TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG
ĐẠI
HỌC
CÔNG ĐOÀN
KHOA XÃ HỘI HỌC
Môn: XÃ HỘI HỌC KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Thành tựu: Phương pháp Chuỗi phản ứng Polymerase (PCR) định lượng theo thời gian
thực (real-time Quantitative Polymerase Chain Reaction - qPCR).
SV THỰC HIỆN: NGUYỄN HÀ PHƯƠNG
LỚP: XH25B
MÃ SỐ SINH VIÊN: 224D1030372
HÀ NỘI, THÁNG 9 NĂM 2025
Đề bài: Chọn một thành tựu khoa học công nghệ và phân tích ảnh hưởng của
nó đối với xã hội.
Thành tựu: Phương pháp Chuỗi phản ứng Polymerase (PCR) định lượng theo thời gian
thực (real-time Quantitative Polymerase Chain Reaction - qPCR).
Phương pháp định lượng chuỗi phản ứng polymerase theo thời gian thực (qPCR) là một
trong những thành tựu khoa học – công nghệ nổi bật trong lĩnh vực sinh học phân tử cuối
thế kỷ 20. Kỹ thuật này cho phép định lượng chính xác DNA/RNA trong mẫu sinh học,
đồng thời rút ngắn thời gian xét nghiệm và tăng độ tin cậy của kết quả. Bài nghiên cứu
này trình bày lịch sử ra đời, cơ chế, sự khác biệt so với PCR truyền thống, tác động đối
với y học, nông nghiệp, xã hội và kinh tế. Ngoài ra, nghiên cứu cũng phân tích xu hướng
phát triển trong tương lai và minh họa trường hợp điển hình tại Việt Nam. qPCR không
chỉ là một tiến bộ công nghệ mà còn là minh chứng cho mối liên kết chặt chẽ giữa khoa
học và đời sống.
Trong thế giới ngày nay, nơi khoa học sự sống và công nghệ y học phát triển mạnh mẽ,
các công cụ sinh học phân tử đóng vai trò thiết yếu trong việc chẩn đoán, điều trị và
nghiên cứu. Một trong những thành tựu mang tính bước ngoặt, nhưng ít được công chúng
ngoài chuyên ngành biết đến là kỹ thuật Chuỗi phản ứng Polymerase (PCR) cơ bản, do
Kary Mullis phát minh vào năm 1983, đã mở ra kỷ nguyên mới cho sinh học phân tử bằng
cách cho phép khuếch đại các đoạn gen mục tiêu. Tuy nhiên, PCR truyền thống chỉ là một
phương pháp định tính, chỉ xác định sự có mặt hay vắng mặt của vật chất di truyền. Với
sự phát triển của y học lâm sàng và genomics, nhu cầu về một công cụ có khả năng định
lượng chính xác số lượng bản sao gen, virus hoặc vi khuẩn ban đầu trở nên cấp thiết. Sự
ra đời của Phương pháp Chuỗi phản ứng Polymerase Định lượng theo Thời gian thực
(qPCR) vào đầu thập niên 1990 chính là giải pháp, đánh dấu một bước chuyển mình từ
sinh học định tính sang sinh học định lượng.
Mục đích cốt lõi của qPCR là cung cấp một phương pháp như đo lường số lượng bản sao
gen ban đầu, giám sát phản ứng trong thời gian thực, loại bỏ các bước phân tích sau phản
ứng tốn thời gian như điện di trên gel, giảm thiểu nguy cơ ngoại nhiễm do không cần mở
ống phản ứng sau khi khuếch đại, tăng độ tin cậy của kết quả.
Phương pháp qPCR có lịch sử gắn liền với sự phát triển của PCR truyền thống. Năm
1983, Kary Mullis đã phát minh ra kỹ thuật PCR, mở ra một cuộc cách mạng trong sinh
học phân tử và giúp ông nhận giải Nobel Hóa học năm 1993. Bước sang đầu thập niên
1990, các nhà khoa học bắt đầu nghĩ đến việc kết hợp PCR với các chất nhuộm huỳnh
quang để theo dõi sản phẩm ngay trong quá trình khuếch đại. Năm 1993, Higuchi và cộng
sự lần đầu tiên công bố nghiên cứu về việc giám sát huỳnh quang trong PCR, đặt nền
móng cho sự ra đời của qPCR. Đến năm 1996, Heid và đồng nghiệp phát triển hệ thống
real-time PCR sử dụng probe TaqMan, một đột phá lớn trong kỹ thuật phân tích DNA.
