Phân loại chủng khác gì so với định danh loài vi sinh vật?

Định danh loài xác định tên phân loại sinh học của vi sinh vật như phân biệt giữa tụ cầu vàng và trực khuẩn mủ xanh. Ngược lại, phân loại chủng đi sâu hơn vào cấp độ dưới loài nhằm xác định các dòng vô tính riêng biệt trong cùng một loài. Điều này giúp các nhà dịch tễ học nhận biết các cá thể vi khuẩn có chung nguồn gốc lây truyền trực tiếp hay không.

Tại sao giải trình tự toàn bộ hệ gen (WGS) đang thay thế dần các kỹ thuật như PFGE và MLST?

Giải trình tự toàn bộ hệ gen mang lại độ phân giải tối thượng bằng cách kiểm tra toàn bộ hàng triệu cặp base của hệ gen thay vì chỉ một vài vị trí cắt enzym hay một số locus gen riêng lẻ. Nhờ đó, WGS có thể phát hiện các biến dị đơn nucleotide phát sinh trong thời gian rất ngắn, cho phép tái dựng chính xác chuỗi truyền bệnh từ người sang người. Ngoài ra, chi phí giải trình tự thế hệ mới ngày càng giảm và tính chuẩn hóa dữ liệu số cao giúp WGS dễ dàng chia sẻ trên mạng lưới toàn cầu.

Chỉ số phân biệt Hunter-Gaston có ý nghĩa gì trong việc lựa chọn phương pháp định type?

Chỉ số Hunter-Gaston lượng hóa xác suất mà hai chủng vi sinh vật không có quan hệ dịch tễ được phân loại thành hai kiểu type khác nhau. Một phương pháp được đánh giá là tin cậy cho điều tra dịch tễ học khi chỉ số này đạt trên 0.90 hoặc tiệm cận 0.95. Nếu chỉ số quá thấp, kỹ thuật không thể phân biệt được các chủng độc lập, dẫn đến nguy cơ gộp nhầm các ca bệnh không liên quan vào cùng một đợt bùng phát dịch.

Phân loại chủng hỗ trợ công tác kiểm soát nhiễm khuẩn bệnh viện như thế nào?

Trong môi trường bệnh viện, phân loại chủng giúp xác định chính xác liệu sự gia tăng ca nhiễm một vi khuẩn kháng thuốc là do sự xâm nhập của một dòng vô tính lây truyền chéo hay do nhiều ca nhiễm độc lập. Kỹ thuật này chỉ điểm các mắt xích truyền nhiễm quan trọng như bàn tay nhân viên y tế, nguồn nước hoặc thiết bị y tế dùng chung. Từ các bằng chứng phân tử đó, hội đồng kiểm soát nhiễm khuẩn có thể ban hành các biện pháp cách ly và khử khuẩn mục tiêu kịp thời.

Phân loại chủng là gì? Các phương pháp và ứng dụng dịch tễ

Phân loại chủng (strain typing) là tập hợp các phương pháp thực nghiệm và phân tích sinh học phân tử nhằm phân biệt các dòng vi sinh vật thuộc cùng một loài ở cấp độ dưới loài dựa trên các đặc trưng kiểu hình hoặc dấu ấn di truyền đặc thù. Kỹ thuật này giữ vai trò trọng yếu trong dịch tễ học vi sinh, cho phép phát hiện nguồn lây, truy vết chuỗi truyền nhiễm, phân biệt các vụ dịch bùng phát với các ca nhiễm trùng lẻ tẻ và theo dõi sự lan truyền của các dòng vi khuẩn kháng thuốc.

Bản chất và vai trò của phân loại chủng trong vi sinh học

Trong thực hành vi sinh học lâm sàng và dịch tễ học, việc định danh vi sinh vật dừng lại ở cấp độ loài thường không đủ để giải quyết các bài toán về lây truyền bệnh truyền nhiễm. Định danh loài chỉ xác định tên phân loại sinh học của vi khuẩn, ví dụ như phân biệt giữa Staphylococcus aureus, Escherichia coli hoặc Klebsiella pneumoniae. Tuy nhiên, trong cùng một loài, các cá thể vi khuẩn có thể mang các biến dị di truyền quan trọng quyết định mức độ độc lực, khả năng xâm lấn, phổ kháng thuốc và tiềm năng lan truyền thành dịch. Do đó, phân loại chủng hay định type dưới loài được phát triển nhằm phân nhóm và nhận diện các dòng vi sinh vật riêng biệt trong cùng một loài.

