Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương Giáo trình công nghệ sinh học đại cương
ĐẠI H Ọ C THÁI NGUYỀN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM Đ Ô N Ă N G V Ị N H (Chủ biên) - N G Ô XUÂN B Ì N H NHÀ XUẤT B Ả N N Ô N G N G H I Ệ P ĐẠI H Ọ C THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NỒNG LÂM Đ Ỗ N Ă N G V Ị N H (Chủ biên) NGÔ XUÂN BÌNH G C Ô N G I N Đ A Á G I O H T R Ệ C S Ư NHÀ XUẤT BẢN NÔNG H À N Ộ I - 2008 Ì N I Ơ H N N H H G NGHIỆP Ọ C M Ở Công tiên phát nghệ thông tin công nghệ sinh học (CNSH) triển hầu hết quốc gia giới N hiều to lớn CNSH CNSH ĐẦU hai lĩnh vực công nghệ học giả dự báo sức cải tạo sinh giới, có thân người ưu mạnh Vai trò phát triển kinh tế y học, an sinh xã hội hệ sinh thái trái đất ngày mạnh trình sống N hiều lên với tích lũy nh anh tri thức ch óng câu hỏi lớn liên quan đến phát triển công nghệ sinh học đặt ra: Ì Lịch sử hình thành phát triển công nghệ sinh học? Công nghệ sinh học gì? Công nghệ sinh học bao gồm học công nghệ nào? ngành Quan hệ CNSH Các kiến thức Vai trò khám phá chất sống khả cải tạo sinh giới Vai trò công nghệ sinh học phát triển kinh tế- xã hội ngược lại vai trò kinh tế- xã hội sách quốc gia dối với phát triển CNSH? Hiện trạng dự báo phát triển công nghệ sinh học giới ỏ nước Định hướng phát triển công nghệ sinh học nước với ngành khoa học tự nhiên, khoa học xã hội công nghệ sinh khoa khác? học? CNSH? ta? ta? Một nhiệm vụ sách đặt câu hỏi, đồng thời sinh viên người đọc tìm câu trả lời câu hỏi mang tính tổng quát Hiện nay, kinh tế toàn cẩu trải qua thách phát triển nóng kinh tế, Trung nước Đông Nam Á có Việt Nam, lượng Khả suy kiệt nguồn 30 năm tới Các quốc thức ngày lớn Đố Quốc, An Độ, Brasiỉ, Nga vá đòi hỏi gia tăng khai thác sử dụng than đá, dầu mỏ, khí đốt nhãn tiền gia đông dân Trung Quốc, khoảng An Độ, Nga dần trở thành nên kinh tế lớn với mức tiêu dùng lượng sản xuất khí thải nhà kính tương tự Mỹ Tình hình đẩy nhanh trình khủng môi trường toàn cầu, dẫn đến chiến tranh khoảng nguồn lượng tồn tại? Phát Vấn đề môi trường triển hay không phát triển? triển xem bền vững phạm CNSH đến đâu giải vấn đê Định hướng nhiêu xu phát sinh thái trở thành Phát triển phải khoảng không lượng gian sinh tồn vấn đề tồn hay nào? Giải pháp vi toàn cẩu cho quốc gia? Vai trò không phát trên? triển công nghệ sinh học vào việc trả lời cho câu hỏi tương lai phụ thuộc Vai trò CNSH giải vấn dề an sinh xã hội, vấn đề lượng tái sinh sinh thái bền vững to lớn Các nhà khoa học trẻ sinh viên lĩnh sinh học - nông nghiệp, bên cạnh việc phải có kiến thức chuyên môn sâu, phải tầm nhìn rộng lớn hơn, bao quát định hướng tốt hoạt động thực Cuốn "Công nghệ sinh học đại cương" kiến thức CN SH nhằm góp phần vai trò CNSH Giáo trình phản công viết từ ỉ đến Ngô Xuân Bình - tham gia viết chương lo l i nghệ sinh học lĩnh hàng ngày nên hoàn thiện Chúng vực khoa sách khó tránh xin trân trọng cảm số lo học rộng khỏi lớn, phát có thiếu sót, mong ơn Nhóm tác giả sau: Đỗ Năng Vịnh - Chủ biên, viết chương Vì công cung cấp cho học viên giai đoạn có tiễn thực tiễn, đồng thời gợi ý định hướng giải pháp phát triển CNSH vực triển bạn đọc góp đổi ý Chương Ì KHÁI NIỆM, LỊCH s VÀ BIỆN CHÚNG PHÁT TRIỂN CÔNG N G H Ệ SINH CỦA H Ọ C 1.1 K H Á I N I Ệ M C Ô N G N G H Ệ S I N H H Ọ C V À Q U A N H Ệ C Ủ A C Ô N G N G H Ệ S I N H H Ọ C V Ớ I C Á C N G À N H K H O A H Ọ C T ự N H I Ê N VÀ XÃ H Ộ I K H Á C C ô n g n g h ệ sinh học (CNSH) tập hợp c c n g n h khoa học - c ô n g n g h ệ v ề sống, bao g m sinh học p h â n tử, k ỹ thuật gen, c ô n g n g h ệ t ế b o , c ô n g n g h ệ v i sinh, c ô n g n g h ệ protein enzym , n g h i ê n cứu khai t h c c c q u trình sinh học, hoạt đ ộ n g sống v i sinh vật, t ế b o đ ộ n g v thực vật, c t h ể sống m ô c c q u trình sinh học quy