Cùng năm, Roche giới thiệu hệ thống thương mại hóa LightCycler®, chính thức đưa
qPCR ra khỏi phòng thí nghiệm nghiên cứu và phổ biến rộng rãi hơn. Trong thập niên
2000, qPCR trở thành công cụ tiêu chuẩn trong hầu hết các phòng thí nghiệm sinh học và
y học. Đặc biệt, trong giai đoạn 2020–2022 khi đại dịch COVID-19 bùng phát, qPCR
được ứng dụng toàn cầu như tiêu chuẩn vàng để xét nghiệm SARS-CoV-2, góp phần
quyết định trong công tác phòng chống dịch bệnh.
Phương pháp PCR truyền thống và qPCR đều dựa trên nguyên lý nhân bản DNA thông
qua các chu kỳ nhiệt, nhưng sự khác biệt lớn nhất nằm ở cách thức phát hiện và xử lý kết
quả. Với PCR truyền thống, sản phẩm DNA chỉ có thể được quan sát sau khi toàn bộ quá
trình phản ứng kết thúc, thường thông qua bước điện di trên gel agarose để tách và phát
hiện. Điều này khiến phương pháp trở nên mất thời gian, chỉ cho kết quả định tính và khó
xác định chính xác số lượng DNA ban đầu. Ngược lại, qPCR sử dụng các chất nhuộm
huỳnh quang hoặc probe đặc hiệu để phát tín hiệu trong suốt quá trình nhân bản, cho phép
máy ghi nhận và phân tích dữ liệu theo thời gian thực. Nhờ vậy, qPCR không chỉ nhanh
hơn mà còn có thể định lượng chính xác số bản sao DNA, thậm chí phát hiện được những
mẫu có nồng độ rất thấp mà PCR truyền thống khó xác định. Ngoài ra, qPCR loại bỏ nhu
cầu điện di sau phản ứng, giúp giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm và sai số. Chính những ưu
điểm này đã khiến qPCR trở thành công cụ vượt trội, mở rộng phạm vi ứng dụng trong
nghiên cứu và y học chẩn đoán so với PCR truyền thống vốn chỉ đáp ứng được một phần
nhu cầu phân tích sinh học phân tử.
qPCR không phải là một phát minh đơn lẻ mà là một sự tiến hóa kỹ thuật, được ghi nhận
xuất hiện vào khoảng năm 1992–1993, gắn liền với sự phát triển của các hệ thống đầu dò
huỳnh quang đặc hiệu như TaqMan1. Mục đích chính của qPCR là khắc phục những hạn
chế của PCR truyền thống: tính định lượng kém, tốn thời gian, và nguy cơ ngoại nhiễm
cao
Thành tựu cốt lõi của qPCR là khả năng đo lường sự tích lũy của sản phẩm DNA khuếch
đại theo cấp số nhân trong thời gian thực. Điều này không chỉ cung cấp thông tin về sự
hiện diện mà còn tính toán được chính xác lượng vật chất di truyền ban đầu có trong mẫu
thử, một thông tin then chốt trong chẩn đoán và nghiên cứu.
Sự độc đáo về mặt kỹ thuật của qPCR nằm ở việc kết hợp quá trình khuếch đại enzyme
với việc giám sát quang học. Phản ứng sử dụng các chất phát huỳnh quang (như thuốc
nhuộm Sybr Green hoặc các đầu dò TaqMan chuyên biệt) mà tín hiệu của chúng sẽ tăng
lên tỷ lệ thuận với lượng DNA sợi đôi được tạo thành.Thuốc nhuộm gắn DNA Sybr green
là Phương pháp đơn giản, thuốc nhuộm này sẽ phát sáng mạnh mẽ khi gắn vào bất kỳ
DNA sợi đôi nào, bao gồm cả sản phẩm mục tiêu và sản phẩm phụ không mong muốn.
Đầu dò thủy phân TaqMan Probes là phương pháp đặc hiệu hơn. Đầu dò là một
oligonucleotide được đánh dấu ở một đầu bằng một phân tử huỳnh quang (Reporter) và ở
đầu kia là một phân tử dập tắt (Quencher). Khi DNA polymerase kéo dài và gặp đầu dò,
nó sử dụng hoạt tính exonuclease 5’ của mình để thủy phân (cắt) đầu dò, giải phóng
Reporter ra khỏi Quencher. Sự tách rời này làm tín hiệu huỳnh quang tăng lên một cách
đặc hiệu chỉ khi mục tiêu được khuếch đại.