Theo các hướng dẫn đồng thuận của Nhóm Nghiên cứu Dấu ấn Dịch tễ Châu Âu ESGEM (Struelens, 1996; van Belkum và cs., 2007), hai khái niệm nền tảng cần được phân định rõ ràng là chủng và dòng vô tính:

Chủng vi sinh vật (strain): Là một tập hợp các tế bào vi sinh vật thuần khiết được phân lập từ một mẫu bệnh phẩm hoặc môi trường cụ thể, có thể phân biệt được với các chủng khác cùng loài nhờ một hoặc nhiều đặc điểm kiểu hình hoặc kiểu gen ổn định.
Dòng vô tính (clone): Bao gồm các chủng phân lập độc lập thu thập từ các cá thể, địa điểm hoặc thời điểm khác nhau nhưng có chung một tổ tiên trực tiếp thông qua con đường phân chia tế bào sinh sản vô tính, không trải qua các biến cố tái tổ hợp di truyền lớn làm thay đổi cấu trúc hệ gen cốt lõi.

Phân loại chủng đóng vai trò trung tâm trong ba lĩnh vực then chốt của y tế công cộng và y học lâm sàng:

Điều tra và kiểm soát ổ dịch: Kỹ thuật này cho phép các nhà dịch tễ học xác định xem một đợt gia tăng số ca bệnh là do sự xâm nhập và lây truyền của một dòng vi khuẩn bùng phát đơn dòng hay chỉ là sự trùng hợp ngẫu nhiên của các ca nhiễm độc lập đa dòng. Khi xác định được ổ dịch đơn dòng, phân loại chủng giúp truy vết nguồn gốc truyền bệnh từ thực phẩm nhiễm khuẩn, nguồn nước, môi trường bề mặt hoặc nhân viên y tế mang mầm bệnh, từ đó đánh giá chính xác hiệu quả của các biện pháp kiểm soát nhiễm khuẩn sau can thiệp.
Giám sát dịch tễ học dài hạn: Phân loại chủng cho phép theo dõi sự phân bố địa lý, sự thay thế quần thể và động học tiến hóa của các dòng vô tính nguy cơ cao mang gen kháng kháng sinh nguy hiểm trên phạm vi quốc gia và quốc tế.
Phân biệt tái nhiễm và tái phát: Trong điều trị bệnh nhân mạn tính hoặc tái phát, phân loại chủng giúp bác sĩ lâm sàng phân biệt giữa trường hợp điều trị thất bại dẫn đến tái phát do cùng một chủng ban đầu hay bệnh nhân bị tái nhiễm một chủng vi sinh vật hoàn toàn mới từ môi trường ngoài.

Các phương pháp phân loại theo kiểu hình (phenotypic typing)

Các phương pháp phân loại theo kiểu hình dựa trên sự biểu hiện sinh học của vi khuẩn trong điều kiện nuôi cấy phòng xét nghiệm. Đây là những kỹ thuật cổ điển, từng đóng vai trò chủ đạo trong suốt thế kỷ hai mươi trước khi các kỹ thuật sinh học phân tử ra đời:

Định type huyết thanh (serotyping): Phân loại dựa trên tương tác đặc hiệu giữa kháng thể chuẩn và các kháng nguyên bề mặt của tế bào vi khuẩn. Điển hình nhất là sơ đồ White-Kauffmann-Le Minor phân loại chi Salmonella thành hơn 2500 serovar khác nhau dựa trên kháng nguyên thân soma O và kháng nguyên lông roi H. Đối với các loài vi khuẩn có vỏ như Streptococcus pneumoniae hay Neisseria meningitidis, phản ứng ngưng kết kháng thể được dùng để định type kháng nguyên vỏ polysaccharide.
Định type bằng thực khuẩn thể (phage typing): Kỹ thuật dựa trên tính nhạy cảm ly giải của vi khuẩn đối với một bảng các bacteriophage đặc hiệu. Từng là tiêu chuẩn vàng để phân loại Staphylococcus aureus và Salmonella enterica, phương pháp này đòi hỏi duy trì nguồn thực khuẩn thể sống chuẩn hóa và dễ mất độ nhạy khi vi khuẩn thu nhận plasmid hoặc prophage ức chế sự hấp phụ của phage.
Định type bằng bacteriocin (bacteriocin typing): Phương pháp đánh giá khả năng sinh bacteriocin (các peptide kháng khuẩn tự nhiên, ví dụ colicin ở E. coli) để ức chế các chủng chỉ thị hoặc đo lường tính nhạy cảm của vi khuẩn thử nghiệm trước bộ bacteriocin chuẩn.
Kiểu hình kháng sinh đồ (antibiogram typing): Phân nhóm chủng dựa trên phổ nhạy cảm và đề kháng với một danh mục kháng sinh nhất định. Dù rất phổ biến và sẵn có từ xét nghiệm thường quy, kiểu hình kháng sinh có giá trị dịch tễ học hạn chế do tính không ổn định cao; các gen kháng thuốc nằm trên plasmid hay transposon có thể dễ dàng bị đào thải hoặc tiếp nhận qua chuyển gen ngang trong thời gian ngắn.
Điện di enzyme đa locus (Multilocus Enzyme Electrophoresis, MLEE): Phân tích tính đa hình điện di của các enzyme trao đổi chất tan trong nước. Sự thay đổi axit amin làm biến đổi điện tích bề mặt của enzyme, tạo nên sự khác biệt về tốc độ di chuyển trong gel tinh bột. MLEE là bước chuyển tiếp quan trọng từ kiểu hình sang kiểu gen và là nền tảng khái niệm trực tiếp cho sự ra đời của kỹ thuật MLST sau này.

Mặc dù có ưu thế về chi phí thấp và quy trình tương đối đơn giản, các phương pháp phân loại kiểu hình bộc lộ nhiều hạn chế lớn. Khả năng biểu hiện kiểu hình chịu sự chi phối mạnh mẽ của điều kiện nuôi cấy môi trường; tỷ lệ các chủng không thể định type do không biểu hiện kháng nguyên bề mặt còn đáng kể; và khả năng so sánh kết quả giữa các phòng xét nghiệm thường kém do thiếu tính chuẩn hóa tuyệt đối.

Các kỹ thuật phân loại sinh học phân tử hiện đại (genotypic typing)

Phân loại kiểu gen phân tích trực tiếp cấu trúc của vật chất di truyền DNA hoặc RNA, khắc phục triệt để sự biến động sinh lý của tế bào vi khuẩn và mang lại lực phân biệt vượt trội. Các kỹ thuật phân tử hiện đại đã trở thành tiêu chuẩn trong điều tra dịch tễ học vi sinh:

Điện di trên gel trường xung (Pulsed-Field Gel Electrophoresis, PFGE)

Điện di trường xung được xem là tiêu chuẩn vàng của dịch tễ học phân tử trong nhiều thập niên. Kỹ thuật sử dụng các enzyme giới hạn cắt hiếm để cắt phân tử DNA nhiễm sắc thể nguyên vẹn tại một số vị trí đặc hiệu, tạo ra các đoạn DNA kích thước lớn dao động từ 10 đến 800 kilobase. Vì các đoạn DNA kích thước lớn không thể di chuyển phân tách hiệu quả trong điện trường một chiều của gel agarose thông thường, hệ thống PFGE áp dụng các xung điện trường luân phiên thay đổi góc hướng định kỳ, buộc các phân tử DNA phải liên tục tái định hướng để di chuyển qua mạng lưới gel.

