Tách chiết ADN là gì? Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết ADN

ADN (Acid Deoxyribonucleic) là phân tử quan trọng chứa đựng thông tin di truyền của sinh vật. Để có thể nghiên cứu các gen, protein và quá trình di truyền, tách chiết ADN từ tế bào là bước đầu tiên và vô cùng quan trọng. Các phương pháp tách chiết ADN đều dựa trên các nguyên lý hóa học, vật lý khác nhau. Tách chiết ADN được ứng dụng rộng rãi trong các nghiên cứu sinh học phân tử, di truyền học, y học pháp y và nhiều lĩnh vực khác. Hiện nay, có rất nhiều phương pháp tách chiết ADN được sử dụng trong các phòng thí nghiệm, mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng.

Lợi ích của việc tách chiết ADN

Tách chiết ADN là bước then chốt ban đầu giúp chúng ta có thể tiếp cận được với bản thiết kế di truyền bên trong tế bào - đó là phân tử ADN kỳ diệu. Thông qua tách chiết ADN và các kỹ thuật phân tích gen hiện đại, các nhà khoa học có thể tìm hiểu sâu hơn cấu trúc, chức năng của các gen cũng như mối liên hệ của chúng trong quá trình di truyền và biểu hiện ra ngoài cơ thể.

Hơn thế nữa, tách chiết ADN còn đem lại vô vàn giá trị ứng dụng trong đời sống. Chẳng hạn, giúp chẩn đoán chính xác nhiều bệnh di truyền hiếm gặp nhờ phát hiện sớm đột biến gen bất thường. Giúp xác định chính xác quan hệ ruột thịt như cha mẹ - con cái, anh em trong gia đình nhờ so sánh trình tự ADN.

Đặc biệt, tách chiết ADN còn phục vụ rất tốt cho công tác pháp y và an ninh. Giúp nhận dạng chính xác tội phạm, nạn nhân từ những mẫu vật rất nhỏ như vết máu, nước bọt, sợi tóc,... hoặc di hài bị phân hủy nặng.

Bên cạnh đó, nhiều thành tựu trong y học, nông nghiệp, chăn nuôi,.. cũng dựa trên kỹ thuật tách chiết và phân tích ADN. Điều này giúp tạo ra các loại vaccine, thuốc chữa bệnh mới, cây trồng vật nuôi biến đổi gen có năng suất và chất lượng cao.

Các bước cơ bản trong quá trình tách chiết ADN

Quy trình tách chiết và tinh sạch ADN được chia làm 4 giai đoạn cơ bản sau:

Bước 1: Phá vỡ thành tế bào, giải phóng ADN

Để lấy được ADN, đầu tiên cần phá vỡ hoàn toàn cấu trúc tế bào, phá bỏ màng và thành tế bào để làm lộ nhân chứa ADN. Có nhiều cách để phá màng tế bào như: Sử dụng các hóa chất như chất tẩy rửa, enzym phá hủy tế bào, áp dụng phương pháp cơ học nghiền mạnh hay đun sôi, hoặc sử dụng phương pháp điện phân làm nứt vỡ tế bào dưới tác dụng của dòng điện cao thế.

Bước 2: Loại bỏ các thành phần không mong muốn

Khi đã phá vỡ được thành tế bào, bên cạnh ADN còn rất nhiều thành phần không mong muốn khác được giải phóng ra như protein, lipid, RNA. Để làm sạch, cần loại bỏ chúng bằng các biện pháp hóa học như: Sử dụng enzyme protease đặc hiệu để cắt vụn protein, dùng phenol hoặc hỗn hợp phenol-cloroform tách chiết protein và lipid, dùng RNase A để phân hủy các RNA.

Sau đó tiến hành ly tâm để kết tủa và loại bỏ các kết tủa không mong muốn, giữ lại dịch nổi chứa ADN.

Bước 3: Kết tủa ADN

Cô đặc dịch nổi chứa ADN thu được ở bước trên bằng cách cho thêm cồn etylic hoặc cồn iso-propyl. Thường thì muối natri/amoni clorua được bổ sung để tăng hiệu quả kết tủa ADN.

Sau đó tiếp tục ly tâm để lấy kết tủa ADN đã được tinh sạch khỏi hỗn hợp ban đầu.

