy làm cho vi sinh vật sinh sản chậm và dễ kháng thuốc, khó

bị thực bào tiêu diệt hơn các vi khuẩn khác

Hình 1.2: A nhuộm Ziehl-Neelse,trực khuẩn M.tb đỏ B nhuộm

auramine,trực khuẩn M.tb vàng-cam C M.tb qua kính hiển vi điện tử D Lớp vỏ

của vi khuẩn kháng cồn kháng toan

Phân tử mycolic acid và phân đoạn peptidoglycan gắn với các thụ thể đặc hiệu trên bề mặt đại thực bào vật chủ, làm cho đại thực bào tiết ra các cytokine như

tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) gây phản ứng viêm tiêu diệt M.tb

Điều kiện sống của vi khuẩn lao (20)

Ở điều kiện bình thường vi khuẩn lao sinh sản chậm (trung bình 20-24 giờ/chu kì) Vi khuẩn nằm ở vùng tổn thương có khi hàng tháng không bị chết, khi gặp điều kiện thuận lợi chúng lại phát triển Cách sinh sản của vi khuẩn

thông thường là phân đôi tế bào, nhưng M.tb có thể sinh sản theo kiểu bào tử

giống như nấm

Trong không khí, khi không có các yếu tố bất lợi, vi khuẩn có thể tồn tại 3-4 tháng Trong phòng thí nghiệm vi khuẩn có thể được bảo quản trong nhiều năm ở -70oC Dưới ánh nắng mặt trời vi khuẩn chết sau 1,5 giờ Khi chiếu tia cực tím chúng chỉ tồn tại được 2-3 phút Ở 42oC, vi khuẩn ngừng phát triển và chết sau 10 phút ở 80oC Đàm của bệnh nhân lao sau 3 tháng trong phòng tối, ẩm vẫn còn vi

khuẩn tồn tại và giữ được độc lực, đun sôi đàm trong 5 phút M.tb chết, với cồn

90oC vi khuẩn tồn tại được 3 phút, trong acid phenic 5% vi khuẩn chết ngay sau 1 phút

Để vi khuẩn lao có thể phát triển thuận lợi, trong điều kiện phòng thí nghiệm, môi trường nuôi cấy phải giàu chất dinh dưỡng như môi trường Lowenstein-Jensen

Bên cạnh đó, M.tb phát triển tốt nhất ở môi trường có pH 6,2-7,2, chúng cũng có

thể phát triển được trong môi trường pH acid 5,5, kiềm 8,0 Vi khuẩn lao có thể phát triển ở 29-42oC (thuận lợi nhất là 37-38oC) Sau khi nuôi cấy 4-6 tuần trong môi trường LJ có thể quan sát được khuẩn lạc

Cơ chế M.tb xâm nhập và gây bệnh (18)

Vi khuẩn lao tồn tại trong các hạt khí dung nhỏ lơ lửng ngoài không khí Khi được hít vào, vi khuẩn sẽ đi vào phổi, đến phế nang Tại đây, vi khuẩn sẽ nhân lên hoặc bị ức chế tuỳ thuộc vào tình trạng hệ thống miễn dịch của cơ thể Trong vòng 2-10 tuần, các đại thực bào được hoạt hoá, bao quanh vi khuẩn tạo nên lớp vỏ cứng giúp kềm hãm và kiểm soát vi khuẩn (giai đoạn lao nhiễm) Nếu hệ thống miễn dịch của cơ thể không thể kiểm soát được vi khuẩn, vi khuẩn sẽ nhân lên nhanh chóng và có thể theo đường máu và đường bạch huyết tấn công vào các bộ phận khác nhau như phổi, thận, não, xương (giai đoạn lao bệnh)

Trong lao màng não, trực khuẩn lao theo đường máu đến màng não Sau giai đoạn tiềm tàng, yên lặng trong nhiều tuần, nhiều tháng hoặc nhiều năm, trực khuẩn lao phát triển thành các hạt lao, củ lao Khi có kích thích như kích thích

do chấn thương, tình trạng miễn dịch thay đổi, trực khuẩn lao và các kháng nguyên chứa trong các củ lao được giải phóng vào các khoang màng não gây bệnh

Các yếu tố của M.tb độc tính đối với vật chủ (18)

Mycobacterium tuberculosis không có các độc tố thường thấy như ở các vi

khuẩn khác như chất độc, vỏ ngoài (capsules fimbriae) Tuy nhiên, nhiều đặc điểm về cấu trúc, sinh lý của loại vi khuẩn này biểu hiện độc tính vi khuẩn và khả

năng sinh bệnh lao

M.tb có cơ chế đặc biệt để tấn công vào tế bào Trực khuẩn lao có thể gắn

trực tiếp vào thụ thể mannose trên đại thực bào nhờ glycolipid đã được mannose hoá trên vách (cell wall-associated mannosylated glycolipid), LAM (lipoarabinomannan), hay gắn gián tiếp nhờ thụ thể bổ thể, thụ thể Fc Thông thường khi vật lạ bị đại thực bào bắt giữ sẽ bị cơ chế thực bào qua trung gian

chất oxy hoá tiêu diệt M.tb biến đổi cơ chế gây độc này, ngăn cản sự kết hợp phagosome với lysosome Vách Mycobacterium có loại mycolic acid là lipid

chuyên biệt nhánh alpha, những phân tử kị nước mạnh, hình thành lớp vỏ lipid bao quanh vi sinh vật , ảnh hưởng đến khả năng thấm vật chất qua bề mặt tế bào Cho đến nay người ta cho rằng mycolic acid là nhân tố chính quyết định

