Gen và chiều cao

Phóng to

Đồ họa: Hồng Quân

Tôi cao 175cm. Bạn tôi có chiều cao 177cm. Một người bạn khác cùng tuổi có chiều cao thấp hơn (170cm). Tại sao có những khác biệt này trong khi chúng tôi cùng độ tuổi và đều là những người sinh ra và lớn lên ở Việt Nam?

Câu trả lời hiển nhiên nhất có lẽ là ở cha mẹ mỗi người: chúng tôi không có liên hệ huyết thống gì với nhau. Câu trả lời đó cũng hàm ý những khác biệt về chiều cao là do yếu tố di truyền định đoạt. Nhưng ngoài di truyền còn có yếu tố môi trường cũng ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình tăng trưởng chiều cao của một cá nhân và một quần thể.

Yếu tố di truyền và dinh dưỡng

Rất nhiều nghiên cứu trong quá khứ (kể cả nghiên cứu của chúng tôi) cho thấy di truyền là yếu tố rất quan trọng. Một trong những chứng cứ thuyết phục nhất về ảnh hưởng của di truyền là nghiên cứu sinh đôi. Có hai nhóm cặp sinh đôi: những cặp sinh đôi mà trong đó hai người đều có gen giống nhau 100% (gọi là monozygotic twin - MZ), và những cặp mà trong đó gen của hai người chỉ giống nhau 50% (dizygotic twin - DZ).

Tất cả các nghiên cứu đều cho thấy mối tương quan về chiều cao ở những cặp sinh đôi MZ đều cao gấp hai lần so với những cặp sinh đôi DZ. Có thể ước tính rằng yếu tố di truyền giải thích khoảng 80% những khác biệt về chiều cao giữa các cá nhân người châu Âu, và 65% giữa những cá nhân người châu Á.

Nhưng ngoài yếu tố di truyền ra, các yếu tố khác cũng có thể ảnh hưởng đến chiều cao của một cá nhân, nhất là dinh dưỡng và luyện tập thể dục. Một trong những xu hướng khác biệt mà những ai định cư ở nước ngoài đều thấy là thế hệ người Việt lớn lên ở nước ngoài cao hơn cha ông họ trước đây ở Việt Nam. Nghiên cứu ở Trung Quốc cũng cho thấy chiều cao thiếu niên Trung Quốc tăng khoảng 1,7cm trong 10 năm.

Mới đây, một tổng quan khác của TJ Cole (người chuyên nghiên cứu chiều cao) cho biết trong vòng 40 năm (1950-1990), chiều cao thanh niên Nhật chỉ tăng 4cm. Ở Mỹ, một nghiên cứu công phu có tên là Fels Study cho thấy sau 50 năm, chiều cao người Mỹ chỉ tăng 4,8cm. Những biến chuyển về chiều cao này chủ yếu là do dinh dưỡng tốt hơn. Những dữ liệu này cho chúng ta biết ngoài yếu tố di truyền, các yếu tố về dinh dưỡng đóng vai trò quan trọng trong việc cải tiến chiều cao của một cộng đồng, dân tộc. Nhưng ảnh hưởng của yếu tố dinh dưỡng có phần thấp hơn ảnh hưởng của di truyền.

Tìm gen: hành trình “mò kim đáy biển”

Đánh giá mức độ ảnh hưởng của yếu tố di truyền tương đối dễ, nhưng tìm những gen cụ thể có liên quan hay ảnh hưởng đến chiều cao là một thách thức lớn đến y học hiện đại. Trong cơ thể của con người có khoảng 22.000-25.000 gen trong mỗi tế bào. Mỗi gen được cấu tạo từ những chuỗi ADN với bốn mẫu tự A, G, C, T lặp đi lặp lại nhiều lần. Mỗi tế bào của chúng ta có khoảng 3 tỉ mẫu tự ADN. Một chuỗi ADN ngắn tạo thành một marker thường được gọi là SNP (single nucleotide polymorphisms). Mỗi tế bào có khoảng 10 triệu SNP.

Vấn đề đặt ra là tìm những SNP nào có liên quan đến chiều cao - một việc chẳng khác gì “mò kim đáy biển”. Hiện nay, chúng ta chưa có điều kiện tài chính và công nghệ để phân tích 10 triệu SNP cho một cá nhân nên khoa học phải tìm “đường tắt”. Thay vì phân tích 10 triệu SNP, các nhà khoa học có thể “lấy mẫu” khoảng vài trăm ngàn đến 1 triệu SNP để phân tích và qua đó có thể phát hiện gen quan trọng.

Qua con đường tắt trên, việc “mò gen” đó sắp trở thành sự thật chứ không còn là viễn tưởng. Những ngành khoa học đóng góp lớn vào việc tìm gen là công nghệ sinh học, thống kê học và máy tính công suất cao. Với công nghệ sinh học hiện đại, chúng ta có thể phân tích hàng triệu marker cùng một lúc từ mẫu máu của một cá nhân (trước đây chỉ phân tích mỗi SNP một lần). Khoa học thống kê giúp việc xử lý và phân tích hàng triệu dữ liệu của một cá nhân hữu hiệu hơn và giúp khám phá gen. Nhưng dù có công nghệ sinh học và khoa học thống kê mà không có máy tính công suất lớn thì những dữ liệu cũng chỉ là những con số và mẫu tự vô hồn.

