Giải mã ADN: Hành trình đưa liệt sĩ trở về: Bài 2: Công nghệ NGS-SNP: Khi thuật toán "đánh thức" dấu vết di truyền mong manh
Nằm sâu trong lòng đất suốt nhiều thập kỷ dưới tác động khắc nghiệt của khí hậu nhiệt đới, phần lớn hài cốt liệt sĩ đã rơi vào tình trạng thoái hóa di truyền nghiêm trọng. ADN bị đứt gãy thành những mảnh cực ngắn, lẫn tạp chất và ADN của vi sinh vật thổ nhưỡng - từng được xem là "bức tường vô hình" đối với các phương pháp giám định truyền thống.
Sự xuất hiện của công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới kết hợp chỉ thị đa hình đơn nucleotide (NGS-SNP - Next Generation Sequencing - Single Nucleotide Polymorphism) đang tạo nên một bước ngoặt cách mạng, mở ra hy vọng trả lại tên cho hàng trăm nghìn liệt sĩ còn thiếu thông tin trên cả nước.
Để làm rõ bản chất khoa học, năng lực làm chủ công nghệ của Việt Nam và tầm nhìn từ việc xây dựng Ngân hàng Gene Quốc gia, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã có cuộc trao đổi chuyên sâu với PGS. TS. Phí Quyết Tiến, Viện trưởng Viện Sinh học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam - VAST), Chuyên gia cao cấp trong lĩnh vực giám định ADN hài cốt liệt sĩ.
Phóng viên: Thưa PGS. TS. Phí Quyết Tiến, Việc giám định ADN thông thường được hình dung khá đơn giản: Đưa mẫu vào máy phân tích và chờ nhận kết quả. Tuy nhiên, với những mẫu hài cốt đã nằm dưới lòng đất có khi đến hơn nửa thế kỷ, quy trình thực tế trong phòng thí nghiệm diễn ra như thế nào?
PGS. TS. Phí Quyết Tiến: Giải trình tự gen chỉ là một công đoạn trong cả một chuỗi quy trình khép kín. Với mẫu hài cốt lâu năm, thách thức lớn nhất không nằm ở việc "đọc" máy, mà nằm ở bài toán: Làm thế nào để tách lọc được tín hiệu di truyền thực sự của liệt sĩ ra khỏi một "mê cung" tạp chất và nhiễu dữ liệu?
Các mẫu xương không chỉ thoái hóa
mà còn bị xâm nhập nặng nề bởi ADN của vi khuẩn, nấm, vi sinh vật thổ nhưỡng và chất humic trong đất.
Sau hàng chục năm vùi lấp dưới lòng đất, mẫu xương không chỉ thoái hóa mà còn bị xâm nhập nặng nề bởi ADN của vi khuẩn, nấm, vi sinh vật thổ nhưỡng và chất humic trong đất.
Khó khăn không nằm ở việc “đọc” ADN
mà là làm thế nào để tìm ra tín hiệu di truyền thực sự giữa một lượng dữ liệu rất phức tạp
Đồng thời, ADN của người quá cố đã bị đứt gãy thành vô số mảnh nhỏ, tạo ra hiện tượng sai lệch hoặc lặp lại chuỗi nucleotide.
Nếu chỉ áp dụng phương pháp lặp lại chuỗi ngắn (Short Tandem Repeat - STR) truyền thống, chúng ta gần như không thể phân biệt đâu là thông tin di truyền thật sự, đâu là nhiễu từ môi trường.
Chính vì vậy, công nghệ NGS-SNP không thể tách rời hệ thống phần mềm tin sinh học (Bioinformatics) chuyên sâu. Các thuật toán phân tích đóng vai trò như một "bộ lọc thời gian" thông minh, loại bỏ hàng triệu tín hiệu nhiễu để khôi phục dấu vết di truyền quý giá.
Công nghệ NGS-SNP không chỉ giúp đọc được ADN đã tổn thương, mà quan trọng hơn là giúp chúng ta hiểu được thông tin còn lại trong những dấu vết ADN mong manh ấy
PGS. TS. Phí Quyết Tiến, Viện trưởng Viện Sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Quy trình này đòi hỏi phải trải qua 3 tầng phân tích khắt khe:
Tầng 1 - Tách lọc nguồn gốc sinh học: So sánh toàn bộ chuỗi dữ liệu thu được với hệ gen tham chiếu chuẩn của người (Human Reference Genome) để loại bỏ sạch các đoạn ADN ngoại lai từ vi sinh vật và môi trường.
Tầng 2 - Tái tạo và lắp ghép phân đoạn: Dùng phần mềm chuyên dụng để căn chỉnh, ghép nối các đoạn đọc ngắn (short reads), xử lý các điểm đứt gãy và hiệu chỉnh sai số trong quá trình giải trình tự.
Tầng 3 - Định kiểu gen (Genotyping) bằng mô hình xác suất: Xác định chính xác đây là biến thể di truyền SNP thực sự của cá thể hay chỉ là đột biến ngẫu nhiên/lỗi kỹ thuật.
Đây là khâu đặc biệt quan trọng, bởi với các mẫu ADN có hàm lượng vết, chỉ một sai lệch nhỏ ở tầng này cũng có thể làm sai lệch toàn bộ kết luận huyết thống.
Phóng viên: Điểm bứt phá được giới khoa học đánh giá cao nhất ở NGS-SNP là khả năng "phá vỡ giới hạn dòng mẹ" của phương pháp ADN ty thể trước đây. Ý nghĩa thực tiễn của bước tiến này trong công tác tìm kiếm danh tính liệt sĩ là gì, thưa ông?
PGS. TS. Phí Quyết Tiến: Đây chính là "chìa khóa" mở ra hy vọng cho hàng chục nghìn gia đình. Trước đây, phương pháp phân tích ADN ty thể (mtDNA) chỉ di truyền theo dòng ngoại (mẹ truyền cho con). Việc đối chiếu chỉ thành công khi chúng ta thu thập được mẫu của mẹ ruột, chị em cùng mẹ hoặc cháu ngoại theo dòng nữ. Nhưng chiến tranh đã lùi xa hơn 50 năm, hầu hết các bà mẹ Việt Nam và thế hệ thân nhân trực hệ đều đều đã qua đời. Nhiều trường hợp dù tìm thấy hài cốt nhưng đành bất lực vì "trắng" mẫu đối chứng dòng mẹ.
Bằng việc phân tích đồng thời hơn 5.400 chỉ thị SNP trên hệ gen nhân, công nghệ NGS-SNP cho phép khai thác thông tin di truyền tổng hợp từ cả cha và mẹ. Nhờ đó, phạm vi đối chiếu quan hệ huyết thống được mở rộng vượt bậc:
- Không chỉ dừng ở quan hệ trực hệ (Cha/Mẹ - Con; Anh/Chị/Em ruột).
- Mở rộng sang quan hệ thế hệ: Ông/Bà - Cháu.
- Mở rộng sang dòng nội và họ hàng xa: Cô, Dì, Chú, Bác - Cháu; Anh/Chị/Em họ; thậm chí các nhánh họ hàng xa đến thế hệ thứ ba, thứ tư.
Phóng viên: Ông có thể đưa ra ví dụ...?
PGS. TS. Phí Quyết Tiến: Đợt thử nghiệm tại Nghĩa trang Liệt sĩ Trà Lĩnh (Cao Bằng) năm 2025 là một minh chứng lịch sử. Thổ nhưỡng và khí hậu tại đây khiến các mẫu hài cốt bị phân hủy cực kỳ nghiêm trọng, hầu như không còn nguyên vẹn.
Khi áp dụng quy trình chiết xuất và làm sạch chuyên biệt do Viện Sinh học tối ưu hóa, chúng tôi đã thu được dữ liệu SNP đạt chuẩn chất lượng ở 54/58 mẫu, đạt tỷ lệ thành công 93%. Nếu dùng công nghệ STR hay ADN ty thể cũ, tỷ lệ này gần như bằng 0. Ngay trong giai đoạn 1, khi đối sánh với dữ liệu của 14 gia đình thân nhân, chúng tôi đã xác định chính xác danh tính cho 2 liệt sĩ.
Cần lưu ý rằng, các mẫu chưa khớp nối không phải do công nghệ thất bại, mà đơn giản là vì chúng ta chưa có mẫu ADN thân nhân tương ứng trong cơ sở dữ liệu để so sánh.
Phóng viên: Được biết, trong khuôn khổ hợp tác với Ủy ban Quốc tế về Người Mất tích (ICMP) và tài trợ từ USAID (Hoa Kỳ), Viện Sinh học đã đạt được một số bước tiến về mặt kỹ thuật. Ông có thể chia sẻ cụ thể hơn?
PGS.TS. Phí Quyết Tiến: Qua hợp tác quốc tế, các nhà khoa học của Viện Sinh học đã tối ưu hóa thành công 2 quy trình tách chiết ADN chuyên biệt, giúp nâng hiệu suất thu hồi ADN nhân đối với mẫu xương mục nát từ 22% lên khoảng 80%. Đây là chỉ số hiệu suất rất cao, ngay cả các phòng thí nghiệm tiên tiến trên thế giới cũng gặp nhiều thách thức khi xử lý các mẫu hài cốt trong điều kiện nhiệt đới gió mùa như Việt Nam.