độc tính của M.tb, có thể nhờ đó mycobacteria tránh được các protein tích

điện dương, lysozyme và các gốc tự do trong các hốc thực bào, giúp mycobacteria ngoại bào thoát khỏi sự tấn công của các bổ thể trong huyết thanh Một trong những sản phẩm liên kết mycolic acid với các chất lipid phức tạp là

cord factor - yếu tố gây độc đối với tế bào động vật hữu nhũ Chủng M.tb

độc tính sinh ra rất nhiều nhân tố thừng này (Cord factor)

Yếu tố quyết định khả năng M.tb lây truyền (18)

Về mặt dịch tễ học, những bệnh nhân lao phổi khác nhau thì khả năng lây bệnh cho người khác cũng khác nhau, tùy thuộc vào

- số lượng vi sinh vật thoát ra ngoài môi trường

- mật độ vi sinh vật trong không khí

- thời gian vật chủ phơi nhiễm không khí đã bị ô nhiễm

- tình trạng miễn dịch của từng cá thể như ở bệnh nhân nhiễm HIV và những bệnh nhân rối loạn miễn dịch qua trung gian tế bào thì bệnh càng

trầm trọng khi bị nhiễm M.tb Tuy vậy khả năng lan truyền bệnh của những

bệnh nhân này không cao

Những lợi điểm giúp M.tb gây bệnh rất phức tạp và chưa được hiểu đầy đủ

Các bằng chứng thực nghiệm cho thấy các chủng vi khuẩn có độc tính khác

nhau, đột biến trên những gen nhất định đã ảnh hưởng đến độc tính của vi khuẩn Người ta vẫn chưa biết liệu có những chủng nào dễ gây bệnh đối với hệ thống thần kinh trung ương hay không Arvanitakis và cộng sự (6) nghiên cứu kết quả RFLP của một nhóm bệnh nhân lao ở hệ thống thần kinh trung ương, trong đó lao màng não chiếm đa số do một chủng gây bệnh chiếm ưu thế, tuy nhiên cơ chế vi khuẩn lao gây bệnh ở hệ thần kinh vẫn chưa được hiểu rõ

Đồng nhiễm lao và HIV (Human Immunodeficiency Virus)

Tỷ lệ bệnh nhân nhiễm HIV đang ngày càng gia tăng, đến năm 1996 đã có khoảng 1,5 triệu người chết mỗi năm vì HIV trên toàn cầu, đến năm 1999 đã có khoảng 30 triệu người nhiễm Bên cạnh đó, theo UNAIDS, tại TPHCM, những người nhiễm lao ngày càng có khuynh hướng nhiễm HIV, trong năm 1997 số bệnh nhân lao nhiễm HIV là 0,9%, nhưng đến năm 2002, tỷ lệ này tăng đến 9,4% Tỷ lệ chữa trị khỏi cho những trường hợp này khoảng 50%, tỷ lệ tử vong cao hơn 30% HIV và lao, hai tác nhân truyền nhiễm này tương tác với nhau dẫn đến những kết quả đáng quan tâm về mặt sinh bệnh học, lâm sàng và dịch

tễ

Cơ thể vật chủ đáp ứng với M.tuberculosis hữu hiệu nhờ miễn dịch qua trung

gian tế bào, nhưng cũng chính loại đáp ứng miễn dịch này bị HIV làm biến đổi nhiều nhất vì tế bào chủ của HIV là tế bào CD4 và đại thực bào Khả năng cơ thể phản ứng kháng sự tiến triển lao trong giai đoạn sơ nhiễm hay sự tái hoạt động của vi khuẩn nhiễm tiềm tàng tương xứng với mức độ ức chế miễn dịch liên

quan đến nhiễm HIV Khi bệnh nhân đồng nhiễm HIV-1 tiến trình M.tb xâm nhiễm cũng bị biến đổi Bệnh nhân nhiễm HIV-1 tăng nguy cơ nhiễm M.tb từ bên ngoài gấp 20 lần, khả năng M.tb tiềm tàng trỗi dậy tăng cao, dễ mắc lao

ngoài phổi (24)

Vi khuẩn lao và virus HIV có tác dụng tăng cường khả năng xâm nhiễm lẫn

nhau HIV thúc đẩy sự phân chia và phát triển của M.tuberculosis trong cơ thể vật chủ và ngược lại, có những bằng chứng cho thấy M.tuberculosis giúp HIV nhân bản nhanh in vivo và in vitro (11)

1.1.4 Bộ gene vi khuẩn lao (10)

Hình 1.3: Chromosome của M.tuberculosis H37Rv

Vòng tròn ngoài cùng biểu hiện thang cho M.tb, 0 – nơi bắt đầu sao chép Vòng tròn đầu tiên tính từ ngoài vào cho thấy vị trí gene RNA ổn định, trình tự DR đại diện bằng hình khối hồng Vòng tròn thứ 2 bên trong chỉ trình tự mã hoá (theo chiều kim đồng hồ - xanh lá đậm, ngược chiều kim đồng hồ - xanh lá nhạt) Vòng tròn thứ 3 minh họa trình tự DNA lặp (trình tự chèn – cam, họ 13E12 REP – hồng đậm, prophage – xanh dương), vòng tròn thứ 4 chỉ vị trí họ PPE (xanh lá), vòng tròn thứ 5 chỉ họ PE (tím, ngoại trừ PGRS), và vòng tròn thứ 6 chỉ vị trí trình tự PGRS (đỏ sậm) Biểu đồ tròn khu vực trung tâm biểu hiện lượng GC, màu vàng chỉ ít hơn 65% GC, khu vực màu đỏ là GC cao hơn 65%

