Từ mẹ và cha, chúng ta nhận được mỗi người một bộ nhiễm sắc thể. Vì vậy phần lớn các gen có hai bản sao, và tế bào có thể sử dụng chúng theo những cách khác nhau. Hãy hình dung hai cuốn sách có cùng nội dung: một cuốn mở đúng trang cần đọc, cuốn kia đứng trên giá với bìa đóng chặt. Nội dung giống hệt nhau, nhưng khả năng tiếp cận thì khác.
Chính những khác biệt như vậy là điều FIRE giúp nhìn thấy — một công cụ tính toán để phân tích cách đóng gói DNA. Nghiên cứu của nhóm với sự tham gia của các nhà khoa học thuộc Đại học Washington và Đại học Utah đã được công bố trên tạp chí Cell. Công trình cho thấy trình tự DNA và những trạng thái tế bào được duy trì cùng nhau tham gia vào việc điều khiển gen như thế nào.
Bên trong tế bào, DNA quấn quanh các protein và tạo thành chất nhiễm sắc. Cách đóng gói của nó ảnh hưởng đến mức độ dễ dàng mà các protein điều hòa có thể tiếp cận một vùng nhất định. FIRE giúp tìm ra những vùng khả dụng có khả năng cao tham gia vào việc điều khiển gen. Một vùng mở là gợi ý quan trọng: ở đây có thể có sự tiếp xúc với các cơ chế phân tử điều hòa. Tuy vậy, hoạt động của gen lân cận vẫn cần được kiểm chứng riêng.
Nền tảng là công nghệ Fiber-seq: một enzyme đặc biệt đánh dấu các vùng DNA khả dụng, sau đó giải trình tự đọc các phân tử dài. Những khác biệt trong trình tự của chúng cho phép phân biệt hai bản sao nhiễm sắc thể. FIRE bổ sung học máy, giúp đánh giá vai trò điều hòa tiềm năng của các vùng được đánh dấu.
Một kết quả đặc biệt đáng chú ý liên quan đến những vùng mà hai bản sao khác nhau về mức độ khả dụng của chất nhiễm sắc. Ở khoảng 40% trường hợp như vậy, trình tự DNA ngay tại vùng được nghiên cứu là trùng nhau. Cùng một văn bản lại được đóng gói theo cách khác nhau. Con số này liên quan đến những khác biệt được phát hiện giữa các bản sao; ý nghĩa của nó đối với việc điều hòa bộ gen nói chung vẫn còn phải được xác định.
Phân tích tiếp theo cho thấy một số trạng thái chất nhiễm sắc được duy trì khi tế bào phân chia. Các tác giả mô tả chúng như những đột biến biểu sinh soma — những thay đổi bền vững của trạng thái biểu sinh. Ở đây sự di truyền diễn ra trong nội bộ dòng tế bào: các tế bào con giữ lại những đặc điểm của tế bào tiền thân. Việc truyền những thay đổi như vậy từ cha mẹ sang con cái là một câu hỏi nghiên cứu riêng.
Giá trị thực tiễn của phương pháp đã được các nhà nghiên cứu minh họa trên một biến thể DNA liên quan đến nguy cơ mắc bệnh celiac. Nó nằm trong một vùng điều hòa bên cạnh một gen miễn dịch. Việc thay thế một chữ cái DNA trong phòng thí nghiệm đã làm thay đổi mức độ khả dụng của vùng này. Nhờ đó, các nhà khoa học có thể tách ra, giữa vô số biến thể lân cận, biến thể thực sự ảnh hưởng đến trạng thái chất nhiễm sắc. Ý nghĩa chính xác của nó đối với hoạt động của các tế bào miễn dịch vẫn cần được nghiên cứu thêm.
Đối với y học, những công cụ như vậy quan trọng trước hết như một cách để hiểu chính xác hơn các cơ chế bệnh tật và lựa chọn mục tiêu cho những can thiệp trong tương lai. Việc chuyển từ những hiểu biết này sang điều trị sẽ đòi hỏi những nghiên cứu riêng về hiệu quả và an toàn.
Điều hòa biểu sinh đã được biết đến từ lâu. FIRE cho phép xem xét nó chi tiết hơn bằng cách phân biệt hai bản sao của bộ gen. Vẻ đẹp của kết quả nằm ở chính điểm này: những chữ cái giống nhau cho phép cách đọc khác nhau, và lịch sử của tế bào có thể được lưu giữ trong cách DNA của nó được đóng gói.
