Phát hiện gien kiểm soát ráy tai: vài bài học về mò kim đáy biển

Nguyễn Văn Tuấn

Ráy tai (tiếng Anh gọi là cerumen hay earwax) là chất sáp được hình thành từ tuyến apocrine.  Ráy tai có một nhiệm vụ tương đối khiêm tốn nhưng rất cần thiết, đó là bảo vệ làn da mỏng manh nằm bên trong ống tai ngoài.  Có nhiều bằng chứng cho thấy sự cấu tạo của ráy tai là do các yếu tố di truyền kiểm soát, tuy nhiên cho đến tháng 1/2006, chưa ai biết cụ thể gien nào có liên quan đến ráy tai. 

Có hai dạng ráy tai: ẩm ướt và khô.  Ráy tai ướt thường có màu nâu và nhầy.  Ráy tôi khô thường là những mảng khô màu vàng đen.  Ráy tai khô thường tìm thấy trong người gốc Đông Á (như Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật), nhưng rất hiếm trong người gốc Âu châu và Phi châu.  Theo số liệu nghiên cứu dịch tễ học, khoảng 80% đến 95% dân số Đông Á có ráy tai khô, nhưng tần số này dưới 3% trong các sắc dân Âu châu và Phi châu (1-2).  Trong các sắc dân gốc Nam Á, Trung Á, và các đảo Thái Bình Dương, tỉ lệ người có ráy tai khô thường 30% đến 50%.  Những khác biệt về tần số ráy tai khô (hay ẩm ướt) giữa các sắc dân như trên là một điều kiện khá lí tưởng để phát hiện gien ráy tai.  (Tôi sẽ dùng cụm từ “gien ráy tai” để chỉ gien hay các gien có liên quan đến việc hình thành hai dạng ráy tai).

Tìm gien có liên quan đến một bệnh hay một đặc tính của cơ thể có thể ví như một cuộc mò kim đáy biển.  Cơ thể con người có khoảng 35.000 gien (chỉ là ước đoán, chưa ai biết con số chính xác) được “sắp xếp” trong 23 nhiễm sắc thể (chromosome).  Có thể tưởng tượng như sau: trên một con đường rất dài có nhiều tỉnh (tức là nhiễm sắc thể); mỗi tỉnh có nhiều huyện (tức là gien); và trong mỗi huyện có nhiều nhà (marker).  Trên con đường đó có một (hay vài) gien có liên quan đến bệnh tật mà chúng ta quan tâm.  Vấn đề đặt ra là nhiễm sắc thể hay gien đó nằm ở đâu.  Mà ngay cả khi biết nhiễm sắc thể nào đó có chứa gien chúng ta quan tâm, chúng ta vẫn phải tìm marker cụ thể nào thật sự dính dáng đến bệnh.  Việc truy tìm gien là một công việc gian nan và đầy thách thức cho khoa học hiện đại ngày nay.  Các chuyên gia về di truyền học, thống kê học, khoa học máy tính, và nhân chủng học đang ráo riết lao vào nỗ lực này.

Năm 2002, một nhóm khoa học gia Nhật tiến hành một nghiên cứu sơ bộ và phát hiện gien ráy tai nằm trong nhiễm sắc thể số 16 (3).  Nhưng họ không biết gien nào trong nhiễm sắc thể đó kiểm soát ráy tai.

Để xác định chính xác hơn vị trí của gien ráy tai, ba năm sau các nhà khoa học Nhật lại tiến hành một loạt nghiên cứu qui mô hơn và hệ thống hơn, mà cách họ làm tôi xem là một bài học tiêu biểu cho phương pháp truy tìm gien (4).  Để cung cấp thông tin cho những ai quan tâm, tôi xin tóm tắt qui trình nghiên cứu của họ như sau:

• Trước hết, họ chọn một cách ngẫu nhiên 64 người Nhật có ráy tai khô và 54 người có ráy tai ướt, rồi phân tích 134 markers.  Sau khi phân tích thống kê mối liên hệ giữa 134 markers này và dạng ráy tai, họ phát hiện chỉ có 12 markers có ý nghĩa thống kê (tức là có khả năng liên quan đến ráy tai).  Trong số này, chỉ có 6 markers nằm trong nhiễm sắc thể 16.  Điều không “may mắn” là khoảng cách giữa 12 markers vẫn còn khá xa, nên rất khó mà truy tìm chính xác được.
• Họ lại phân tích thêm 36 markers gần hay chung quanh 6 markers trong nhiễm sắc thể 16.  Trong số 36 markers này, họ chỉ thấy có 2 markers (đó là B81540.1 và IMS-JST141676) có thể liên quan đến ráy tai.  Họ khảo sát trong thư viện GenBank thì thấy 2 markers này cách nhau khoảng 600 kb và hàm chứa 5 gien: ABCC12, ABCC11, LONPL, SIAH1 và N4BP1. 
• Như vậy, bằng chứng trên cho thấy gien ráy tai có thể nằm trong khoảng 600 kb này.  Các nhà nghiên cứu tiếp tục phân tích thêm 37 markers nằm chung quanh 5 gien trên.  Qua phân tích thống kê, họ phát hiện 3 markers có thể liên quan đến ráy tai: đó là rs17822931 trong gien ABCC11, rs6500380 và ss49784070 trong gien LONPL, với trị số P < 2.0 x 10^-14.
• Mỗi marker rs17822931, rs6500380, ss49784070 có 3 dạng (genotypes): AA, AG và GG.  Khi phân tích thêm, các nhà nghiên cứu phát hiện rằng trong số 64 người có ráy tai khô thì có đến 63 người mang genotype AA-AA-AA và một người mang genotype GA-GA-GA.  Trong số 54 người có ráy tai ướt thì 15 người mang genotype AA-AA-AA, 33 người với GA-GA-GA, và 6 người với GG-GG-GG. 
• Như vậy, 3 markers này có độ tương quan rất cao.  Thực ra, hệ số tương quan (coefficient of correlation hay còn gọi là linkage disequilibrium) giữa 3 markers là 0.99 (gần tuyệt đối).  Do đó, thay vì dùng ba genotypes riêng lẻ, các nhà nghiên cứu dùng haplotype để phân tích thêm.  Có hai haplotype chính là AAA và GGG (hay A và G cho gọn), và 3 hệ genotypes: AA, GA và GG.  
• Các nhà nghiên cứu lại tiếp tục phân tích haplotype trong một nhóm gồm 126 người Nhật khác.  Một lần nữa, họ phát hiện rằng phần lớn 87 trong số 88 người có ráy tai khô đều mang hệ genotype AA, còn những người có ráy tai ướt đều mang hệ genotype GA hay GG.  Rõ ràng đây chính là bằng chứng thuyết phục nhất cho thấy gien ABCC11 trong nhiễm sắc thể 16 (mà cụ thể là marker rs6500380) là “cái máy” điều hành việc sản xuất ráy tai khô hay ướt.
• Sau khi đã xác định được gien ráy tai cụ thể, họ tiếp tục nghiên cứu trên 3247 đối tượng thuộc 33 sắc dân trên thế giới để tìm hiểu sự phân phối và tần suất của gien này.  Chi tiết về kết quả phân tích được trình bày trong bản thống kê phần cuối của bài viết này.  Dựa vào tần số của hệ genotype AA (tức gien liên quan đến dạng ráy tai khô), có thể tóm lược như sau: Nhóm thứ nhất gồm các sắc dân như người Hàn Quốc và Bắc Trung Quốc, hơn 90% dân số mang genotype AA; nhóm thứ hai là người Nhật ở lục địa với tần số khoảng 70%; nhóm thứ ba là người Việt Nam và miền bắc Thái Lan với tần số khoảng 50%; nhóm thứ tư gồm người Nam Dương, Mã Lai và những người sống ở các hải đảo có tần số khoảng 20% đến 40%; và nhóm sau cùng là người Âu và Phi châu (Pháp, Nga, Hung, Do Thái) thì tần số genotype AA gần như 0.

Qua kết quả trên đây, chúng ta có thể suy đoán rằng khoảng phân nửa người Việt Nam và Thái Lan có ráy tai khô, và phân nửa có ráy tai ướt.  

            Công trình nghiên cứu này cho ta những bài học nào?  Về mặt ý tưởng, một công trình nghiên cứu khoa học có khi bắt đầu bằng một quan sát hết sức tầm thường, như cái ráy tai khiêm tốn trong trường hợp trên.  Đành rằng, biết được bao nhiêu người có ráy tai khô hay ướt cũng là một thú vị, và biết được gien nào kiểm soát dạng ráy tai càng thú vị hơn, nhưng ý nghĩa nó là gì?  Tôi nghĩ bài học qua công trình nghiên cứu phải nói là thú vị này là: một khám phá có thể bắt đầu từ những so sánh về khác biệt.  Phải có người có ráy tai khô và ướt thì mới có đối tượng so sánh.  Nói cách khác, nghiên cứu di truyền, cũng như các nghiên cứu lâm sàng dịch tễ học khác, cần một nhóm đối chứng (controls); không có đối chứng thì nghiên cứu sẽ không có ý nghĩa khoa học.

            Một bài học khác là một khám phá mang tính khẳng định cần phải được lặp lại trong nhiều mẫu khác nhau, chứ một phát hiện từ một mẫu vẫn chưa đủ tính thuyết phục.   Trong trường hợp các nhà khoa học Nhật, họ phải nghiên cứu và nhất là phân tích trên 3 nhóm đối tượng khác nhau trước khi triển khai đến một quần thể rộng hơn cho 33 sắc dân.  Chính vì tính nhất quán này mà công trình nghiên cứu của họ có thể xem là một bài học quan trọng cho các nỗ lực truy tìm gien.