1.1.4.1 Cấu trúc bộ gene vi khuẩn lao

Từ năm 1998, nhờ Cole và cộng sự (10), toàn bộ trình tự của Mycobacterium tuberculosis chủng H37Rv đã được giải mã và phân tích, cung cấp những kiến

thức sinh học về loài vi khuẩn sinh sản chậm này, mở ra những khái niệm mới trong can thiệp phòng và điều trị bệnh Toàn bộ bộ gene gồm 4 411 529 bp chứa khoảng 4000 gen, với tỷ lệ GC cao khoảng 65% Điểm khác cơ bản trong bộ gene

giữa M.tuberculosis với những vi sinh vật khác là phần lớn các gene mã hoá

những enzyme có liên quan đến việc tổng hợp và phân giải lipid, có 2 họ protein mới (PE và PPE) giàu glycine với cấu trúc lặp lại

M.tuberculosis thường kháng ngẫu nhiên với nhiều thuốc làm cho việc điều trị lao

trở nên khó khăn Sự kháng thuốc này chủ yếu là do vách tế bào kỵ nước tác dụng như là rào cản thấm, tuy vậy nhiều yếu tố quyết định sự kháng thuốc được mã hóa trong bộ gene vi khuẩn như là enzyme thủy phân, enzyme biến đổi tác dụng của thuốc như β- lactamases, aminoglycoside acetyl transferases, và nhiều hệ thống vận chuyển thuốc ra khác

Các nghiên cứu cho thấy phức hợp M.tuberculosis có bộ gene bảo tồn cao Các thành viên trong họ M.tuberculosis có tính đa dạng cao khi xét về kiểu hình hoặc

kiểu kí chủ, đây là ví dụ điển hình cho tính ổn định di truyền giữa các chủng (interspecies), với tốc độ đột biến vô nghĩa làm nên điểm đa hình uớc tính khoảng 0,01% - 0,03%, nhất là không có bằng chứng nào cho thấy có sự chuyển ngang vật chất di truyền trong cùng thế hệ giữa các vi khuẩn lao như các vi khuẩn khác

1.1.4.2 Cơ chế tiến hoá chung của vi khuẩn lao và chiến lược xuất hiện đa dạng di truyền của vi khuẩn lao

Bộ gene vi khuẩn càng nhỏ càng chịu nhiều sức ép tiến hoá, khi nhiễm sắc thể càng nhỏ, bộ gene sao chép càng nhanh, vi khuẩn có khả năng sinh trưởng nhanh hơn và chiếm ưu thế về số lượng trong quần thể Nếu một quần thể chuyển đến một môi trường trong đó một loại amino acid thiết yếu có rất nhiều, một số chủng trong quần thể vi khuẩn sau vài thế hệ sẽ mất khả năng tổng hợp amino acid đó Dần dà cuối cùng, mọi thành viên trong quần thể sẽ mất khả năng đó do mất đoạn trình tự DNA mã hoá cho con đường chuyển hoá amino acid kể trên Quá trình này diễn ra rất chậm, áp lực tiến hoá đồng thời khiến cho kích thước bộ gene giảm,

và bảo vệ vi sinh vật khỏi bị tiệt chủng do sự thoái hoá của bộ gene

Khi chủng vi khuẩn biến đổi theo đáp ứng với môi trường, chúng tuân theo cơ chế

cơ chế phân tử: (i) đột biến trong giai đoạn tăng trưởng, (ii) đột biến trong giai đoạn ổn định Khi tế bào đang tăng trưởng gặp sự thay đổi từ môi trường, chúng

vẫn đủ khả năng biến dưỡng để tạo đáp ứng bù (nghĩa là tăng cường độ dịch mã

và đột biến) Tuy nhiên, sau 4-5 ngay nếu không có nguồn năng lượng hỗ trợ từ bên ngoài, các đột biến không chuyên biệt trong tế bào cũng sẽ tăng, sản sinh ra một chủng vi khuẩn mới để tồn tại Tốc độ đột biến có thể bị ảnh hưởng bởi một

số các yếu tố khác như nhân tố oxy hoá, tia UV, hoạt động của các enzyme sửa sai trong sao chép DNA, các biếtn số bị ảnh hưởng do môi trường thiếu thốn (chẳng hạn nguồn nucleotide) Một nghiên cứu khảo sát 26 gene cấu trúc của 842