Đặc biệt, "Chiến dịch 500 ngày đêm đẩy mạnh tìm kiếm, quy tập và xác định danh tính hài cốt liệt sĩ" do Ban Chỉ đạo quốc gia phát động chính là "cú hích chiến lược" để hiện đại hóa toàn diện hạ tầng công nghệ sinh học đất nước:
Hạ tầng công nghệ quy mô lớn: Hướng tới mục tiêu xử lý hàng trăm nghìn mẫu hài cốt đến năm 2030, Nhà nước sẽ đầu tư hệ thống giải trình tự NGS-SNP đồng bộ cho 5 đơn vị giám định trọng điểm quốc gia. Đây là chương trình đầu tư công nghệ gen quy mô chưa từng có.
Phát triển nguồn nhân lực: Đào tạo một lực lượng chuyên gia giỏi về sinh học phân tử và tin sinh học (Bioinformatics). Đội ngũ này sau chiến dịch sẽ là nòng cốt phục vụ Y học chính xác (Precision Medicine), giám định pháp y và nghiên cứu đa dạng di truyền quốc gia.
Chuẩn hóa quốc tế: Toàn bộ hệ thống phòng thí nghiệm được chuẩn hóa theo chuẩn ISO/IEC 17025, sẵn sàng chuyển giao công nghệ và kết nối mạng lưới giám định ADN toàn quốc.
Phóng viên: Nhưng thưa ông, dù công nghệ có hiện đại đến đâu, nếu không có "mẫu đối chứng" thì câu trả lời vẫn khá mờ mịt. Vai trò của Ngân hàng Gene Quốc gia về thân nhân liệt sĩ có ý nghĩa quyết định ra sao trong chiến dịch này?
PGS. TS. Phí Quyết Tiến: Trong khoa học di truyền, công nghệ hiện đại là điều kiện cần, còn cơ sở dữ liệu đối chứng là điều kiện đủ. Một bản đồ gen hài cốt dù được giải mã hoàn hảo đến đâu cũng chỉ là một chuỗi ký tự vô danh nếu không có dữ liệu ADN thân nhân để khớp nối.
Bài học giai đoạn 2019-2021 cho thấy: Trong hơn 4.000 mẫu hài cốt tiếp nhận, hàng nghìn mẫu đã giải mã xong đành phải "nằm đợi" trong máy tính chỉ vì thiếu thông tin sinh học từ phía gia đình.
Việc Bộ Công an chủ trì xây dựng Ngân hàng Gene Quốc gia về thân nhân liệt sĩ chính là mảnh ghép chiến lược còn thiếu. Ý nghĩa lớn nhất của Ngân hàng Gene không chỉ dừng ở các con số lưu trữ, mà là "lưu giữ hy vọng".
Mỗi mẫu máu, mẫu nước bọt của người thân được thu thập hôm nay sẽ trở thành dữ liệu số hóa vĩnh cửu. Ngay cả khi người thân qua đời, dữ liệu đó vẫn nằm trong hệ thống, sẵn sàng khớp nối tự động khi tìm thấy hài cốt trong tương lai.
Hợp tác quốc tế trong việc nâng cao năng lực giám định hài cốt trong chiến tranh
Phóng viên: Nhìn lại hành trình làm chủ công nghệ đầy gian khó này, theo ông, di sản lớn nhất mà các nhà khoa học Việt Nam để lại là gì?
PGS. TS. Phí Quyết Tiến: Sau những giọt nước mắt nghẹn ngào ngày đoàn tụ của các gia đình liệt sĩ, tôi cho rằng hành trình này để lại ba giá trị di sản trường tồn:
Thứ nhất, cơ sở dữ liệu ADN thân nhân quy mô quốc gia được chuẩn hóa, số hóa bảo mật, phục vụ công tác tri ân lâu dài qua nhiều thế hệ.
Thứ hai, năng lực công nghệ tự chủ hoàn toàn. Chúng ta không chỉ mua máy móc về vận hành, mà đã hoàn toàn làm chủ thuật toán, quy trình xử lý mẫu khó và mô hình toán - thống kê huyết thống.
Thứ ba, giá trị cốt lõi nhất: Con người. Thiết bị có thể lạc hậu theo thời gian, nhưng đội ngũ các nhà khoa học trẻ tâm huyết, làm việc bằng cả trí tuệ và trái tim tri ân, sẽ là nền tảng đưa công nghệ sinh học Việt Nam tự tin vươn tầm thế giới.
Phóng viên: Xin trân trọng cảm ơn ông!
Thực hiện: Lê Hạnh - Vân Nga - Thanh Trúc - Linh Chi - Ngọc Mai
Trình bày: Dương Linh
