Xét nghiệm PCR được sử dụng như nào trong y khoa

Hiện nay, ngành y vẫn áp dụng phương pháp tìm ra những vi sinh vật gây bệnh đối với một số loại bệnh. Xét nghiệm PCR (Polemerase Chain Reaction, phản ứng chuỗi polymerase) đây là một phương pháp mang lại độ hiệu quả rất cao giúp chuẩn đoán khá nhiều căn bệnh khó trước đây.

Xét nghiệm PCR là gì?

Xét nghiệm PCR hay còn được gọi là xét nghiệm sinh học phân tử là kỹ thuật phát hiện AND (hoặc ARN) của mầm bệnh có trong mẫu bệnh phẩm khi được đưa vào chuỗi phản ứng enzyme polymerase. Chuỗi phản ứng khuếch đại từ những mẫu bệnh phẩm nhỏ nhất lên đến hàng triệu lần tạo ra nhiều bản sao trong thời gian ngắn. Những bản sao này được sử dụng cho quá trình khảo sát, chuẩn đoán tiếp theo.

Kỹ thuật này được phát minh bởi nhà khoa học Kary Mullis người Mỹ năm 1983. Trên Scientific American, Mullis nhận định về kỹ thuật của mình: “Bắt đầu với một phân tử DNA di truyền, PCR có thể tạo ra 100 tỷ phân tử y hệt trong một một khoảng thời gian ngắn. Phản ứng rất dễ thực hiện. Nó không cần nhiều hơn một ống nghiệm, một vài thuốc thử đơn giản và nguồn nhiệt”. Và với phát minh quan trọng này, Kary Mullis đã chia sẻ giải thưởng Nobel hóa học với Michael Smith năm 1993.

Ngày nay, xét nghiệm PCR với kết quả đặc hiệu, độ chính xác cao và phản ứng rất nhạy đóng vai trò trong lĩnh vực công nghệ sinh học. Tuy nhiên, kết quả cũng còn tùy thuộc vào phương tiện, máy móc, trình độ của kỹ thuật viên. Cùng một loại xét nghiệm, một mẫu bệnh phẩm nhưng có nơi cho ra kết quả nhạy và chính xác, có nơi thì lại không được nhạy bằng.

Xét nghiệm sinh học phân tử PCR giúp chẩn đoán bệnh gì?

Hiện nay, xét nghiệm PCR đang là kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi trong y học. Kỹ thuật PCR trở thành công cụ thiết yếu trong các phòng thí nghiệm, các nhà sinh học, di truyền. Được sử dụng để xác định vi khuẩn, virus, một số loại bệnh lý đặc hiệu mà các loại xét nghiệm thông thường không làm được. Xét nghiệm sinh học phân tử PCR giúp chuẩn đoán chính xác các loại bệnh như:

– Phát hiện các tác nhân không thể nuôi cấy thường quy: như các virus (viêm gan B, viêm gan C, Dengue, HIV, Herpes, CMV, EBV, HPV, virus SARS, H5N1…), các vi khuẩn (Chlamydia, Legionella, Mycoplasma, Treponema pallidum…).

– Phát hiện các vi khuẩn lậu (Chlamydia, Legionella, Mycoplasma, Treponema pallidum…).

– Phát hiện các tác nhân nuôi cấy thất bại vì có mặt rất ít trong bệnh phẩm, đã bị điều trị kháng sinh trước đó (vd: Lao thất bại nuôi cấy, viêm màng não mủ mất đầu…).

– Phát hiện virus Dengue gây bệnh sốt xuất huyết.

– Phát hiện mầm mống của bệnh ung thư (tìm HPV trong ung thư cổ tử cung, phát hiện gen APC trong ung thư đại tràng, gen BRCA1 – BRCA2 trong ung thư vú, gen TPMT trong bệnh bạch cầu trẻ em, gen Rb-105 trong u nguyên bào lưới, gen NF-1,2 trong u xơ thần kinh, gen IgH và TCRy trong u lympho không Hodgkin…)

– Nghiên cứu về hệ kháng nguyên bạch cầu người (HLA, human lymphocyte antigen)…

– Phát hiện các chủng vi khuẩn kháng thuốc như S.aureus – MRSA, các vi khuẩn sinh ESBL hoặc betalactamase, carbapenemase…)

– Xác định độc tố của vi sinh vật: Tiểu đơn vị A của độc tố ruột không chịu nhiệt của Escherichia coli.