m ô sản x u ấ t c ô n g nghiệp H i ệ n C N S H bao g m c c l o i c ô n g n g h ệ k ỹ thuật chủ lực n h c ô n g n g h ệ gen, c ô n g nghệ v i sinh vật, c ô n g n g h ệ t ế b o , c ô n g n g h ệ enzym, sinh học p h â n tử, sinh hoa học, lý sinh học, đ i ề u k h i ể n học, sinh t i n học, genom học (genomics), protein học (proteomics), nano sinh học T u y v ậ y , C N S H k h ô n g đ n khoa học sinh học, n ó k ế t hợp c c n g u y ê n lý sinh học v i c ô n g n g h i ệ p sinh học CNSH k ế t hợp c c n g u y ê n lý khoa học c ô n g n g h ệ m ộ t h ệ thống đ ó c c c t h ể sống, m ô t ế b o , c quan tử, c c p h â n t q u trình sống khai t h c sử d ụ n g v o sản x u ấ t quy m ô c ô n g nghiệp M ỗ i t ổ hợp sản x u ấ t C N S H bao g m n ó c c y ế u t ố k h c nhau: - C c n g u y ê n lý khoa học c ô n g nghệ - H ệ thống c c t h i ế t bị d â y c h u y ề n c ô n g n g h ệ ( c c t h i ế t bị n g h i ê n cứu khoa học k i ể m soát chất lượng, c c thiết bị sản x u ấ t n h c c bioreactor, h ệ t h ố n g lên men vi sinh vật, h ệ đ i ề u k h i ể n tự đ ộ n g ) - Các h ệ thống sống c c mức đ ộ t ổ chức k h c t p h â n tử, c ấ u trúc p h â n tử, t ế b o quan, t ế b o , m ô , c quan, c t h ể sống, quần thể - Các q u t r ì n h c h u y ể n đ ổ i vật chất n ă n g lượng n h ằ m tạo c c sản p h ẩ m mong m u ố n (ví dụ," sản x u ấ t c c chất hoạt tính sinh học n h h o r m o n sinh trưởng, interĩeron, k h n g sinh, insulin) quy m ô c ô n g nghiệp Sự đ i p h t t r i ể n C N S H c ó quan h ệ chặt c h ẽ v i p h t t r i ể n n h i ề u n g n h khoa học c ô n g nghệ k h c C c m ố i quan h ệ đ ó t h ể h i ệ n c c s đ 1.1 1.2 Tích lũy tri thức toán học.vật lý, hoa học, khoa học trái đất, không gian Cuộc cách mạng công nghiệp lần 1,2 3: Công nghiệp điện tử, chế tạo máy, thông tin, tin học, vật liệu Công nghệ sinh học Công nghiệp sinh học Sơ đồ LI Dự báo Tích tụ tri thức phương tiện nghiên cứu khoa học sinh học khoa học tự nhiên khác Cuộc cách mạng công nghiệp sinh học the kỷ XXI Công nghệ sinh học đời phát triển tất yếu lịch sử Quan h ệ c c n g n h khoa học t h ể h i ệ n quan h ệ b i ệ n chứng c c h ì n h thức v ậ n đ ộ n g k h c v ậ t chất v quan h ệ v ậ n đ ộ n g x ã h ộ i v p h t t r i ể n khoa học c ô n g nghệ H i ể u b i ế t c c m ố i quan h ệ logic đ ó , c h ú n g ta m i c ó c ă n đ ể t ổ chức h ệ thống khoa học x â y dựng c c c h n g t r ì n h n g h i ê n cứu p h t t r i ể n p h ù h ợ p V ậ n đ ộ n g sinh học t ổ n g hoa n h i ề u h ì n h thức v ậ n đ ộ n g k h c v ậ t chất k ế t q u ả v ậ n đ ộ n g v ậ t lý, hoa học, v ậ n đ ộ n g v ũ trụ n ó i c h u n g K h i l o i n g i c ó k h ả n ă n g thao t c d i t r u y ề n mức p h â n t trở t h n h " đ ấ n g s n g t o m i " sinh g i i v ậ n đ ộ n g sinh học c ò n x ả y m ố i quan h ệ n g y c n g chặt c h ẽ v i v ậ n động xã h ộ i V ì t í n h chất phức tạp v ậ n đ ộ n g sinh học, n ê n C N S H c h ỉ c ó t h ể h ì n h t h n h p h t t r i ể n k h i c c n g n h khoa học k h c đ ã đ t đ ế n q u t r ì n h t í c h l ũ y t r i thức v p h n g t i ệ n mức " t i hạn" n o đ ó C N S H n g y đ a n g đ ứ n g t r ê n n ề n tảng c c khoa h ọ c t ự n h i ê n k h c t h n h tựu c c c c h m n g c ô n g n g h i ệ p D o v ậ y , m ộ t n h C N S H chắn p h ả i c ó t r i thức khoa học t ự n h i ê n v k i ế n thức c ô n g nghệ M ộ t quốc gia m u ố n p h t t r i ể n c ô n g n g h i ệ p C N S H v ữ n g p h ả i k ế t hợp p h t t r i ể n c c khoa học sinh học v i c ô n g n g h ệ t i n học, đ i ệ n tử, v ậ t l i ệ u m i v phải c ó t ầ m n h ì n t o n c ầ u v t ầ m n h ì n quốc gia v ề k i n h t ế , sinh t h i v m ô i t r n g 1.2 CÁC NGÀNH KHOA HỌC VỀ SỐNG VÀ Mối QUAN HỆ BIỆN CHÚNG M ố i quan h ệ c c khoa học v ề sống v c c n g n h khoa học t ự n h i ê n k h c v i C N S H m ô tả v ắ n tắt sớ*đồ 1.2 Sơ đ n y c