Về mặt phương pháp, công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Nhật là một bài học về qui trình tìm gien cho một bệnh.  Truy tìm gien liên quan đến bệnh tật là một nỗ lực lớn, là đề tài nghiên cứu khoa học “nóng” tại các nước đã phát triển như Nhật, một số nước bên Âu châu và Mĩ châu.  Tìm được gien cũng có nghĩa là có được cái chìa khóa để mở ra cánh cửa cho điều trị và thậm chí giúp cho chúng ta phát hiện bệnh sớm hơn.  Nhưng như tôi viết trong phần mở đầu, tìm gien cũng không khác gì câu nói ví von ông bà ta thường nói: mò kim đáy biển.  Trong cái biển 35.000 gien (hoặc nhiều hơn) và hơn 2 triệu markers, làm sao tìm cho được marker hay gien liên quan?  Qui trình của các nhà khoa học Nhật trong công trình nghiên cứu này là họ làm từng bước.  Bước đầu là tìm ra nhiễm sắc thể có triển vọng cao; bước kế tiếp là “khoanh vùng” những markers liên quan; và bước thứ ba là từng đoạn một siết chặt những vùng quan hệ và cuối cùng là “tóm” lấy cái marker liên quan nhất. 

            Nỗ lực khoanh vùng và siết chặt này đòi hỏi chuyên môn cao của hai bộ môn khoa học chủ chốt: công nghệ sinh học phân tử và thống kê học.  Để tìm ra những markers cần thiết chúng ta cần đến chuyên gia về công nghệ sinh học và di truyền học.  Để xác định marker nào có liên quan đến bệnh, thống kê học đóng vai trò số một.  Có thể nói không ngoa rằng, không có công nghệ sinh học và thống kê học, chúng ta sẽ không thể nào tìm gien.

            Về ý nghĩa khoa học, sự phân phối gien ráy tai trong các sắc dân trên thế giới còn có ý nghĩa về lịch sử tiến hóa của con người hiện đại.  Tại sao tần số gien ráy tai khô (AA) trong người vùng Nam Á như Nam Trung Quốc, Việt Nam và Thái Lan thấp hơn trong người Bắc Á (như Hàn Quốc và miền bắc Trung Quốc)?  Các tác giả Nhật lí giải rằng có lẽ người Đông Nam Á thuở đầu mang gien ráy tai ướt, nhưng qua hàng ngàn thế hệ kết hôn giữa người miền Nam và Bắc Á châu, nên dẫn đến tỉ lệ 50-50 như ngày nay.  Ngoài ra, tần số gien ráy tai khô thấp trong người thổ dân Mĩ châu cũng phù hợp với giả thuyết rằng tổ tiên họ là người Á châu di dân sang Mĩ châu qua eo biển Bering khoảng 15.000 năm trước đây.

            Nhưng phát hiện về gien ráy tai có ý nghĩa lâm sàng nào không?  Tôi nghĩ câu trả lời thật thà nhất là “không”: phát hiện ra gien có chức năng quyết định dạng ráy tai trong cơ thể hiện nay chưa đem lại lợi ích trực tiếp nào cho bệnh nhân đang bị đau khổ vì các bệnh tai mũi họng.  Tuy nhiên, chúng ta cũng không thể loại trừ khả năng trong tương lai gien này có thể được ứng dụng để đem lại lợi ích cho các bệnh khác. 

            Đã từ lâu, giới y khoa biết rằng ráy tai và mùi mồ hôi có liên hệ mật thiết với nhau.  Người có ráy tai khô ít khi nào ra mồ hôi, kể cả mùi hôi nách (hay ra mồ hôi ít hơn) người có ráy tai ướt.  Chẳng hạn như người Phi châu, Âu châu và Trung Đông thường có mùi, vì ráy tai của họ thường ướt.  Mà mồ hôi thì do tuyến apocrine sản xuất và tiết ra.  Tuyến apocrine cũng có thể tìm thấy trong nách và vú.  Do đó, có lẽ chúng ta không ngạc nhiên khi có nghiên cứu cho thấy những phụ nữ có ráy tai ướt cũng có nguy cơ bị ung thư vú cao hơn phụ nữ với ráy tai khô.  Thành ra, phát hiện gien ráy tai cũng có thể giúp ích cho việc truy tìm gien ung thư vú (mà hiện nay vẫn là một nỗ lực của giới khoa học).

Tài liệu tham khảo:

(1) Matsunaga E. The dimorphism in human normal cerumen.  Ann Hum Genet 1962; 25:273-286.

(2) Omoto K. Polymorphic traits in peoples of eastern Asia and the Pacific.  Isr J Med Sci 1973; 9:1195-1215.

(3) Tomita H, et al. Mapping of the wet/dry earwax locus to the pericentrometric region of chromosome 16. Lancet 2002; 359:2000-2002.

(4) Yoshiura K, et al. A SNP in the ABCC11 gene is the determinant of human earwax type. Nat Genet 2006 Jan 29; [Epub ahead of print]

Bảng 1. Phân phối gien ráy tai (rs17822931) trong các sắc dân trên thế giới (Yoshiura K, et al. Nat Genet 2006;Jan 29).