mẫu M.tuberculosis, cho thấy hơn 95% sự thay thế nucleotide do sự thay thế

amino acid trong các gene liên hệ tính kháng thuốc

Phân tích khác biệt kiểu di truyền, hay chính là định kiểu gene, được sử dụng để theo dõi các chủng vi khuẩn lao khác nhau, để thu thập thông tin liên quan đến hình thái phát tán, nhiễm và sinh bệnh Tốc độ thay đổi ở mức phân tử rất khác nhau giữa các nhân tố như những dấu ấn sinh học này, tuỳ thuộc vào sự quan sát trong thời gian ngắn hay dài Một dấu ấn sinh học với tốc độ thay đổi nhanh có thể để định xem một trường hợp nhiễm lao có phải là do sự hoạt hoá trở lại của vi khuẩn lao tồn tại trong người từ lâu Mặt khác, một dấu ấn sinh học thay đổi với tốc độ chậm có thể dùng để tìm hiểu sự tiến hoá trải qua thời kì hàng chục ngàn năm Tốc độ tiến hoá dựa trên khoảng cách tương đồng di truyền thường xét trên

sự thay đổi trình tự nội bộ trong một gene chuyên biệt, những thay đổi này ảnh hưởng khác nhau lên các vùng DNA khác nhau,nên rất khó để định chính xác tốc

độ tiến hoá

1.2 Các kĩ thuật sinh học phân tử xác định kiểu gene vi khuẩn lao

1.2.1 Các kĩ thuật sinh học phân tử phổ biến hiện nay trong tình hình nghiên cứu tại Việt Nam (12)

Các phương pháp định kiểu gene được phát triển để nghiên cứu sự lan truyền và động học quần thể vi khuẩn (5) trong các điều kiện lâm sàng và sinh thái, không chỉ xét trên phương diện tồn tại trong một vật chủ mà còn xét đến toàn bộ hệ sinh thái toàn cầu nói chung

Mặc dù bộ gene của phức hợp M.tuberculosis có tính bảo tồn tuơng đối cao so với

các tác nhân vi khuẩn khác, chủng đơn hình này vẫn có những vùng đa hình trong

bộ gene, đó có thể là những đơn vị lặp Có 2 dạng đơn vị lặp, các đoạn lặp phân

bố rải rác (interspersed repeats: direct repeats, insertion sequence – like repeats)

và các đoạn lặp liên tục (tandem repeats , head-to-tail direct uninterrupted repeats) Spoligotyping (27)

Vị trí lặp lại (The direct-repeat, DR, locus) là một vị trí trên chromosome chứa 10-50 đoạn sao chép của vùng lặp lại 36bp, các đoạn sao chép phân cách nhau bởi các đoạn giữa có trình tự thay đổi, kích thước trong khỏang 37-41bp Các chủng

Mycobacterium tuberculosis có thứ tự sắp xếp các đoạn giữa giống nhau, nhưng

khác nhau trên sự tồn tại hoặc biến mất của một số đoạn giữa nhất định Kỹ thuật định trình tự đoạn giữa (spacer oligonucleotide typing - spoligotyping) liên quan đến PCR tại vị trí DR,sau đó thực hiện phản ứng lai giữa sản phẩm PCR có đánh dấu và 43 oligonucleotide gắn trên màng và có trình tự tương hợp với từng đoạn giữa.Từng chủng riêng biệt cho tín hiệu âm hoặc dương đối với sự biến mất hoặc tồn tại của các đoạn giữa nhất định

Hình 1.4: Spoligotyping Hình vẽ minh hoạ 43 đoạn lặp lại (hình chữ nhật xanh) và đoạn

giữa như các dấu ấn sinh học làm cơ sở cho phương pháp spoligotyping Tiếp theo hình vẽ minh hoạ sự tồn tại khác biệt các đoạn giữa nhất định trong 3 chủng M bovis Calmette–

Guérin (BCG), M tuberculosis H37Rv, và chủng giả định M tuberculosis X Phần cuối minh họa spoligotypes của 3 chủng

IS6110 – RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism)

Trình tự chèn là một thành phần di truyền linh động, thường nhỏ hơn 2,5 kb,thường được phân bố rộng rãi trong bộ gene hầu hết các vi khuẩn Trình tự chèn thường mang thông tin di truyền liên quan sự chuyển vị, điều hoà Sự chuyển vị của các nhân tố chèn thường gây ra các đứt gãy trình tự gene, làm hoạt hoá hoặc thay đổi sự biểu hiện của các gene tiếp theo do sự liên hệ với các trình

tự điều hoà như promoter, trình tự đích của các protein M.tuberculosis sở hữu một trình tự chèn đặc trưng IS6110, dài khoảng 1355 bp Số lần lặp lại IS6110

trên bộ gene các chủng khác nhau có thể dao động từ , 0 – 26 bản sao Năm 1993, van Embden và cộng sự đã chuẩn hoá phương pháp lai phân tích Southern blot

dựa trên IS6110

Hình 1.5: IS6110-RFLP

Hình vẽ minh họa chromosome của chủng giả định Mycobacterium tuberculosis X

Kiểu gene M bovis Bacille Calmette–Guérin (BCG), chủng phòng thí nghiệm M tuberculosis H37Rv, và chủng X với cách xác định dựa trên dấu ấn sinh học gồm trình tự chèn IS6110 và Mycobacterial Interspersed Repetitive Units (MIRUs)

Mycobacterial DNA bị phân giải bởi enzyme cắt giới hạn PvuII Probe IS6110 lai vào trình tự IS6110 tại vị trí bên phải vị trí cắt PvuII Kích thước các đoạn lai tùy thuộc vào khoảng cách