ũ n g t h ể h i ệ n quan h ệ t r i ế t học c c khoa học x ã h ộ i n h c h í n h trị, lịch sử, k i n h t ế v i khoa học c ô n g n g h ệ n ó i chung v v i C N S H n ó i r i ê n g T r ê n sơ đ n y , n g n h khoa học p h â n t h n h l o i h ì n h hay thang bậc k h c m ố i quan h ệ v i thực t i ễ n : - C c n g n h khoa học c bản; - C c n g n h khoa học c ô n g nghệ: sản p h ẩ m khoa học c k ế t hợp v i c ô n g n g h i ệ p k i n h t ế ; - C c n g n h khoa học ứng dụng: sản p h ẩ m n g n h t r ê n , n ó l ĩ n h vực đ i sống m đ ó c c n g n h khoa học c ô n g n g h ệ ứng d ụ n g Công nghệ sinh học Các ngành khoa học sống Các ngành khoa học Các ngành khoa học - công nghệ CNSH úng dụng Di truyền học Kỹ thuật di truyền CNSH y học: - Công nghệ vacxin chế phẩm dược CNSH nong nghiệp: - Công nghệ vi nhân giống thực vật - Công nghệ nhân động vật - Công nghệ tạo giống CNSH môi trưòng-sinh thái lượng tái sinh Sinh phân tử Sinh hoa học Sinh lý học Toán sinh học Điều khiển học sinh học Genom học Protein học Tế bào học Mô phôi học Sinh thái học Bệnh học Miễn dịch học Công nghệ tế bào Công nghệ erưym protein Công nghệ vi sinh Công nghệ lên men Công nghệ vacxin chế phẩm dược Các ngành khoa học công nghệ ^ Ị Ị Sơ đồ 1.2 Quan hệ biện chứng ngành Khoa học Công nghệ Công nghệ điện tử Công nghệ lazer Năng lượng nguyên tử Công nghệ vật liệu Tự động hoa Công nghệ chế tạo máy Các ngành khoa học tự nhiên khác Các ngành khoa học - Toán học - Vật lý học - Hoa học - Tin học - Thiên văn học - Các ngành khoa học trái đất Công nghệ thông tin Công nghệ nano khoa học công nghệ Ì TRIÊT HỌC KINH TẾ HỌC KHOA HỌC CHÍNH TRỊ VÀ LỊCH s ũ - Thế giói quan: Quan hệ vặt chất tinh thần, vật chất vận động, vật chất lượng, tinh thần thuộc tính vật chất có tổ chức cao Luận người sản phẩm tự nhiên dự báo vai trò CNSH tiến hoa người - Phép biện chứng: Các quy luật phổ biến vận động vật chất.vận động xã hội tư Tổng hoa mối quan hệ tương" tác vật tượng vũ trụ Vận động sinh học vận động vũ trụ - Nhận thức luận: Các phương pháp nhận thức Thực nghiệm khoa học thực tiễn khách quan tiêu chuẩn chân lý Vai trò khoa học việc phát quy luật vận động, từ giải thích dự báo phát triển CNSH liệu có Quan điểm hệ thống xem xét vật - Các quy luật phát triển xã hội, quan hệ người với nguôi xã hội loài người với thiên nhiên - Quan hệ chế độ xã hội, tính tiền phong chế độ xã hội phát triển khoa học công nghệ Luật pháp sách phát triển tiên tiến định thành tựu phát triển KHCN giáo dục ỏ quốc gia - Tác động khoa học công nghệ lên người: Phương tiện sản xuất phương tiện sống - môi trường sống - suất lao động - phương tiện nhận thức người CNSH tác động lên thân người: tiềm trí tuệ khả sáng tạo, sức khoe, tuổi thọ - Vai trò định KHCN việc giải vấn đề phát triển kinh tế-xã hội - Quan điểm lịch sử nhận thức luận khoa học - Quan hệ kinh tế khoa học công nghệ - Đòn bẩy kinh tế phát triển khoa học công nghệ - Đòn bẩy khoa học công nghệ phát triển kinh tế - Dự báo kinh tế, thị trường, dự báo tương lai quy định định hướng phát triển KHCN quốc gia Dự báo thị trường Nông nghiệp-Y dược, dự báo môi trường sinh thái quy định định hướng nghiên cứu CNSH - Dự báo vai trò định CNSH đoi với phát triển nông- lâm ngư nghiệp - y dược môi trường sinh thái Chính sách quốc gia phát triển CNSH 1.2.1 C c n g n h k h o a học c b ả n v ề sống - Di truyền học Sinh hoa học - Sinh học p h â n tử Bệnh học - T ế b o học Phỏng sinh học - M ô p h ô i học Đ i ề u k h i ể n học sinh học - Sinh lý học T o n sinh học - M i ễ n dịch học c c khoa học k h c G e n o m học - Sinh thái học Protein học - D i t r u y ề n học lý thuyết Nano sinh học Vv C c n g n h khoa học c v ề sống m i h i ệ n c ó t h ể n ó i genom học (genomics) bao g m c ấ u trúc, t ổ chức chức n ă n g t n g gen, n h ó m gen, h ệ t h ố n g Thời