Để tiêu chuẩn hóa việc đánh giá mối liên hệ dịch tễ giữa các chủng vi khuẩn phân lập trong các vụ bùng phát ngắn hạn, Tenover và cộng sự (1995) đã thiết lập bộ tiêu chí diễn giải mô thức băng PFGE kinh điển:

Trùng khớp hoàn toàn (indistinguishable): Mô thức băng giống hệt nhau, không có sự sai khác (khác biệt 0 băng). Kết luận hai chủng phân lập có quan hệ di truyền trực tiếp và cùng thuộc về đợt bùng phát dịch.
Quan hệ gần (closely related): Mô thức băng sai khác từ 2 đến 3 băng, giải thích bằng 1 biến cố di truyền đơn lẻ (như đột biến điểm tạo ra hoặc phá vỡ 1 vị trí cắt enzym, hoặc xen đoạn/mất đoạn nhỏ). Các chủng này được xem là các subtype khác nhau nhưng vẫn thuộc cùng một đợt bùng phát dịch.
Có thể có quan hệ (possibly related): Mô thức băng sai khác từ 4 đến 6 băng, tương ứng với 2 biến cố di truyền độc lập. Cần bổ sung thêm thông tin dịch tễ học thực địa để xác định mối liên hệ.
Khác biệt rõ rệt (different): Mô thức băng sai khác từ 7 băng trở lên, đại diện cho từ 3 biến cố di truyền độc lập trở lên. Kết luận chủng phân lập không liên quan đến đợt bùng phát dịch đang điều tra.

Tiêu chuẩn Tenover đã trở thành nền tảng vận hành của mạng lưới giám sát quốc tế PulseNet được thành lập từ năm 1996, giúp kết nối dữ liệu PFGE trong kiểm soát ngộ độc thực phẩm toàn cầu.

Phân loại giải trình tự đa locus (Multilocus Sequence Typing, MLST)

Nhằm giải quyết triệt để vấn đề so sánh dữ liệu giữa các phòng xét nghiệm khác nhau vốn là hạn chế lớn của các phương pháp đọc băng gel như PFGE, Maiden và cộng sự (1998) đã phát minh phương pháp MLST trên đối tượng vi khuẩn Neisseria meningitidis. Phương pháp dựa trên nguyên lý giải trình tự nucleotide của các đoạn gen giữ nhà thiết yếu, vốn biến đổi chậm theo thời gian và chịu áp lực chọn lọc ổn định.

Quy trình MLST chuẩn hóa bao gồm việc khuếch đại và giải trình tự các đoạn DNA nội tại dài từ 450 đến 500 bp (trong nghiên cứu gốc khoảng 470 bp) của 6 đến 7 locus gen giữ nhà. Mỗi chuỗi trình tự nucleotide duy nhất tại một locus được gán một số nguyên đại diện cho alen đó. Tổ hợp các số hiệu alen tại tất cả các locus được phân tích tạo thành hồ sơ alen đặc thù, từ đó xác định một kiểu trình tự (Sequence Type, ST). Các kiểu trình tự có chung phần lớn các alen được gom cụm thành các phức hợp dòng (Clonal Complex, CC).

Ưu thế vượt trội của MLST là tính lưu chuyển dữ liệu số hoàn hảo (digital portability). Kết quả giải trình tự nucleotide là dữ liệu tuyệt đối, có thể lưu trữ, đối chiếu và chia sẻ trực tiếp thông qua các cơ sở dữ liệu mở trực tuyến toàn cầu mà không bị ảnh hưởng bởi sự khác biệt về hóa chất, thiết bị hay người đọc kết quả.

Phân tích số lượng lặp lại biến đổi theo locus (MLVA)

Kỹ thuật MLVA (Multiple-Locus Variable-number tandem repeat Analysis) dựa trên sự đa dạng về số lượng các đơn vị lặp lại nối tiếp nhau (VNTR) tại nhiều vị trí trên hệ gen. Do các vùng lặp này có tốc độ đột biến cao hơn các gen giữ nhà nhờ cơ chế trượt sợi trong quá trình sao chép DNA, MLVA mang lại lực phân biệt cực cao. Kỹ thuật này đặc biệt hữu ích để phân loại các loài vi khuẩn có tính đồng nhất di truyền rất cao mà PFGE hoặc MLST không thể phân biệt sâu, chẳng hạn như Bacillus anthracis, Mycobacterium tuberculosis hay các serovar đồng nhất của Salmonella.

