Ngành khoa học "Omics" là gì?

             Các ngành khoa học "Omics":

            - Nghiên cứu gen và chức năng gen (Genomics),

            - Nghiên cứu Prôtêin và chức năng Prôtêin (Proteomics),

            - Nghiên cứu hóa chỉ tế bào(Metabolomics).

 

            - Nghiên cứu gen và chức năng gen là một ngành khoa học mới, nghiên cứu những phát hiện và ghi nhận tất cả các chuỗi trong hệ gen hoàn thiện ở một cơ thể sinh vật nhất định. Hệ gen định nghĩa là một bộ hoàn chỉnh các gen bên trong một tế bào. Vì thế ngành khoa học nghiên cứu gen và chức năng gen là ngành nghiên cứu cấu tạo của gen trong một cơ thể sinh vật.

            Xác định chuỗi hệ gen chỉ là bước nghiên cứu ban đầu. Khi hoàn thành nghiên cứu này, dữ liệu sẽ được biên soạn thành kiến thức mới và được sử dụng để nghiên cứu chức năng của một lượng lớn gen (hệ gen chức năng), để có thể so sánh các gen trong một cơ thể sinh vật với các gen khác của cơ thể khác (hệ gen so sánh), hoặc để tạo ra cấu trúc 3D của một hay nhiều protein từ mỗi họ protein, để đưa ra được bằng chứng về chức năng hoạt động của chúng (hệ gen cấu trúc).

            Trong nông nghiệp trồng trọt, mục đích ứng dụng chủ chốt của hệ gen là tìm hiểu được nhiều hơn nữa về hệ gen hoàn chỉnh của cây trồng. Các gen đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế nông nghiệp được xác định, lập mục tiêu sản xuất nhiều thực phẩm có giá trị dinh dưỡng và an toàn trong khi vẫn bảo vệ được môi trường.

            Một nghiên cứu quan trọng về hệ gen hiện nay là dự án quốc tế về chuỗi hóa hệ gen của lúa, một nỗ lực hợp tác của nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới. Dự án nhằm mục tiêu hoàn thiện chuỗi hệ gen của lúa (12 chuỗi nhiễm sắc thể), để sau đó áp dụng cải thiện sản xuất lúa gạo.

            Trong năm 2002, phác thảo về chuỗi hệ gen của hai giống lúa nông nghiệp phụ quan trọng, indica và japonica, đã được xuất bản.Khi hoàn thành, chuỗi hệ gen của lúa sẽ trở thành mẫu mô hình cho các loài ngũ cốc khác  và sẽ hỗ trợ việc nhận diện các gen chính trong ngô, lúa mì, yến mạch, cây lúa miến, và kê.

            Nghiên cứu gen và chức năng gen là đầu vào cho các ngành khoa học omics khác. Thông tin về gen trong một cơ thể sinh vật, kiểu gen có tính quyết định đối kiểu hình thể hiện ở cơ thể sinh vật. Tuy nhiên, môi trường cũng có những ảnh hưởng đến kiểu hình sinh vật.

            DNA, là hệ gen, nhưng cũng chỉ là một phần của bộ máy phức tạp giúp sinh vật hoạt động - vì thế giải mã DNA là một bước tiến giúp hiểu rõ hơn. Tuy nhiên chỉ giải mã DNA cũng không đủ để biết hết mọi hoạt động xảy ra trong cơ thể sinh vật.

            Dòng thông tin di truyền trong một tế bào được mô tả như sau: DNA sao bản sang một dạng khác là RNA. Một đoạn RNA hoàn chỉnh (còn được gọi là gen sao bản kích hoạt) qua sửa chữa (cắt hoặc dán) trở thành RNA thông tin, mang thông tin đến các ri bô sôm, nơi sản xuất prôtêin của tế bào, để sau đó chuyển thông tin sang dạng prôtêin.

 

            Các prôtêin mang rất nhiều trọng trách trong tế bào. Một bộ prôtêin hoàn chỉnh gọi là proteome, phụ trách nghiên cứu cấu trúc prôtêin, chức năng hoặc bất cứ hoạt động nào của prôtêin trong tế bào gọi là proteomics.

            Gen sao bản kích hoạt rất năng nổ, thay đổi liên tục với mỗi kích thích của môi trường. Mục tiêu của nghiên cứu prôtêin và chức năng prôtêin là để tìm hiểu cơ chế cho phép cấu trúc và chức năng của prôtêin thực hiện nhiệm vụ của mình, nó tương tác với cái gì, và làm thế nào góp phần vào chu kỳ sống.

            Một ứng dụng của khoa học nghiên cứu  prôtêin và chức năng prôtêin được biết tới là bản chụp nghiêng biểu hiện prôtêin, nơi prôtêin được nhận diện trong cơ thể sinh vật dưới kích thích của môi trường. Khoa học nghiên cứu prôtêin và chức năng prôtêin còn để phát triển một biểu đồ mạng prôtêin nơi mỗi tương tác của prôtêin được xác định cho một hệ sống nhất định.

            Khoa học nghiên cứu prôtêin và chức năng prôtêin cũng được ứng dụng để vẽ sơ đồ biến đổi prôtêin nhận biết sự khác biệt giữa cơ thể sinh vật hoang dã và cơ thể sinh vật biến đổi gen. Ngành khoa học này cũng được ứng dụng nghiên cứu tương tác giữa prôtêin và prôtêin trong mỗi phản ứng bảo vệ của thực vật.

Ví dụ, nghiên cứu prôtêin và chức năng prôtêin tại đại học Iowa kết luận:

            - Một thí nghiệm về thay đổi prôtêin trong bản sao gen kích hoạt của ngô dưới nhiệt độ thấp là tác động chính giúp ngô con nảy mầm.

            - Phân tích những khác biệt xảy ra trong thể hiện hệ gen đậu nành trồng ở nhiệt độ cao.

            - Nhận biết thể hiện prôtêin phản ứng trước các loại bệnh như giun tròn nang ở cây đậu nành.

 

            Nghiên cứu hóa chỉ tế bào là ngành khoa học "omics" mới nhất. Hóa chỉ tế bào là một bộ hoàn chỉnh các tổ hợp trọng lượng phân tử thấp trong một mẫu. Các tổ hợp phân tử là các chất nền hoặc sản phẩm phụ của các phản ứng enzim, trực tiếp tác dụng lên kiểu hình của tế bào. Vì thế, mục đích của nghiên cứu hóa chỉ tế bào là xác định các mẫu sao chụp của các tổ hợp này tại một thời điểm xác định dưới tác động của các điều kiện môi trường nhất định.

            Nghiên cứu gen và chức năng gen, nghiên cứu prôtêin và chức năng prôtêin giúp mở rộng thông tin về kiểu di truyền nhưng vẫn bị hạn chế thông tin về kiểu hình. Các tổ hợp trọng lượng phân tử thấp các là các liên kết gần nhất đến kiểu hình.

            Nghiên cứu hóa chỉ tế bào được ứng dụng để xác định sự khác nhau trong hàm lượng hàng nghìn phân tử giữa một cơ thể thực vật khỏe và một cơ thể có bệnh. Công nghệ này đồng thời cũng được sử dụng để xác định khác biệt dinh dưỡng giữa cây trồng bình thường và cây trồng biến đổi gen, và khác biệt trong khi nhận biết chất chuyển hóa bảo vệ thực vật

 

Hoàng Hà Nam (Khoa học thường thức).