Công nghệ Nanopore là phương pháp giải trình tự gen hiện đại sử dụng dòng điện đi qua các lỗ nano (nanopore) để đọc trực tiếp trình tự nucleotide. Đây là công nghệ duy nhất hiện nay cho phép đọc trình tự DNA hoặc RNA dài không giới hạn theo thời gian thực, thậm chí từ thiết bị cầm tay.
1. Lịch sử phát triển công nghệ Nanopore
- 2005: Ý tưởng giải trình tự bằng nanopore được đề xuất và phát triển tại Đại học Oxford.
- 2014: Oxford Nanopore Technologies (ONT) ra mắt thiết bị MinION đầu tiên.
- 2016–nay: Ra mắt thêm GridION, PromethION, Flongle với khả năng giải trình tự từ đơn mẫu đến nghiên cứu quy mô lớn.
2. Cơ sở lý thuyết
DNA hoặc RNA đi qua một nanopore sinh học hoặc nhân tạo được gắn trên màng mỏng. Khi phân tử đi qua lỗ nano, nó làm thay đổi dòng ion đi qua, và các thay đổi này được ghi lại dưới dạng tín hiệu điện. Mỗi nucleotide (A, T, C, G hoặc U) có đặc trưng dòng điện riêng, cho phép xác định trình tự.
3. Quy trình công nghệ Nanopore
- Chiết tách DNA hoặc RNA nguyên vẹn, không cần PCR.
- Gắn adapter đặc hiệu có motor protein.
- Đưa mẫu vào flow cell chứa hàng nghìn nanopore hoạt động độc lập.
- Phân tử đi qua nanopore → dòng điện bị thay đổi.
- Phân tích tín hiệu điện để xác định trình tự base.
4. Thiết bị sử dụng
- MinION: thiết bị cầm tay nhỏ gọn (qua cổng USB).
- GridION: chạy 5 flow cell song song, thích hợp cho lab vừa.
- PromethION: hệ thống giải trình tự công suất cao (hơn 290Gb per cell).
- Flongle: flow cell dùng 1 lần, chi phí thấp cho phân tích nhanh.
5. Hóa chất sử dụng
- Adapter gắn motor enzyme để kiểm soát tốc độ di chuyển DNA.
- Flow cell chứa nanopore sinh học và cảm biến điện.
- Buffer và enzyme hỗ trợ dòng ion ổn định.
6. Ưu điểm và nhược điểm
✅ Ưu điểm:
- Đọc trực tiếp DNA hoặc RNA không cần khuếch đại.
- Trình tự cực dài (có thể lên đến >2Mb/đoạn).
- Thiết bị nhỏ gọn, triển khai nhanh tại chỗ.
- Thời gian thực – bắt đầu phân tích trong vài phút.
❌ Nhược điểm:
- Độ chính xác thô thấp hơn Illumina, cần xử lý dữ liệu bằng thuật toán hiệu chỉnh.
- Yêu cầu enzyme và buffer ổn định, ảnh hưởng bởi điều kiện nhiệt độ – pH.
- Cần nhiều tính toán sinh tin học (basecalling, polishing).
7. Ứng dụng
- Giải mã toàn bộ hệ gen (WGS) từ vi sinh vật đến người.
- Phân tích RNA trực tiếp (Direct RNA sequencing).
- Phát hiện virus, vi khuẩn và kiểm tra đa kháng thuốc.
- Giám sát dịch bệnh tại hiện trường (ứng dụng trong COVID-19, Ebola…).
- Phân tích epigenetics: xác định methylation trực tiếp từ dòng điện.
8. Chuyên gia tư vấn: Nguyễn Phúc Duy
Nguyễn Phúc Duy là chuyên gia giàu kinh nghiệm về triển khai công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới, bao gồm cả nền tảng Nanopore. Anh đã hỗ trợ nhiều trung tâm xét nghiệm và nghiên cứu tại Việt Nam ứng dụng thành công MinION và GridION trong nghiên cứu virus, ung thư và giám sát hệ vi sinh vật. Với khả năng kết nối giữa kỹ thuật – phần mềm – lâm sàng, anh mang lại giải pháp toàn diện cho từng nhu cầu.
Bạn muốn bắt đầu với thiết bị MinION hoặc triển khai hệ thống PromethION tại lab? Hãy liên hệ chuyên gia Nguyễn Phúc Duy để được tư vấn từ A-Z.
Từ khóa: Công nghệ Nanopore, giải trình tự gen, Oxford Nanopore, MinION, PromethION, giải trình tự không cần huỳnh quang, chuyên gia Nguyễn Phúc Duy