gian (tháng) Sơ đồ 11.1 Biến thiên nhiệt độ trình phân giải chất hữu Ghi chú: Ì tháng tương ứng với ô (mỗi ô ngày) Khoảng ngày đầu nhiệt độ tăng từ nhiệt độ bình thường 20- 25°c lên đến 50°c T n g y đ ế n khoảng 50 n g y n h i ệ t đ ộ t ă n g l ê n ° c v bắt đ ầ u g i ả m xuống ° c Giai đ o n 3, nhiệt đ ộ g i ả m nhanh đạt nhiệt đ ộ ban đ ầ u Ở m ỗ i giai đ o n thay đ ổ i nhiệt đ ộ , c ó n h ó m v i sinh v ậ t t h í c h hợp c h i ế m ưu t h ế hoạt đ ộ n g Giai đ o n Ì x ả y q u trình p h â n g i ả i nhanh c c chất hoa tan d ễ p h â n g i ả i b i c c n h ó m v i sinh vật ưa nhiệt trung b ì n h (mesophilic microbs) Q u trình p h â n g i ả i k è m theo sản sinh nhiệt, l m cho nhiệt đ ộ t ă n g nhanh K h i n h i ệ t đ ộ t ă n g lên ° c , n h ó m ưa nhiệt trung b ì n h bị n h ó m ưa n h i ệ t đ ộ cao (thermophilic) canh tranh, nhiệt đ ộ 5 ° c cao h n , n h i ề u v i sinh vật g â y b ệ n h bị t i ê u d i ệ t (nhiệt đ ộ ° c tiêu d i ệ t hầu hết c c l o i v i sinh vật) tốc đ ộ p h â n g i ả i h ữ u c v ậ y bắt đ ầ u g i ả m Đ ể bảo đ ả m t h ô n g k h í nhiệt đ ộ t h ấ p h n (< 65°C), n g i ta cho t h ổ i k h í qua lò ủ Trong giai đ o n nhiệt đ ộ cao (thermophilic) tốc đ ộ q u t r ì n h p h â n g i ả i c c chất đ m (protein), chất b é o , c c chất cacbohydrate phức tạp (cellulose v hemicellulose), c c t h n h phần c ấ u trúc c ' b ả n thực vật t ă n g lên K h i c c c chất h ữ u c cần p h â n g i ả i (thức ăn v i sinh v ậ t ) cạn k i ệ t dần, nhiệt đ ộ lò ủ c ũ n g g i ả m dần Đ ế n giai đ o n n y , c c v i sinh vật ưa nhiệt trung b ì n h l i bắt đ ầ u hoạt đ ộ n g giai đ o n 3, giai đ o n k ế t t h ú c q u trình p h â n g i ả i hữu C c c t h ể sống t h a m gia q u t r ì n h p h â n g i ả i h ữ u c : R ấ t nhiều loài sinh vật tham gia v i vai t r ò k h c p h â n g i ả i c c chất t h ả i hữu cơ, đ ó c ó c c c t h ể đ n b o v đ a b o D i đ â y danh s c h c c loài sinh vật t ì m t h ấ y m ù n hữu cơ: - C c v i k h u ẩ n c h i ế m 80- % tổng số h n g t ỷ c c v i sinh v ậ t t ì m t h ấ y l g chất m ù n V i k h u ẩ n chịu t r c h n h i ệ m c h í n h p h â n huy hữu c sinh nhiệt, c h ú n g sở 206 h ữ u m ộ t p h ổ enzym r ấ t rộng c ó k h ả n ă n g p h â n g i ả i c c chất h ữ u c k h c c v i k h u ẩ n k h c g m v i k h u ẩ n Bacillus h ì n h que, n h ó m Cocci h ì n h cầu, n h ó m Spirilla hình xoắn - Actinomycetes n h ó m v i k h u ẩ n g ă m d n g , đ ó n g vai t r ò quan trọng p h â n g i ả i c c chất n h l i g n i n , cellulose, chitin protein Sự c ó m ặ t c c loài n y l m cho m ù n h ữ u c c ó m ù i đ ấ t Các n h ó m enzym c c v i k h u ẩ n n y c ó k h ả n ă n g p h â n g i ả i c c m ả n h sợi g ỗ t h â n , v ỏ c â y , g i ấ y b o h ộ p c c - t ô n g - C c loài n ấ m : g m m ộ t n h ó m c c loài n ấ m n h n ấ m men, n ấ m mốc (mold), c h ú n g p h â n g i ả i c c chất hữu c phức tạp p h ế t h ả i đ ấ t , c c sản p h ẩ m c c loài n ấ m n y tạo l i c c v i k h u ẩ n p h â n g i ả i t i ế p Đ a số c c loài n ấ m n ằ m bên chất m ù n c h ú n g c ó m ặ t m ọ i giai đ o n q u trình p h â n g i ả i c c chất hữu - Protozoa: m ộ t loài đ ộ n g vật đ n b o , c h ú n g sống c c sản p h ẩ m hữu c v i sinh vật k h c tạo N g o i c ò n c ó c c l o i c t h ể sống k h c tham gia q u trình p h â n g i ả i hữu c n h c c r o t i í e r (các v i sinh v ậ t đ a b o ) , n h i ề u loài c ô n t r ù n g , n h ệ n (mites), snowbugs (rệp), k i ế n , giun đ ấ t , giun đ ỏ N u ô i giun m ộ t c c h p h â n g i ả i h ữ u Sự c ó m ặ t giun m ù n đ ấ t chứng tỏ đ ộ m u m ỡ đ ấ t v i t n t i c c n g u n cacbon thức ă n quan trọng đ ố i v i sinh trưởng c â y trồng Metan tạo q u t r ì n h p h â n g i ả i hữu c kị Đ ể t ă n g c n g hoạt đ ộ n g c c v i sinh v ậ t l m m ô i trường đ ấ t , p h n g p h p đơn giản t h ê m c c v i sinh