Bảng 1.3: So sánh ưu và khuyết của 2 phương pháp định kiểu gene vi khuẩn lao thông dụng

Ưu điểm Khuyết điểm

IS611

0 –

RFLP

‐ Phương pháp chuẩn cho dịch tễ học phân tử các chủng trong phức hợp

M.tuberculosis; thường được áp dụng trong các nghiên cứu về tiến hoá, phân

tích phả hệ, phát hiện các lỗi trong phòng thí nghiệm, nhiễm chéo

‐ Do đã được sử dụng rộng rãi nên có phần mềm vi tính để xử lí, có nhiều dữ

liệu để so sánh

‐ Đồng hồ sinh học (mức độ ổn định của dấu ấn sinh học) đã được chứng

minh đủ dài để làm nền tảng cho các nghiên cứu di truyền

‐ Các dạng RFLP với hơn 6 đoạn chèn IS có độ đa dạng nhất định

‐ Màng có thể dùng lại để lai các loại probe khác nhau

‐ Nhiễm hỗn hợp có thể được phát hiện nhờ thay đổi cường độ tín hiệu lai

‐ Cần phải cấy chuyền nhiều lần và tách chiết DNA

‐ Quy trình phức tạp

‐ Thời gian trả kết quả từ 30 – 40 ngày

‐ Không thể tin tưởng vào độ đa dạng của các dạng RLFP với ít hơn 6 đoạn chèn

‐ Có những chủng không có đoạn chèn IS6110 (dù rất

hiếm)

‐ Việc so sánh các dạng RLFP giữa các phòng thí nghiệm có thể thực hiện được nhưng phức tạp

Spolig

otypin

g

‐ Kỹ thuật đơn giản nhất để định kiểu gene các chủng M.tuberculosis

‐ Số liệu được trình bày ở dạng nhị phân, cho phép so sánh dễ dàng dữ liệu

trong phòng thí nghiệm và giữa các phòng thí nghiệm Cơ sở dữ liệu

SpolDB4 chứa dữ liệu của 40 000 chủng vi khuẩn lao từ hơn 120 nước

‐ Màng lai đã được phổ biến rộng rãi để phân tích đồng thời 45 mẫu

‐ Có thể tiến hành trực tiếp trên trên dịch đồng nhất mẫu,không cần tinh sạch

DNA, hoặc trên vi khuẩn chết

‐ Độ phân giải không tốt bằng các phương pháp khác

như IS6110 – RFLP

‐ Không thể phân biệt đồng nhiễm Không mang nhiều thông tin khi được áp dụng ở các vùng có chủng thống trị như W-Beijing ở Trung Quốc, Đông Nam Á, Nga

Interspersed Repetitive Unit (30)

9 Định nghĩa

Các trình tự lặp lại (tandemly repeated sequence) phân bố rải rác trong bộ gene, chúng có thể tồn tại ở bộ gene nhiều sinh vật, ngay cả ở sinh vật bậc cao eukaryote Các loại trình tự lặp:

o Dạng 2: đặc trưng bằng đoạn chèn 24bp vào vị trí 3' và vị trí 5' của trình tự dạng 1

o Dạng 3: đặc trưng bằng đoạn chèn 15bp vào vị trí 3' và vị trí 5' của trình tự dạng 1

o Dạng hỗn hợp giữa dạng 2 và dạng 3 cũng có tồn tại, chứa cả 2 dạng đoạn chèn, như trong locus 8, 20

Hình 1.6: Vị trí của một số loci trên nhiễm sắc thể M.tuberculosis H37Rv Những vị trí trong bộ gene biểu hiện sự siêu biến số lượng các trình tự lặp được gọi là vị trí đa

9 Giá trị của những dấu ấn sinh học này trong nghiên cứu tính đa hình và tiến hoá

Kỹ thuật xác định dấu vân tay prokaryotes sử dụng dấu ấn sinh học VNTR ngày càng trở nên phổ biến Mặc dù có nhiều nghiên cứu tìm hiểu cơ chế phân tử đa hình minisatellite ỏ người, quá trình điều hoà tính đa hình minisatellite ở vi khuẩn vẫn chưa được hiểu rõ Đột biến ở minisatellite xuất hiện nhờ sự trượt của DNA polymerase (DNA slippage) trong quá trình sao chép DNA, thay đổi số lần lặp lặi các

đoạn trình tự Thành phần minisatellite của M.tuberculosis đã được hiểu khá rõ do chúng là một số vị trí đa hình trong bộ gene tương đối ổn định của M.tuberculosis

Từ những nghiên cứu trên các vị trí VNTR đã được hiểu rõ các đoạn lặp này cho thấy chúng tiến hoá bằng cách lần lượt giảm hoặc tăng số lần lặp lại các đoạn trình tự Tác giả Grant (15) đề ra mô hình toán học để ước lượng khuynh hướng tăng giảm số lần lặp lại và tốc độ thay đổi Đa số các vị trí cho thấy chúng có khuynh hướng giảm số lần lặp lại Đột biến xảy ra tại các vị trí rất chậm chạp, vận tốc trụng bình khoảng 2,3 × 10−8, chậm hơn 350 lần so với tốc độ thay đổi ở vị trí VNTR với độ đa dạng

tương tự quan sát được ở E.coli Điều này cho thấy tập hợp thông số đa hình các vị trí VNTR của một chủng M.tuberculosis sẽ là thông tin chỉ thị cho nguồn gốc di truyền