Ribotyping và phân tích đa hình cắt giới hạn (RFLP)

Ribotyping sử dụng đầu dò lai phân tử gắn tín hiệu để nhận diện các đoạn cắt giới hạn chứa các gen mã hóa 16S rRNA và 23S rRNA cùng vùng đệm liên gen. Do các gen ribosome hiện diện ở nhiều bản sao rải rác trên nhiễm sắc thể vi khuẩn, phép lai tạo ra các mô thức băng đặc trưng cho từng chủng. Ribotyping có ưu điểm về độ lặp lại rất cao và có thể tự động hóa hoàn toàn, tuy nhiên lực phân biệt thường thấp hơn PFGE. Phương pháp IS6110-RFLP cũng từng đóng vai trò chuẩn mực trong giám sát dịch tễ học bệnh lao trong nhiều năm.

Bảng so sánh toàn diện các phương pháp định danh chủng

Hiệu năng và tính khả thi của các phương pháp định type vi sinh vật phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu, nguồn lực phòng xét nghiệm và bối cảnh dịch tễ học lâm sàng:

Phương pháp	Bản chất kỹ thuật	Lực phân biệt	Độ lặp lại	Tính lưu chuyển dữ liệu	Thời gian và chi phí	Phạm vi ứng dụng tối ưu
Định type huyết thanh (Serotyping)	Phản ứng kháng nguyên - kháng thể bề mặt	Trung bình	Khá	Trung bình	Nhanh, chi phí thấp	Sàng lọc phân loại ban đầu, giám sát dịch tễ cộng đồng
Định type phage (Phage typing)	Tính nhạy cảm ly giải với thực khuẩn thể	Trung bình	Kém đến trung bình	Kém	Trung bình, cần duy trì phage	Nghiên cứu lịch sử, giám sát chuyên biệt
Điện di trường xung (PFGE)	Cắt enzyme giới hạn hiếm và điện di đảo chiều	Rất cao	Tốt	Trung bình (cần phần mềm chuẩn hóa)	Chậm, chi phí trung bình	Điều tra ổ dịch bùng phát cấp tính tại bệnh viện và thực phẩm
Giải trình tự đa locus (MLST)	Giải trình tự chuỗi nucleotide từ 6 đến 7 gen giữ nhà	Cao	Rất tốt	Rất cao (cơ sở dữ liệu toàn cầu)	Trung bình, chi phí vừa phải	Nghiên cứu tiến hóa, giám sát dịch tễ học dài hạn toàn cầu
Phân tích số đoạn lặp (MLVA)	Khuếch đại PCR các vùng lặp song song VNTR	Rất cao	Tốt	Cao (dạng số nguyên lặp)	Nhanh, chi phí vừa phải	Phân biệt các chủng có hệ gen bảo thủ cao trong vụ dịch
Giải trình tự toàn bộ hệ gen (WGS)	Giải trình tự toàn bộ DNA hệ gen thế hệ mới	Tối thượng	Rất tốt	Rất cao (chuẩn hóa tin sinh học)	Chi phí đầu tư cao, giảm dần	Điều tra ổ dịch chính xác cao, giám sát kháng thuốc toàn diện

Tiêu chí đánh giá hiệu năng kỹ thuật định type

Để đảm bảo kết quả phân loại chủng có giá trị khoa học và phục vụ hiệu quả cho can thiệp y tế công cộng, Tổ chức Nghiên cứu Dấu ấn Dịch tễ Châu Âu ESGEM (Struelens, 1996; van Belkum và cs., 2007) đã quy định hệ thống các tiêu chí đánh giá nghiêm ngặt:

Khả năng định type (Typeability): Là tỷ lệ phần trăm các chủng vi sinh vật được đưa vào thử nghiệm cho kết quả phân loại rõ ràng và hợp lệ. Một hệ thống định type lý tưởng phải có khả năng định type đạt từ 95% đến 100%.
Độ lặp lại (Reproducibility): Là tỷ lệ phần trăm các lần thử nghiệm độc lập trên cùng một chủng vi khuẩn tạo ra kết quả giống hệt nhau. Theo hướng dẫn ESGEM, độ lặp lại cần đạt từ 95% trở lên để loại trừ sai số thực nghiệm.
Tính ổn định sinh học (Stability): Thể hiện sự bền vững của các dấu ấn kiểu hình hoặc kiểu gen theo thời gian và qua các thế hệ phân chia tế bào cả trong điều kiện bảo quản phòng xét nghiệm và trong quá trình lây truyền tự nhiên.
Lực phân biệt (Discriminatory power): Thể hiện năng lực của phương pháp trong việc phân biệt hai chủng vi khuẩn không liên quan dịch tễ học thành hai kiểu type khác nhau. Hunter và Gaston (1988) đã thiết lập chỉ số phân biệt định lượng dựa trên chỉ số đa dạng Simpson:
$D = 1 - \frac{1}{N(N - 1)} \sum_{i=1}^{s} n_i(n_i - 1)$
Trong công thức trên, các đại lượng được định nghĩa như sau:
- $D$ là chỉ số phân biệt Hunter-Gaston biểu thị xác suất hai chủng vi sinh vật ngẫu nhiên không có liên hệ dịch tễ được phân loại vào hai kiểu type khác nhau.
- $N$ là tổng số chủng vi sinh vật được phân tích trong quần thể mẫu thử nghiệm.
- $s$ là tổng số kiểu type khác nhau được phát hiện trong quần thể.
- $n_i$ là số lượng chủng vi sinh vật thuộc về kiểu type thứ $i$ .
Hunter và Gaston (1988) khuyến cáo rằng chỉ số phân biệt $D$ cần đạt giá trị lớn hơn 0.90 hoặc tiệm cận 0.95 để phương pháp định type được coi là đáng tin cậy trong điều tra dịch tễ học.
Sự phù hợp dịch tễ (Epidemiologic concordance): Năng lực của phương pháp trong việc gộp chính xác các chủng phân lập có quan hệ dịch tễ học đã được xác minh trên thực địa vào cùng một nhóm phân loại.

Ứng dụng trong điều tra dịch tễ và giám sát kháng thuốc tại Việt Nam

Tại Việt Nam, gánh nặng nhiễm khuẩn bệnh viện và sự lan rộng của các vi khuẩn đề kháng kháng sinh đang là thách thức nghiêm trọng đối với hệ thống y tế điều trị. Việc triển khai các kỹ thuật phân loại chủng đóng vai trò quyết định trong việc bảo vệ an toàn người bệnh và tối ưu hóa nguồn lực kiểm soát nhiễm khuẩn:

Tại các khoa lâm sàng có nguy cơ cao như khoa Hồi sức tích cực, khoa Hồi sức sơ sinh và khoa Bỏng, các vi sinh vật Gram âm đa kháng và toàn kháng như Acinetobacter baumannii, Klebsiella pneumoniae và Pseudomonas aeruginosa cùng với cầu khuẩn Staphylococcus aureus kháng methicillin thường xuyên gây ra các vụ bùng phát nhiễm khuẩn liên quan đến chăm sóc y tế. Bằng việc phân loại chủng, các nhà vi sinh lâm sàng có thể chứng minh các ca bệnh xuất phát từ một dòng vi khuẩn lây truyền chéo qua bàn tay của nhân viên y tế, hệ thống ống nội khí quản hoặc thiết bị máy thở dùng chung, từ đó thiết lập ngay các biện pháp khử khuẩn và cách ly tập trung.

Bên cạnh đó, phân loại chủng bằng MLST và giải trình tự gen cho phép Việt Nam tham gia vào mạng lưới giám sát toàn cầu đối với các dòng vô tính nguy cơ cao:

Theo dõi sự xâm nhập và lưu hành của dòng vi khuẩn Escherichia coli ST131 sản sinh men beta-lactamase phổ rộng gây nhiễm khuẩn đường tiết niệu và nhiễm khuẩn huyết kháng đa thuốc.
Giám sát các dòng vô tính Klebsiella pneumoniae ST11 và ST258 mang các gen sinh carbapenemase nguy hiểm dẫn đến thất bại điều trị bằng kháng sinh nhóm carbapenem.
Đánh giá sự lan tràn của các phức hợp dòng vô tính quốc tế CC1 và CC2 của vi khuẩn Acinetobacter baumannii đề kháng gần như toàn bộ các kháng sinh hiện có trong phác đồ điều trị hồi sức.