Một trong những mô hình tìm gen hữu hiệu nhất hiện nay là nghiên cứu tương quan toàn bộ nhiễm sắc thể (genomewide association study - viết tắt là GWAS). Với mô hình GWAS, các nhà khoa học có thể phân tích từ 200.000-1 triệu SNP cho mỗi cá nhân. Sau đó, dùng các phương pháp thống kê để tìm những SNP thật sự có liên quan đến chiều cao. Trong trường hợp tìm gen ảnh hưởng đến bệnh, các nhà khoa học so sánh 1 triệu SNP giữa nhóm mắc bệnh và nhóm không mắc bệnh để nhận dạng SNP nào có liên quan đến bệnh.

Trong thời gian 10 năm qua, đã có rất nhiều nghiên cứu GWAS được thực hiện và hàng ngàn gen được khám phá liên quan đến chiều cao con người. Theo danh sách của OMIM (thư viện về gen ở người) thì hiện nay có 241 vùng ADN có liên quan đến chiều cao, nhưng kết quả ba nghiên cứu GWAS quy mô nhất cho thấy chỉ có 54 SNP thật sự có ảnh hưởng đến chiều cao. Đó là một tin mừng.

Những câu hỏi

Nhưng bên cạnh tin mừng là một tin xấu: những SNP/gen đó có ảnh hưởng rất khiêm tốn đến chiều cao. Ở trên tôi đề cập rằng yếu tố di truyền giải thích khoảng 65-80% những khác biệt về chiều cao giữa các cá nhân. Câu hỏi đặt ra là những gen mới khám phá giải thích bao nhiêu phần trăm những khác biệt về chiều cao trong một quần thể? Rất nhiều phân tích thống kê, từ đơn giản đến phức tạp, cho thấy tất cả những gen phát hiện gần đây chỉ giải thích khoảng 5%, thậm chí 3%!

Những tính toán này làm rất nhiều nhà nghiên cứu di truyền học ngạc nhiên. Nếu những ước tính này là đúng (và chúng ta không có lý do nói sai!) thì điều này cho thấy gen có ảnh hưởng rất khiêm tốn đến chiều cao. Mức độ khác biệt giữa các cá nhân với khác biến thể của gen chỉ dao động trong khoảng 3-5mm. Với mức độ ảnh hưởng như thế, không ai có thể tự tin dùng gen để tiên lượng chiều cao của một cá nhân.

Không chỉ gen chiều cao mà ngay cả gen mật độ xương (vốn có mối tương quan cao với chiều cao) cũng có độ ảnh hưởng/tương quan rất khiêm tốn. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy với 56 gen, chúng tôi cũng chỉ giải thích <5% độ khác biệt về mật độ xương giữa các cá nhân. Với những ảnh hưởng như thế, không ai dám nghĩ đến việc “cải tạo giống nòi” (chưa nói đến “giống nòi” là một khái niệm quá trừu tượng cho khoa học).

Gen tiên lượng bệnh?

Những ai nghiên cứu về gen đều hi vọng sẽ dùng gen trong việc tiên lượng, chẩn đoán và điều trị bệnh tật mãn tính. Trong thực tế, nhiều thành quả đã thu được từ công trình giải mã gen. Chẳng hạn, các nhà khoa học có thể giải mã tất cả các gen trong một cá nhân với bệnh ung thư vú để biết được đột biến của gen nào liên quan đến bệnh.

Các nhà khoa học hi vọng sẽ sử dụng gen để tiên đoán bệnh sớm hơn (ngay từ lúc mới sinh), và quyết định một cá nhân nên dùng thuốc nào để giảm thiểu phản ứng phụ của thuốc trong điều trị. Đó là một viễn cảnh có thể nói là đẹp. Tuy nhiên cho đến nay, dù với hàng ngàn gen đã được khám phá có liên quan đến các bệnh như ung thư, tiểu đường, đột quỵ, loãng xương... nhưng chưa thể dùng những gen này để tiên đoán bệnh. Viễn cảnh “y học cá nhân hóa” (personalized medicine) do đó vẫn chỉ là một giấc mơ.

Ngay cả phát hiện gen có liên quan đến bệnh tật hay chiều cao con người, việc ứng dụng phát hiện cũng đặt ra nhiều vấn đề khó khăn. Giả dụ như trong tương lai chúng ta có khả năng xác định chính xác những gen liên quan đến chiều cao thì vấn đề đặt ra là làm gì với những gen này. Không phải đơn giản thay thế gen để tăng chiều cao như khoa học giả tưởng được, bởi vì chúng ta vẫn chưa biết tất cả các mối tương tác giữa các gen và giữa gen với môi trường. Do đó, phát hiện gen là một việc khó khăn, nhưng ứng dụng gen trong thực tế còn là một thách thức lớn hơn.

Phân biệt hai yếu tố (di truyền và môi trường) có ảnh hưởng đến chiều cao có ý nghĩa quan trọng đối với chiến lược y tế. Chúng ta biết rằng rất khó, nếu không muốn nói là không thể, can thiệp vào gen để tăng chiều cao. Nhưng chúng ta có thể can thiệp bằng những biện pháp thực tế hơn như cải thiện chế độ dinh dưỡng, khuyến khích luyện tập thể lực để tăng chiều cao.