và sẽ không sai khác giữa các chủng có liên hệ dịch tễ

Tác giả Evgueni Savine (26) đánh khả năng ổn định tạm thời của các dấu ấn sinh học này bằng cách quan sát độ đa dạng của chúng qua 123 mẫu cấy chuyền nhiều lần trong thời gian 6 năm Kết quả cho thấy 55 nhóm trong tổng số 56 nhóm có độ ổn định tốt, kết quả định kiểu gene không thay đổi Nhờ đặc tính ổn định trong một khung thời gian nhất định, đa hình trên một số lượng cá thể, những dấu ấn sinh học

này là những công cụ đắc lực để (i) theo dõi bệnh nhân nhiễm M.tb trong suốt thời gian dài, (ii) phối hợp cùng với phương pháp chuẩn lâu đời là IS6110 – RFLP để theo dõi các nhóm M.tb đang truyền dịch bệnh,(iii) nghiên cứu tiến hoá, từ phả hệ học

(pedigree) đến các mối liên hệ tiến hoá lâu đời

gene (32)

Mỗi phương pháp định kiểu gene cần phải được đánh giá và kiểm định dựa trên một

số chỉ tiêu thuộc 2 nhóm: khả năng thực hiện (performance), sự tiện lợi (convenience)

1.2.3.1 Khả năng thực hiện

Một phương pháp định kiểu gene tốt cần dựa trên một dấu ấn sinh học ổn định trong suốt thời gian nghiên cứu, và không thay đổi ở một mức độ nào đó để có thể làm ảnh hưởng đến toàn bộ phối cảnh dịch tễ học Các đặc tính của dấu ấn sinh học này cần được thể hiện trên từng mẫu, nghĩa là cho kết quả định kiểu gene trên tất cả các mẫu Phương pháp định kiểu gene cần phải có hiệu quả phân biệt giữa các mẫu, sự phân biệt này cần phù hợp với các thông số dịch tễ học Cuối cùng, kết quả của một phương pháp định kiểu gene tốt cần phải có tính lặp lại, độc lập với người tiến hành, không gian và thời gian Các nhân tố có thể ảnh hưởng đến độ lặp lại gồm (i) sự chuẩn bị vật liệu cho phản ứng (các thay đổi trong điều kiện nuôi cấy, phương pháp tách chiết DNA), (ii) hóa chất, (iii) các loại dụng cụ thí nghiệm khác nhau, và (iv) sai lệch trong quá trình đọc và ghi nhận kết quả Tính lặp lại cao giúp cho kết quả của phương pháp định kiểu gene dễ dàng được số hóa và lưu trữ vào kho dữ liệu nhờ vào các phần mềm vi tính chuyên biệt

1.2.3.2 Sự tiện lợi

Khi giá trị và mức độ phù hợp của phương pháp định kiểu gene đã được đánh giá dựa trên nền tảng các tiêu chí về khả năng thực hiện, các chỉ tiêu về sự tiện lợi cần được cân nhắc

Để chọn lựa phương pháp định kiểu gene thích hợp người ta cần cân nhắc các yếu tố như tầm vóc của nghiên cứu, các mốc thời gian cho kết quả nghiên cứu, và các nguồn vốn về tài chính và kĩ thuật hiện có, cụ thể là các chỉ tiêu như

- độ linh hoạt của phương pháp – khả năng định kiểu gene các giống loài khác nhau với sự thay đổi nhỏ

- thời gian trả kết quả cành nhanh càng tốt

thực hiện phương pháp định kiểu gene

- dễ sử dụng: các chi tiết kĩ thuật đơn giản, không đòi hỏi công sức nhiều, thích

hợp cho việc xử lí một số lượng mẫu lớn, dễ ghi nhận và diễn dịch kết quả

- giá thành

- Khả năng số hóa và kết hợp với các cơ sở dữ liệu điện tử khác

1.3 Nghiên cứu dịch tễ phân tử trên M.tuberculosis (đặc biệt kiểu gene Beijing)

(19, 33)

Bản chất sự khác biệt về hậu quả lâm sàng (khỏi bệnh hay tiếp tục nhiễm không dứt, mức độ tàn phá) và hậu quả dịch tễ (bệnh khu trú hay thành dịch, lây lan cho cộng đồng xung quanh) vẫn chưa được hiểu rõ tường tận Các yếu tố môi trường, vật chủ góp phần đóng góp vào biểu hiện bệnh, dẫn dắt đến hậu quả cuối cùng đã được hiểu biết nhiều, nhưng vai trò của sự đa dạng kiểu gene tác nhân gây bệnh lao đối với bệnh vẫn chưa được hiểu rõ Tốc độ tích lũy nhanh các kiến thức sinh học phân tử về

M.tuberculosis trong những thập kỉ gần đây đã khơi lại nhu cầu tìm hiểu sinh bệnh học bệnh lao ở mức độ phân tử Các kỹ thuật định kiểu gene M.tuberculosis dựa trên

“vân tay” sinh học đã giúp phân biệt các chủng M.tuberculosis , giúp nhận thức rõ

mức độ đa dạng kiểu gene phân bố tòan thế giới Hướng nghiên cứu tìm hiểu nguyên

nhân sự phân bố vượt trội của một số kiểu gene vi khuẩn lao có thể làm sáng tỏ vai

trò của tác nhân gây bệnh trong diễn tiến bệnh, làm tiền đề để kiểm sóat và phòng ngừa bệnh lao trong tương lai