v ậ t t h í c h hợp v c c chất d i n h d ỡ n g v o m i trường C c v i sinh vật sử dụng c c c h ấ t g â y ô n h i ễ m n h n g u n d i n h d ỡ n g v p h â n g i ả i c h ú n g K ỹ t h u ậ t d i t r u y ề n t h i ế t k ế sinh vật l m sạch: H n 100.000 c c hợp chất hoa học sản x u ấ t h n g n ă m t r ê n t h ế g i i M ộ t số c ó k h ả n ă n g p h â n huy n h c c c t h ể sinh vật, m ộ t số k h c ví d ụ n h c c hợp chất chlorinated ( c c hợp chất hoa học chứa chlor) l i b ề n v ữ n g đ ố i v i c c v i sinh vật Đ ể g i ả i v ấ n đ ề n y , c c n h khoa học đ ã p h â n l ậ p c c gen g ọ i K F 7 t m ộ t số v i sinh vật có khả phân huy polychlorinated biphenyls (PCBs) (vi khuẩn Pseudomonas pseudoalkali) N h ó m c c gen c ó k h ả n ă n g sản sinh c c enzym p h â n g i ả i c c PCBs đ ã p h â n l ậ p C c n h khoa học N h ậ t Bản đ ã p h â n l ậ p c c n h ó m gen k h c c ó k h ả n ă n g p h â n g i ả i c c PCBs k h c nhau, r i t đ ó đưa c c gen n y v o c c chủng v i k h u ẩ n c ó k h ả n ă n g p h â n g i ả i PCBs, n h v ậ y l m t ă n g k h ả n ă n g c c chủng n y p h â n g i ả i c c chất PCBs k h c T i ế n sỹ A n a n d Chakrabarty đ ã thực h i ệ n việc c h u y ể n gen p h â n huy dầu v o v i k h u ẩ n Pseudomonas, tạo chủng p aureginos c ó k h ả n ă n g ă n p h â n huy dầu m ỏ t h n h c c chất hữu c đ n giản, k h i dầu m ỏ bị ă n hết, c c v i sinh v ậ t ăn dầu t ự chết k h ô n g c ò n thức ăn C c loài Penicillium c ó k h ả n ă n g â n d ầ u m ỏ n h n g t h i gian 207 cần l m lâu h n n h i ề u so v i v i k h u ẩ n c h u y ể n gen N h ó m v i k h u ẩ n A l c a n i v o r a x c ó k h ả n ă n g p h â n h ủ y c c c h ế p h ẩ m d ầ u m ỏ N g i ta đ ã p h â n l ậ p c c gen g ọ i mergene t c c l o i v i k h u ẩ n c ó k h ả n ă n g chống chịu t h ú y n g â n , c c gen n y chịu t r c h n h i ệ m p h â n g i ả i c c h ợ p c h ấ t h ữ u c c ó chứa t h ú y n g â n N g i ta c ũ n g đ ã p h â n l ậ p c c tod-gene t v i k h u ẩ n p h â n g i ả i toluene v đ ã thiết k ế gen t o d C l c ó k h ả n ă n g sản sinh c c e n z y m p h â n g i ả i toluene đ ã c h u y ể n gen n y v o chủng v i k h u ẩ n K F 7 C h ủ n g n y c ó k h ả n ă n g p h â n huy manh đ ố i v i trichloroethylene ( T C E ) Chủng K F 7 c ũ n g c ó k h ả n ă n g sinh t r n g toluene benzen X lý ô n h i ễ m c ô n g n g h i ệ p : M ộ t số chất t h c ô n g n g h i ệ p nguy h i c ó t h ể g â y c c b ệ n h h i ể m n g h è o n h ung thư, ví d ụ methylene chloride C c v i sinh v ậ t đ ó n g vai t r ò c c chất x ú c t c sinh học c ó t h ể tiêu hoa c c chất n y , b i ế n c h ú n g t h n h H , C m u ố i M ộ t số v i khuẩn, ví dụ Geobacter metallừeducens d ù n g đ ể l m uranium t c c n g u n nước t h ả i c c nơi khai t h c Xử lý ô nhiễm công nghiệp giấy: Chất t h ả i c ô n g n g h i ệ p g i ấ y t h n g r ấ t g i u celỉulose v lignocellulose Cellulose b ề n đ ố i v i c c enzym k h i liên k ế t v i l i g n i n r ấ t k h ó p h â n g i ả i b i t c đ ộ n g hoa học enzym D o l i g n i n c c cacbohydrate tạo liên k ế t b ề n v ữ n g g ỗ , q u trình c h ế b i ế n g i ấ y gặp k h ó k h ă n C c n h khoa học đ ã n g h i ê n cứu sử dụng enzym, n h A l k a l i n e xylanase đ ể t ẩ y trắng g i ấ y (Pulp bleaching), thay t h ế l m g i ả m sử d ụ n g chlorine, n h v ậ y l m g i ả m chất thải c ó chứa chlorine n g c ô n g nghiệp Đ ể l m v i ệ c n y , n g i ta đ ã p h â n l ậ p c c chủng v i sinh vật sản sinh xylanase, ví d ụ Bacillus stearthermophilus p h â n l ậ p t đ ấ t Các enzym xylanase sử dụng rộng rãi b i c h ú n g b ề n v ữ n g đ i ề u k i ệ n nhiệt đ ộ đ ộ k i ề m t ố i ưu cao V í d ụ , A l k a ỉ i n e xylanase v i k h u ẩ n B stearthermophilus hoạt hoa p í ỉ = nhiệt đ ộ ° c Nước t h ả i giàu sulphite t c ô n g n g h i ệ p g i ấ y c ó chứa k h o ả n g % ligno-sulphate, 36% đ n g h ỗ n hợp c c chất h ữ u c k h c , l o i nước t h ả i n y c ó t h ể x lý n ấ m men (Candida albicans) N ấ m men sử d ụ n g đ n g v sinh t r n g , tạo g ầ n Ì t ấ n n ấ m men t t ấ n nước t h ả i N g i ta c ó t h ể sử d ụ n g c c v i sinh v ậ t b i ế n đ ổ i gen đ ể x lý m ô i trường V í d ụ M ỹ chủng Flovobacterium đ ã t h i ế t k ế gen đ ể p h â n g i ả i pentachlorophenol đ ấ t C c n h v i sinh v ậ t M ỹ c ũ n g đ ã d ù n g chủng v i sinh GS-15 c ó k h ả n ă n g h ấ p thụ uranium t nước t h ả i c c n h m y c h ế tạo b o m hạt n h â n Chủng v i sinh n y c h u y ể n uranium nước v o m ộ t hợp chất k h ô n g tan nước, tạo c c hạt lắng đ ọ n g c h ì m x u ố n g đ y v sau đ ó l ấ y đ i Chủng v i sinh n y r ấ t h ữ u ích cho l m m ô i trường c c v ù n g khai m ỏ uranium C c v i sinh vật, t h ậ m c h í c c v i sinh v ậ t đ ã chết c ũ n g c ó k h ả n ă n g h ấ p t h ụ n h i ề u l o i lon k i m l o i k h c nước k h ả n ă n g đặc b i ệ t t h n h t ế b o V í d ụ sinh k h ố i loài n ấ m Rhiiopus 208 arhiius c ó t h ể h ấ p t h ụ 30-130 m g C a d i m i / g sinh k h ố i k h ô N ấ m sở h ữ u c c lon â m t h n h t ế b o n h c c n h ó m amine, cacboxyl v h y d r o x y l v ậ y c ó k h ả n ă n g h ấ p thụ c c cation k i m l o i N g i ta t í n h r ằ n g 1,5 k g b ộ t sợi n ấ m c ó t h ể sử d ụ n g đ ể h ấ p thu k i m l o i từ Ì m nước c ó chứa g Cd C ô n g ty Biorecovery System đ ã đ ă n g k ý s n g c h ế sử dụng Algasorb (dong h ấ p t h ụ ) c ó k h ả n n g h ấ p thụ c c ion k i m l o i nặng t nước t h ả i hay nước n g ầ m theo c c h ế t n g tự Sinh k h ố i alga (dong biển) chết n é n vật l i ệ u hạt silica gel đ ể tạo Algasorb H t silica gel bảo v ệ sinh k h ố i dong k h ỏ i c c v i sinh vật, n ó hoạt đ ộ n g n h c c cột trao đ ổ i ion, h ấ p thụ k i m l o i nặng C c k i m l o i nặng n h t h ú y n g â n , c a d i m i , chì c c chất g â y ô n h i ễ m t h n g x u y ê n c ó mặt nước t h ả i c ô n g n g h i ệ p h i ệ n đ i C c k i m l o i n y c ó t h ể h ấ p t h ụ c c v i k h u ẩ n V í d ụ Pseudomonas hấp thụ uranium, Thiobacillus aureginos có khả c ó k h ả n ă n g h ấ p t h ụ bạc C c c ô n g ty m ô i trường M ỹ đ ã bán h ỗ n hợp v i sinh vật enzym đ ể l m c c chất t h ả i hoa học g m c c l o i dầu m ỡ , c c chất t ẩ y rửa, thuốc B V T V Cầy trồng sử dụng đ ể l m ô n h i ễ m k i m l o i ỏ c c v ù n g ô n h i ễ m Cây hấp thụ k i m l o i v o c c k h ô n g b o t ế b o Q u t r ì n h n y g ọ i Phytoremediation ( L m thực v ậ t ) K i m l o i thu h i sau k h i đ ố t c h y thực vật 11.5 CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN MÔI TRƯỜNG KHÁC 11.5.1 Thay chất dẻo tổng hợp chất dẻo sinh học (Bỉoplastics) Sản x u ấ t chất d ẻ o sinh học p h n g p h p sản x u ấ t chất d ẻ o polymer t c c v i sinh vật, trồng, đ ộ n g vật, đ ó c c v i sinh v ậ t và/hoặc enzym sử dụng đ ể chuyển hoa cacbonhydrat v / h o ặ c protein t h n h chất dẻo mong m u ố n (The Economist, 2003) Sự quan t â m x ã h ộ i đ ố i v i chất dẻo sinh học hay c ò n g ọ i c c chất dẻo tổng hợp từ nguồn vật l i ệ u tái sinh hay vật l i ệ u sinh học gia t ă n g m n h n ă m gần chất dẻo sinh học c ó c c đặc tính quan trọng n h c ó k h ả n ă n g bị p h â n g i ả i tự p h â n g i ả i d ễ d n g , k h ô n g g â y ô n h i ễ m m ô i trường Chất dẻo sinh học m i c h i ế m khoảng 1,25% (500 t r i ệ u t ấ n ) tổng số 40 t ỷ t ấ n chất dẻo t o n c ầ u D ự b o giá thành sản x u ấ t chất d ẻ o sinh học g i ả m xuống sản lượng sản x u ấ t c h ú n g t ă n g gấp lần v o n ă m 2010 (Reverchon, 2002) 11.5.2 Giảm phân bón hoa học tăng cường phân bón sinh học l o i p h â n b ó n sinh học c h i ệ n là: C c chủng v i sinh vật c ó k h ả n ă n g c ố định nitơ k h í q u y ể n c h u y ể n hoa nitơ t h n h c c k h o n g chất d ễ h ấ p thụ đ ố i v i c â y trồng c ó k