Bước 4: Rửa sạch và tái hòa tan ADN

Cuối cùng, kết tủa ADN thu được sẽ được rửa sạch bằng cồn 50 - 70% hoặc ethanol 100% để loại bỏ muối và các tạp chất còn sót lại. Sau đó, hòa tan trở lại ADN tinh sạch trong nước hoặc đệm TE để bảo quản và sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thành công của quá trình tách chiết ADN

Quá trình tách chiết và tinh sạch ADN là một quy trình phức tạp, nhạy cảm, dễ tổn thương trước sai sót. Do đó, để đảm bảo thành công, chúng ta cần lưu ý đến tất cả các yếu tố sau:

• Đảm bảo nguồn tế bào ban đầu: Thứ nhất, nguồn tế bào ban đầu. Các tế bào chuyên biệt giàu chất nhân như tế bào máu, tế bào nước bọt, tế bào buồng trứng là những ứng viên lý tưởng. Chúng có khả năng cung cấp ADN với số lượng và chất lượng tốt nhất.
• Bảo quản mẫu vật đúng cách: Việc bảo quản đúng cách các mẫu vật là vô cùng quan trọng. Các mẫu tươi sống, được làm lạnh ngay lập tức trong điều kiện vô trùng, hoặc đông lạnh sâu tới -80 độ C chính là lý tưởng nhất để bảo toàn nguyên vẹn các phân tử ADN.
• Chất lượng hóa chất và trang thiết bị: Tất cả hóa chất, chất khử, dung môi hữu cơ, enzyme sử dụng cần đạt tiêu chuẩn tinh khiết cực cao để tránh ảnh hưởng xấu tới quá trình và sản phẩm ADN. Các thiết bị như máy ly tâm, tủ lạnh, nồi đun hấp, máy đo nhiệt độ cũng phải chính xác tuyệt đối.
• Yếu tố con người: Yếu tố con người cũng đóng vai trò quyết định. Đội ngũ kỹ thuật viên thực hiện cần được đào tạo bài bản, thành thạo mọi bước thao tác trong quy trình như: Xử lý mẫu ban đầu, ly tâm, kết tủa, rửa và bảo quản ADN. Kinh nghiệm, sự cẩn thận, tỉ mỉ là yếu tố then chốt quyết định thành công.

Như vậy, muốn tách chiết ADN thành công cần kiểm soát tốt các yếu tố: Chọn mẫu phù hợp, bảo quản đúng cách, dùng hóa chất và thiết bị chất lượng cao, thực hiện chính xác quy trình kỹ thuật bởi đội ngũ có trình độ chuyên môn cao.

Một số kỹ thuật tách chiết ADN phổ biến

Hiện nay có ba kỹ thuật tách chiết ADN chính đang được sử dụng rộng rãi gồm: Phương pháp phenol-cloroform, phương pháp kit thương mại và phương pháp tự động hóa cao cấp.

Kỹ thuật truyền thống: Phương pháp phenol-cloroform

Phương pháp phenol-cloroform là kỹ thuật truyền thống dựa trên việc sử dụng các hợp chất hữu cơ như phenol và cloroform để loại bỏ protein và tinh sạch ADN. Đây vẫn là phương pháp phổ biến và hiệu quả trong nhiều phòng thí nghiệm nhờ chi phí thấp, quy trình đơn giản. Tuy nhiên, độc tính của phenol/cloroform khá cao, khó khống chế nên dần được thay thế bằng các kit thương mại an toàn hơn.

Kỹ thuật thương mại phổ biến: Bộ kit tách chiết ADN

Kit tách chiết ADN thương mại thường dựa trên nguyên lý sử dụng cột gắn chất hấp phụ hoặc từ tính để tinh sạch ADN. Ưu điểm của các kit là tiện lợi, dễ sử dụng, cho ADN sạch, an toàn, ít bị nhiễm khuẩn chéo. Tuy nhiên giá thành của kit khá cao và bị phụ thuộc vào hãng sản xuất.

Kỹ thuật hiện đại hóa: Hệ thống tự động hóa

Ngày càng phổ biến là các hệ thống tự động hóa quy trình tách chiết ADN. Các thiết bị tự động tương tự máy xét nghiệm sinh hóa tự động, có thể xử lý hàng loạt mẫu cùng lúc mà không cần sự can thiệp thủ công. Máy xét nghiệm PCR tự động có khả năng tách chiết và khuếch đại ADN trong cùng một hệ thống kín. Phương pháp này cho độ chính xác cao, thuận tiện cho xét nghiệm số lượng lớn mẫu. Tuy nhiên, giá thành ban đầu để đầu tư máy móc khá lớn.

Như vậy, mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng và phù hợp với những điều kiện nghiên cứu cụ thể. Cần cân nhắc kỹ lưỡng để lựa chọn phương pháp phù hợp, đảm bảo hiệu quả cao trong tách chiết và tinh sạch ADN.

Thông qua bài viết vừa rồi, chúng tôi đã cung cấp đầy đủ thông tin về quá trình tách chiết ADN - một quá trình vô cùng quan trọng trong nhiều phương pháp xét nghiệm ADN hiện nay. Hi vọng bạn đọc đã tìm được thông tin cần biết và xin kính chúc bạn luôn vui khỏe.