Xét về mặt di truyền, quần thể M.tb được c á c k ĩ t h u ậ t đ ị n h k i ể u g e n e

c h i a t h à n h c á c họ k i ể u g e n e phổ biến hiện nay có sự liên hệ mạnh với khu vực địa lý như Haarlem, LAM, East-African-Indian (EAI) Trong số đó họ Beijing biểu hiện tính đồng nhất về mặt di truyền và phổ biến rộng trên nhiều

vùng địa lý Họ M.tb Beijing đã được xác định đầu tiên trên 86% mẫu phân lập

trên bệnh nhân lao tại Bắc Kinh, Trung Quốc,vào năm 1995 Những nghiên cứu sau đó cho thấy những chủng này đã xuất hiện tại Đông Á, Nam Phi, …Nó gây

sự chú ý đặc biệt khi chủng W, một thành viên của họ Beijing đã gây ra đại dịch lao kháng đa thuốc tại New York vào những năm 90 của thế kỷ trước Sự xuất

và Nam Phi có thể là những sự kiện độc lập, thế nhưng chính điều kiện nhân khẩu,

khí hậu đã tác động đến sự phát tán của những chủng này

1.3.1 Những đặc điểm di truyền xác định M.tb họ Beijing (19)

Hiện nay nhờ vào các công cụ sinh học phân tử, một số chỉ tiêu đã được xác lập

để định họ kiểu gene M.tb Beijing

- Nhờ kĩ thuật RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism)

• Họ Beijing: bản mẫu RFLP với nhiều (15-26) bản sao IS6110 và các đoạn IS6110

thường kết cụm, phù hợp trên 80% với bản mẫu tham khảo gốc do RIVM (Viện

Quốc gia về môi trường và sức khỏe cộng đồng Hà Lan) thiết lập

• Kiểu gene chủng khác: bản mẫu tương đồng ít hơn 75% bản mẫu tham khảo

• Những chủng phù hợp từ 75% - 80% bản mẫu tham khảo phải sử dụng

spoligotyping để xác định và phân loại

- Nhờ khảo sát đột biến mất đoạn ở vùng DR dẫn đến kết quả spoligotype của

Beijing điển hình cho thấy tín hiệu lai ở các spacer 35-43, S00034 Kiểu Beijing –

like tín hiệu lai ít hơn 9 spacer (M.microtti chỉ lai ở spacer 37-38)

Hình 1.7: Kiểu mẫu IS6110 RFLP đại diện cho 19 kiểu gene

M tuberculosis Beijing chủng Mt14323 (dưới cùng): M tuberculosis tham khảo

Rv002) là tín hiệu sàng lọc họ Beijing

1.3.2 Dịch tễ học họ Beijing (14)

Hiện nay M.tb kiểu gene Beijing đã phổ biến khắp nơi, ngày càng tăng và báo trước

nguy cơ xuất hiện dòng vi khuẩn lao kháng thuốc Tập hợp những số liệu riêng lẻ trên 29000 bệnh nhân từ 49 nghiên cứu trên 35 quốc gia cho thấy hiện có 4 mức độ dịch tễ lao kiểu gene Beijing:

- bệnh hoành hành trong địa phương (endemic), chưa có liên hệ với kháng thuốc (chủ yếu ở các nước Đông Á, một số địa phương ở Mỹ)

- bệnh dịch (epidemic), có liên hệ với kháng thuốc (thường thấy ở Cuba, các nước Liên Xô cũ, Việt Nam, Nam Phi và một số nơi ở Tây Âu)

- bệnh dịch nhưng vẫn ở dạng nhạy cảm với thuốc (Malawi, Argentina)

- xuất hiện ít hoặc chưa thấy xuất hiện (một phần châu Âu, châu Phi)

Hình 1.9: Sơ đồ phân bố M.tb kiểu gene Beijing trên toàn thế giới

Kích thước vòng tròn biểu hiện tỷ lệ phần trăm số trường hợp lao do nhiễm M.tb kiểu gene Beijing, màu sắc vòng tròn chỉ độ nhạy với thuốc kháng sinh: xanh dương: tình hình nhiễm M.tb kiểu gene

Beijing ngày càng tăng, liên hệ mật thiết với tình trạng kháng thuốc trị lao; xanh lá: tình hình nhiễm M.tb kiểu gene Beijing ngày càng tăng nhưng vẫn còn nhạy thuốc; vàng: chưa thấy xuất hiện M.tb kiểu gene Beijing; sọc: chưa có các tài liệu thống kê đáng tin cậy được công bố.