h ả n ă n g l m t ă n g đ ộ p h ì đ ấ t n ă n g suất c â y trồng (Mekonnen et ai., 2002) C c chủng v i sinh v ậ t c ó k h ả n ă n g tạo phospho hoa tan, d ễ sử dụng đ ố i v i thực vật (Garg et ai., 2001) C c v i sinh vật c ó k h ả n ă n g c ố định nitơ g m : Azospirillum, Rhhobium, Sesbania, Algac, Azotobacter, Mycorrhizae 209 Các v i sinh v ậ t c ó k h ả n ă n g hoa tan phospho: PStriata, B megaterium, Aspergilỉus Ngược l i c â y trồng c ộ n g sinh v i c c v i sinh vật, cung c ấ p n g u n n ă n g lượng v v ậ t l i ệ u hữu c cho v i sinh vật cộng sinh P h â n b ó n sinh học đ ã sản x u ấ t sử d ụ n g n h i ề u quốc gia n h Brasil, Banglades, c c nước n g h è o C h â u Phi n h Kenya, Cộng hoa Tanzania, Z i m b a b w e (Juma and Konde, 2002) P h â n b ó n sinh học c ó t h ể sản x u ấ t t i c h ỗ c ô n g n g h ệ sản x u ấ t k h ô n g phức tạp C c nước n y đ ã c ó c c n h m y sản x u ấ t p h â n b ó n v i sinh Tuy v ậ y , k h ả n ă n g sản x u ấ t c ò n xa m i đ p ứng y ê u cầu thực t i ễ n 11.5.3 Tăng cường sử dụng tác nhân bảo vệ thực vật sinh học - V i k h u ẩ n (B thuringiensis) sử dụng r ộ n g rãi đ ể trừ s â u T h u ố c trừ sâu v i sinh Bt h i ệ n v ẫ n c h ế p h ẩ m B V T V chủ lực h i ệ n nay, c h i ế m % t ổ n g 160 triệu U S D thị trường c h ế p h ẩ m B V T V t o n cầu - Sử dụng c c r u i bất dục đ ể k i ể m soát quần t h ể r u i g â y b ệ n h n g ủ : L o i r u i Tsetse f l y vector t r u y ề n bệnh n g ủ - sleeping sickness N g i ta đ ã sản x u ấ t c c r u i đực bất dục, t h ả c h ú n g v o m ô i trường đ ể l m g i ả m sinh sản r u i Tsetse f l y đảo Zanzibar - A Wasp (Apoanagyrus lopezi) đ ã sử d ụ n g đ ể d i ệ t trừ Cassava meabybug sắn (phenacoccus manihoti), c ô n g trình n g h i ê n cứu n y đ ã t ặ n g g i ả i thưởng W o r l d Food Prize N h u cầu sử dụng c c c h ế p h ẩ m B V T V n g y c n g l n T u y v ậ y , c c c h ế p h ẩ m đ ề u c ò n c ó m ộ t số nhược đ i ể m sau: - Phổ tác dụng d i ệ t trừ hẹp, c h ú n g t h n g c ó t c d ụ n g đặc t h ù đ ể trị m ộ t s ố l o i sâu bệnh cụ t h ể , g i i hạn - D i ệ t trừ v i tốc đ ộ c h ậ m - D ễ biến đ ổ i - C ó c ả m ứng cao v i ngoại cảnh ( l o i đ ấ t , hoa chất, n n g đ ộ , đ ộ ẩm) - Đ ộ bền thấp (thời gian bảo t n bảo q u ả n ngắn) Đ i ề u k i ệ n bảo q u ả n phức tạp 11.6 KẾT LUẬN Hội nghị Bali, 2007, chứng tỏ nhân loại tỉnh ngộ nhận thức nguy c tiêu huy h ệ sinh thái trái đ ấ t Tuy vậy, nguy c đ ó v ẫ n k h ô n g h ề suy g i ả m m c ò n đ a n g t ă n g lên m n h m ẽ K ể t sau đ i c h i ế n t h ế g i i l ầ n t h ứ n , n h â n l o i v ẫ n c ò n t ỏ đ ó i k h t hoang d ã C c c n g quốc chạy đ u a p h t t r i ể n c ô n g nghiệp, q u â n v l m giàu N ề n k i n h t ế n h i ề u nước t ă n g trưởng 10% Sự p h t t r i ể n n ó n g v i tốc đ ộ hai số đ ã mang l i p h n thịnh c ô n g nghiệp Tuy n h i ê n , k h i n h ì n l i n h â n l o i l i đ a n g r ù n g m ì n h trước n h ữ n g sản p h ẩ m c h í n h n ó tạo ra: 210 - N h ữ n g t h n h p h ố tiêu d ù n g khổng l v i h n g t r i ệ u ô t ô n h ả ống k h ó i m ỗ i n g y - C c nguồn n ă n g lượng cạn k i ệ t , giá c c l o i d ầ u m ỏ t ă n g h n g n g y Cạnh tranh nguồn dầu m ỏ tạo m â u t h u ẫ n gay gắt n h ữ n g đ ụ n g đ ộ n h chiến dầu m ỏ Trung Đ ô n g , vụ sụp đ ổ T h p đ ô i n g y 11/9/2001 c h i ế n M e , đụng đ ộ t h ế k ỷ Israel Palestine đ ể g i n h g i ậ t m ả n h đ ấ t sa mạc cằn c ỗ i vùng Trung Đ ô n g Sự đ ó i k h t hoang d ã v ẫ n đ a n g c ò n r ấ t n h i ề u n i v i vụ tàn sát tập t h ể kho vũ k h í n g y c n g đ ầ y lên - H n g n g h ì n t ỷ đ ô la đ a n g b ỏ m ỗ i n ă m đ ể t i ế p tục n g h i ê n cứu c c p h n g t i ệ n huy diệt l ẫ n - C c virus m i g â y bệnh nguy h i m i v ẫ n đ a n g t i ế p tục x u ấ t h i ệ n N h i ề u virus vi sinh vật c ó thể tổng hợp, tái