Công nghệ SMRT (Single Molecule Real-Time sequencing) là công nghệ giải trình tự gen tiên tiến do Pacific Biosciences (PacBio) phát triển, cho phép đọc trực tiếp từng phân tử DNA trong thời gian thực với độ dài đoạn đọc lên tới hàng chục nghìn base. Đây là lựa chọn lý tưởng cho các nghiên cứu yêu cầu độ chính xác và chiều sâu như lắp ráp bộ gen mới, phát hiện đột biến phức tạp và phân tích biểu hiện isoform.
1. Lịch sử phát triển công nghệ SMRT
- 2004–2009: PacBio phát triển nguyên mẫu công nghệ SMRT.
- 2011: Ra mắt dòng máy PacBio RS.
- 2015–nay: Nâng cấp lên Sequel, Sequel II, và hiện tại là Sequel IIe với khả năng đọc hàng triệu phân tử đồng thời.
2. Cơ sở lý thuyết công nghệ SMRT
Công nghệ SMRT sử dụng một buồng phản ứng cực nhỏ gọi là Zero-Mode Waveguide (ZMW), nơi chỉ có một phân tử DNA và một enzyme polymerase duy nhất hoạt động. Mỗi nucleotide được gắn fluorophore đặc hiệu và khi gắn vào DNA đang tổng hợp, tín hiệu huỳnh quang phát ra sẽ được ghi nhận trong thời gian thực. Tín hiệu này cho biết trình tự base và có thể cung cấp cả thông tin về sửa đổi (epigenetic mark).
3. Quy trình công nghệ SMRT
- Tách chiết DNA chất lượng cao, ít phân mảnh.
- Chuẩn bị thư viện với SMRTbell adapters (tạo vòng kín).
- Gắn phức hợp enzyme–DNA vào ZMW.
- Chạy giải trình tự: ghi nhận ánh sáng phát ra khi base được tổng hợp.
- Xử lý dữ liệu bằng phần mềm SMRT Link: lọc, căn chỉnh, phát hiện biến thể.
4. Thiết bị sử dụng công nghệ SMRT
- PacBio Sequel, Sequel II, Sequel IIe: hệ thống giải trình tự SMRT chuyên dụng.
- SMRT Cells: chip chứa hàng triệu ZMW.
- Thiết bị chuẩn bị thư viện: máy cắt DNA, máy điện di, Qubit, Bioanalyzer.
- Phần mềm phân tích: SMRT Link, pbmm2, ccs.
5. Hóa chất sử dụng công nghệ SMRT
- Bộ chuẩn bị thư viện SMRTbell Express.
- Polymerase enzyme và nucleotide gắn fluorophore.
- Buffer đặc hiệu cho hoạt động enzyme và ổn định huỳnh quang.
- SMRT Cells loại 8M hoặc 1M tuỳ dòng máy.
6. Ưu điểm và nhược điểm
✅ Ưu điểm:
- Đọc trình tự dài: lên đến 20.000–100.000 base (HiFi read ~15–25kb).
- Phát hiện đột biến phức tạp, chèn–xóa lớn, vùng lặp.
- Không cần khuếch đại PCR → giảm sai lệch.
- Ghi nhận epigenetic modification (methyl hóa…).
❌ Nhược điểm:
- Chi phí thiết bị và hóa chất cao.
- Yêu cầu DNA đầu vào chất lượng cao, không phân mảnh.
- Thời gian chạy lâu hơn NGS thông thường.
7. Ứng dụng
- Lắp ráp bộ gen mới, đặc biệt trong sinh vật chưa có trình tự tham chiếu.
- Phân tích biểu hiện isoform (full-length transcript).
- Phát hiện đột biến chèn – xóa lớn, chuyển đoạn.
- Phân tích DNA methylation không xử lý bisulfite.
- Nghiên cứu hệ vi sinh vật phức tạp (metagenomics).
8. Chuyên gia tư vấn: Nguyễn Phúc Duy
Nguyễn Phúc Duy là chuyên gia hàng đầu tại Việt Nam về công nghệ giải trình tự gen, bao gồm cả SMRT và các nền tảng NGS như Illumina, Ion Torrent, Nanopore. Anh có kinh nghiệm triển khai thực tế nhiều dự án giải trình tự full genome, phát hiện đột biến phức tạp và ứng dụng phân tích transcript toàn dài. Anh đồng hành cùng nhiều đơn vị nghiên cứu và bệnh viện để đưa công nghệ SMRT vào ứng dụng lâm sàng và y sinh học hiện đại.
Bạn cần triển khai công nghệ SMRT cho dự án nghiên cứu hoặc chẩn đoán gen chuyên sâu? Hãy liên hệ với chuyên gia Nguyễn Phúc Duy để được tư vấn giải pháp toàn diện từ thiết kế – vận hành – phân tích.
Từ khóa: Công nghệ SMRT, Single Molecule Real-Time, PacBio, đọc trình tự dài, Sequel IIe, chuyên gia Nguyễn Phúc Duy