Tính chung trên cả nước Việt Nam tỉ lệ M.tb kiểu gene Beijing chiếm 71% trên bệnh

nhân dưới 25 tuổi và 41% trên bệnh nhân trên 25 tuổi Theo những nghiên cứu ban

đầu cho thấy nhiễm M.tb kiểu gene Beijing tăng nguy cơ thất bại điều trị và tái phát

bệnh (21) Thể đồng nhiễm HIV và lao cũng tăng cao, đặc biệt ở thanh thiếu niên Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy không có sự kết hợp giữa kiểu gene Beijing và thể bệnh nhân đồng nhiễm lao phổi và HIV tại TP Hồ Chí Minh,Việt Nam (3)

Ở Việt Nam, kiểu gene Beijing thường được phát hiện thấy ở những người có vết sẹo do tiêm BCG hơn những người không có vết sẹo này Tuy nhiên quan sát này chưa đủ để kết luận BCG không có hiệu quả kích thích miễn dịch chống lại kiểu gene Beijing Trong 2 thập niên qua, chương trình tiêm chủng BCG hầu như phủ khắp Việt Nam, những người trẻ thường được chủng ngừa hơn so với người lớn tuổi, khi

xét ở độ tuổi trẻ (14-25 tuổi), nhiễm M.tb kiểu gene Beijing không có liên quan đến

Tuổi 30-49, Beijing/Tổng số (%)

Tuổi >=50, Beijing/Tổng số (%)

Giá trị p

Hà Nội 11/15(73,3) 17/26(65,4) 9/23(39,1) 0,03 TPHCM

Từ mô hình thí nghiệm in vitro người ta nhận thấy những chủng kháng thuốc có kiểu

gene non-Beijing phát triển chậm hơn những chủng nhạy cảm thuốc Tuy nhiên, đối với kiểu gene Beijing, những chủng kháng thuốc có 2 khuynh hướng phát triển: một

số giảm khả năng phát triển so với chủng nhạy thuốc, một số khác lại tương đối phát triển nhanh sau khi biểu hiện kháng thuốc

Trên mô hình động vật, khi nhiễm M.tb kiểu gene Beijing, vật chủ biểu hiện

những triệu chứng lạ như viêm phổi diện rộng, TNF- α xuất hiện sớm với những thay đổi thất thường, …(22)

Một chủng trong họ Beijing đã biểu hiện tăng khả năng phân chia khi xâm nhập

vào đại thực bào người hơn những chủng khác Những bệnh nhân nhiễm M.tb kiểu

gene Beijing có ít triệu chứng cấp tính hơn người nhiễm chủng khác, không những

thế M.tb kiểu gene non-Beijing còn hoạt hoá miễn dịch Th2 mạnh hơn so với Mtb

kiểu gene Beijing, biểu hiện bằng những số liệu cho thấy lượng IL-4 tiết ra nhiều (5)

2.1 Đối tượng nghiên cứu (9):

Vi khuẩn lao được thu nhận từ bệnh nhân lao màng não được thu nhận tại bệnh viện lao và bệnh phổi Phạm Ngọc Thạch và bệnh viện Bệnh nhiệt đới Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam trong khoảng 2000 – 2003 Bệnh nhân lao phổi được thu nhận trong khoảng 2003 – 2004 tại 2 phòng chống lao quận huyện của thành phố Hồ Chí Minh DNA vi khuẩn được tách chiết từ môi trường Lowenstein-Jensen theo phương pháp cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) và được pha loãng đến nồng độ sử dụng

là 15 ng/ml

2.2 Kỹ thuật sinh học phân tử xác định kiểu gene dựa trên VNTR – MIRU

Bảng 2.1: Tóm tắt quy trình phân tích kiểu gene vi khuẩn lao

Mẫu bệnh phẩm Æ Nuôi cấy Æ

Tách chiết DNA vi khuẩn lao

Tiến hành PCR với 31 cặp mồi

trên 95 mẫu

Điện di mao quản

Thu thập dữ liệu dưới dạng số các

đoạn trình tự lặp lại

1 Phân tích sự tương đồng của kiểu gene 95 chủng

2 Đánh giá khả năng đa dạng allele trên từng locus, khả năng phân biệt kiểu gene nhờ từng cách phối hợp các loci

2.2.1 Khuếch đại trình tự đích

2.2.1.1 Nguyên tắc

PCR là phương pháp khuếch đại trình tự gene đích đã biết nhờ hoạt động của Taq polymerase, kéo dài cặp mồi chuyên biệt bắt cặp bổ sung DNA mạch khuôn, tổng hợp mạch DNA mới

Phản ứng khuếch đại được thực hiện từ 25-40 chu kỳ Mỗi chu kỳ gồm ba bước:

- Các đoạn mồi dùng trong phương pháp (phụ lục bảng 6.1)

- Hỗn hợp PCR có thể được chuẩn bị ngay trước khi tiến hành thí nghiệm, bổ sung DNA bộ gene; một cách khác là chuẩn bị dung dịch mẹ, chia nhỏ và trữ ở -200C cho đến khi sử dụng

Cần phải sử dụng Qiagen Hotstart Taq Polymerase kit có chứa dung dịch Q Dung dịch này có chứa betaine, là tác nhân xúc tác cho PCR xảy ra và ức chế sự hình thành các sản phẩm phụ tạo nên thang các sản phẩm khi điện di mẫu

- Thành phần phản ứng

Chất phát huỳnh quang

Hình 2.1: Một ví dụ tiêu biểu cho giai đoạn khuếch đại sản phẩm

Khuếch đại vị trí ETR-B, trong đó mồi PCR bắt cặp với trình tự DNA đặc trưng ở biên và khuếch đại đoạn lặp lại, tạo ra sản phẩm

PCR 292bp DNA của M.tuberculosis H37Rv có 3 lần lặp lại đoạn

trình tự lặp 57bp, và thêm 8 bp ở vùng đầu các đoạn lặp lại