Trong quá trình phản ứng, máy qPCR ghi nhận tín hiệu huỳnh quang trong mỗi chu kỳ.
Tín hiệu này được thể hiện trên một đường cong khuếch đại hình chữ S. Giá trị Ct (Cycle
Threshold) là thông số định lượng quan trọng nhất, được định nghĩa là chu kỳ phản ứng
đầu tiên mà tại đó tín hiệu huỳnh quang vượt qua ngưỡng nền xác định.
Sự định lượng trong qPCR không dựa trên lượng sản phẩm cuối cùng (như PCR truyền
thống), mà dựa trên động học của phản ứng trong pha logarit (exponential phase), nơi các
thành phần phản ứng chưa bị giới hạn.
1 Tagman là một công nghệ hóa học được sử dụng trong phản ứng PCR thời gian thực (Real-time PCR) để phát hiện
và định lượng các trình tự axit nucleic
Giá trị Ct (Cycle Threshold) là thông số định lượng nền tảng. Ct được xác định là chu kỳ
phản ứng mà tại đó tín hiệu huỳnh quang vượt qua một ngưỡng nền xác định. Mối quan
hệ giữa Ct và lượng vật chất di truyền ban đầu (N0) là nghịch biến và theo hàm mũ:
N0∝1
2ct
Điều này có nghĩa là, một mẫu có tải lượng ban đầu lớn hơn sẽ nhanh chóng đạt đến
ngưỡng Ct hơn, do đó có giá trị Ct nhỏ hơn. Nguyên lý này cho phép tính toán định lượng
chính xác (tuyệt đối hoặc tương đối) và là trái tim của công nghệ qPCR.
qPCR đã tạo ra những tác động sâu sắc, làm thay đổi mô hình chẩn đoán và nghiên cứu
khoa học trên toàn cầu. Vậy nên nó cũng có những mặt ảnh hưởng tích cực và tiêu cực.
qPCR đã trở thành công cụ không thể thay thế trong việc ứng phó với dịch bệnh. Khả
năng xác định và định lượng tác nhân gây bệnh (SARS-CoV-2, cúm, Ebola) chỉ trong
vòng vài giờ là yếu tố quyết định để giới chức y tế đưa ra các biện pháp kiểm soát và cách
ly kịp thời. Tốc độ này khác biệt hoàn toàn so với các phương pháp nuôi cấy truyền
thống, vốn có thể mất nhiều ngày. Hơn nữa, qPCR cung cấp một ngưỡng định lượng (Ct
value), cho phép các nhà dịch tễ học không chỉ xác nhận sự hiện diện của virus mà còn
ước tính tải lượng virus ban đầu trong mẫu, một thông số quan trọng để đánh giá khả năng
lây nhiễm của bệnh nhân.
Trong lĩnh vực lâm sàng, qPCR mang lại sự thay đổi căn bản trong quản lý bệnh mạn
tính. Đối với bệnh nhân HIV hoặc viêm gan B, viêm gan C, việc theo dõi tải lượng virus
(Viral Load) bằng qPCR là tiêu chuẩn chăm sóc. Nếu tải lượng virus bắt đầu tăng, đó là
dấu hiệu thuốc đang giảm hiệu quả, cho phép bác sĩ điều chỉnh phác đồ thuốc kháng virus
kịp thời, tối ưu hóa quá trình điều trị. Tương tự, trong ung thư học, qPCR được sử dụng
để phát hiện và định lượng bệnh còn sót lại tối thiểu (MRD) sau hóa trị. Kết quả định
lượng này cho phép dự đoán nguy cơ tái phát của bệnh nhân, từ đó cá nhân hóa chiến
lược điều trị duy trì.
Đối với nghiên cứu cơ bản, qRT-PCR (qPCR dùng cho RNA) là công cụ không thể thiếu
để đo lường mức độ biểu hiện gen (gene expression). Sau khi các công nghệ thông lượng
cao (RNA-seq, microarray) phát hiện hàng ngàn gen có thể thay đổi, qRT-PCR được sử