– Trong công nghệ sinh học, xét nghiệm sinh học phân tử được sử dụng trong việc lập bản đồ gen, phát hiện gen, dòng hoá gen, giải mã trình tự ADN…

Cách thức PCR vận hành ra sao?

Nguyên lý hoạt động của PCR là tạo ra một lượng lớn bản sao bằng việc sử dụng enzyme trùng hợp polymerase từ một đoạn AND (ARN) chọn lọc. Toàn bộ quá trình được thực hiện trên một máy quay tự động, sử dụng một thiết bị làm nóng, làm lạnh nhanh các ống nghiệm chứa hỗn hợp phản ứng. Quy trình gồm 3 bước chính: biến tính, kết hợp và mở rộng (extension):

– Biến tính (denaturation) thực hiện ở 94o C, giúp sợi xoắn kép DNA tách thành hai đoạn DNA chuỗi đơn.

– Ủ kết hợp (annealing) thực hiện ở 54o C, các cặp mồi kết hợp với “mẫu” chuỗi đơn, enzyme polymerase gắn vào và bắt đầu sao chép mẫu.

– Mở rộng (extension) thực hiện ở 72o C, polymerase tổng hợp các chuỗi  DNA bổ sung cho mẫu được ghép với mồi, tạo ra một phân tử DNA sợi kép.

Các chu kỳ được lặp đi lặp lại nhiều từ 30-40 chu kỳ nhằm tang số lượng và tạo ra nhiều bản sao.

Ưu – nhược điểm của xét nghiệm PCR

Ưu điểm

Để so sánh với những phương pháp xét nghiệm thông thường thì xét nghiệm PCR có phần vượt trội hơn:

– Cho kết quả nhanh không quá 5 giờ kể từ khi bắt đầu lấy mẫu xét nghiệm.

– Phát hiện các tác nhân đột biến gen gây ra các bệnh di truyền, ung thư,… góp phần không nhỏ giúp đưa ra các biện pháp phòng ngừa bệnh.

– Phát hiện các tác nhân vi sinh vật gây bệnh mà phòng thí nghiệm lâm sàng không có khả năng phát hiện.

– Xác định mối quan hệ huyết thống giữa những cá thể khác nhau.

– Độ đặc hiệu, chính xác cao, cho ra chỉ số chính xác copies virus/ 1 ml máu giúp các bác sĩ đánh giá đúng độ hiệu quả điều trị qua từng giai đoạn bệnh

Nhược điểm

Tuy nhiên, xét nghiệm sinh học phân tử PCR vẫn còn một số hạn chế bởi:

– PCR đòi hỏi trang thiết bị, máy móc kỹ thuật hiện đại.

– Tại các phòng thì nghiệm lâm sàn xét nghiệm PCR rất khó thực hiện một cách chuẩn mực.

– Thực hiện xét nghiệm PCR cần những kỹ thuật viên, bác sĩ có trình độ chuyên môn cao.

– Giá thành khi thực hiện xét nghiệm PCR khá cao.

Như vậy, xét nghiệm PCR là xét nghiệm “định danh” (identify) ở mức phân tử có độ chính xác, đặc hiệu rất cao. PCR có nhiều ưu điểm vượt trội hơn các loại xét nghiệm khác nhưng cũng có những nhược điểm. Xét nghiệm hoàn thành chỉ trong khoảng 5 giờ khiến việc nhận biết mầm bệnh trở nên dễ dàng hơn giúp việc điều trị trở nên thuận lợi, kịp thời hơn. Do đó, PCR hiện đang được ựng dụng khá rộng rãi trong y khoa để chuẩn đoán, xác định bệnh.