Trong khuôn khổ chiến lược tiếp cận Một sức khỏe (One Health), phân loại chủng phân tử còn đóng vai trò kết nối giữa dịch tễ học người, thú y và môi trường nông nghiệp. Việc phân loại và đối chiếu các chủng vi khuẩn phân lập từ gia súc, gia cầm, chuỗi cung ứng thịt và thủy sản với các chủng phân lập từ bệnh nhân giúp làm sáng tỏ nguồn gốc truyền lây của các mầm bệnh truyền qua thực phẩm và kiểm soát việc lạm dụng kháng sinh trong chăn nuôi.

Thách thức và xu hướng ứng dụng giải trình tự toàn bộ hệ gen (WGS)

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ giải trình tự hệ gen thế hệ mới đang thúc đẩy quá trình chuyển đổi mô hình từ các kỹ thuật định type truyền thống sang giải trình tự toàn bộ hệ gen (Whole Genome Sequencing, WGS). Với khả năng giải mã toàn bộ hệ gen vi khuẩn, WGS mang lại độ phân giải tối thượng mà không phương pháp nào trước đây đạt được.

Xu hướng ứng dụng WGS thể hiện rõ nét qua hai cách tiếp cận chính:

MLST mở rộng quy mô hệ gen (cgMLST và wgMLST): Mở rộng nguyên lý MLST từ 6 hoặc 7 locus ban đầu lên quy mô phân tích đồng thời từ 1500 đến 3000 locus gen lõi (core-genome MLST, cgMLST) hoặc toàn bộ các locus hệ gen (whole-genome MLST, wgMLST). Cách tiếp cận này duy trì tính chuẩn hóa danh mục alen của MLST nhưng mang lại độ phân giải phân tách chủng tương đương với việc so sánh toàn bộ hệ gen.
Phân tích đa hình đơn nucleotide (Single Nucleotide Polymorphism, SNP): Bằng cách so sánh trực tiếp các biến dị nucleotide đơn lẻ trên hệ gen lõi so với một hệ gen tham chiếu, phương pháp phân tích SNP cho phép phân biệt các chủng chỉ sai khác nhau một vài nucleotide, qua đó tái dựng chi tiết cây phả hệ vi mô và xác định chính xác các mắt xích truyền bệnh trực tiếp từ người sang người.
Đặc trưng hóa toàn diện từ một lần chạy: Dữ liệu WGS cho phép trích xuất đồng thời thông tin định danh loài, phân loại chủng, hồ sơ gen kháng thuốc và các yếu tố độc lực, thay thế hoàn toàn hàng loạt thử nghiệm sinh học đơn lẻ tốn thời gian.

Mặc dù sở hữu tiềm năng vượt trội, việc triển khai WGS đại trà tại các cơ sở y tế vẫn đối mặt với những rào cản đáng kể. Kỹ thuật đòi hỏi năng lực tính toán hiệu năng cao và đội ngũ nhân lực tin sinh học chuyên sâu để xử lý dữ liệu giải trình tự thô. Chi phí đầu tư máy móc và hóa chất xét nghiệm ban đầu vẫn là gánh nặng đối với các bệnh viện tuyến dưới. Thêm vào đó, việc thiết lập các ngưỡng cắt sai khác nucleotide chuẩn hóa cho từng loài vi sinh vật đòi hỏi nghiên cứu dịch tễ học sâu rộng do tốc độ đồng hồ phân tử tiến hóa giữa các loài có sự chênh lệch lớn.

Trong tương lai, sự kết hợp giữa công nghệ giải trình tự đọc ngắn có độ chính xác cao và công nghệ giải trình tự đọc dài thời gian thực sẽ cho phép lắp ráp hoàn chỉnh nhiễm sắc thể và các plasmid kháng thuốc di động trong thời gian rất ngắn ngay trong quá trình xử lý ổ dịch. Sự tích hợp này hứa hẹn đưa phân loại chủng thời gian thực trở thành công cụ phòng thủ đắc lực trước các mối đe dọa dịch bệnh mới nổi.