t ổ hợp đ ể trở n ê n nguy h i h n m ộ t c c h hữu ý vô ý c c p h ò n g t h í n g h i ệ m V ấ n đ ề m ô i trường, v ấ n đ ề n ă n g lượng t n g l a i n ề n v ă n m i n h trái đ ấ t c ó thể g i ả i c sở thống lý trí h n h đ ộ n g t r ê n quy m ô toàn cầu m ỗ i quốc gia 211 TÀI LIỆU T H A M K H Ả O CHÍNH Đ ỗ N ă n g V ị n h , 2002 C ô n g n g h ệ sinh học c â y trồng N X B N ô n g N g h i ệ p Đ ỗ N ă n g V ị n h , 2005 C ô n g n g h ệ t ế b o thực v ậ t ứng d ụ n g N X B N ô n g N g h i ệ p Abelson John N and Simon M e l v i n ì., C o l o w i c k Sidney p and K a p l a n Nathan o , 2005 Methods i n E n z y m o l o g y V o i 392 Elsevier Inc Albert B , Bray D , L e w i s J., R a f f M , Robert K and Watson J.D., 1994 M o l e c u l a r Biology o f the Cell, edition Garland Publishing, I n c , N e w Y o r k rd Becker W M , Reece J M and Peonie M F , 1995 The W o r l d o f the C e l l , 3^ edition, The Benjamin/cummings Publishing Company, Redwood C i t y , C A Blaese R M , 1997 Gene therapy f o r cancer S c i A m 276 (June): 111-115 Calladine C.R., 1997 Understanding D N A : The molecule and h o w Ít vvorks New Y o r k : Academic Press Campbell N e i l Cummings Coutre L A and Stinchcomb D T., 1996 Anti-gene therapy: The use o f ribozyms to inhibit gene í u n c t i o n Trends Genet 12: 510-515 A and Reece Jane B , 2002 B i o l o g y 6* e d i t i o n B e r ý a m i n 10 Das H K , 2004 Textbook o f Biotechnology W i l e y Dreamtech India Pvt L t d l i Drilica K a r l , 1997 Understanding D N A and Gene C l o n i n g 3"* edition M i n W i l e y & Sons, Inc 12 F A O , 2004 State o f Food and Agriculture, A g r i c u l t u r a l Biotechnology, M e e t i n g the needs o f poor, Rome 2004 13 Gartland K M A and Davey M R Methods i n M o l e c u l a r B i o l o g y , V o i 44: Agrobacterium Protocols Humana Press Inc, Totowa, N e w Y o r k 14 G r i f f i t h s A n t h o n y J F., Gelbart W i l l i a m M , M i l l e r Jeffrey H and L e w o n t i n Richard c , 1999 M o d e r n genetic analysis w H Freeman and Company, W o r t h Publishers 15 Hansen G and W r i g h t M s., 1999 Recent advances i n the t r a n s í o r m a t i o n o f plants Trends Plant Sci 4: 226-231 16 H a i t i Daniel L and Jones Elizabeth, 0 Genetics: analysis o f genes and genome A edition Jones and Bartlett Publishers lh 17 Hartmann Hudson T., Kester Dale E., Davies Fred T and Geneve Robert L , 2004 Plant Propagation: Principles and Practices 6* edition Prentice H a u o f I n d i a Private Limited 18 Haseltine W A , 1997 Discovering genes f o r new m e đ i c i n e s Scientific A m e r i c a n , March 19 Hood E.E., Gelvin S.B., Melchers s., Hoekema Ạ , 1993 N e w A g r o b a c t e r i u m helper plasmids f o r gene t r a n s í e r to plants Transgenic Research 2: 2008-218 212 20 Keppel F Fayewt o and Georgopoulos K , 1988: Strategies f o r bacteriophage D N A replication I n : The Bacteriophages (ed R Calendar), V o i 2., 145 - 162 Plenum Press, New Y o r k K o m b e r g A and Baker T., 1992 D N A Replication, Freeman and Company, Worth Publishers n d edition N e w Y o r k : W H 22 Koncz c , Nemeth K , Redei G.P., Schell J., 1992 T - D N A insertional mutagenesis in Arabidopsis Plant molecular biology 20: 963-976 23 L e w i n B., 1997 Genes V I O x í o r d University Press, N e w Y o r k 24 Lodish H , Berk, A , Zipursky S.L., Matsudaira p., Baltimore D and Darnell J., 1999 Molecular Cell Biology, edition W H Freeman and Company, W o r t h Publishers ứ 25 M i e s í e l d R M , 1999 A p p l i e d Molecular Genetics W i l e y - L i s s ; a John W i l e y and sons, Bạc, publication 26 Meyerowitz E M , 1999 Plants, animals and the logic o f development Trends i n Biochemical Sciences 24: M 27 Nelson David L and Cox M i c h a e l M , 2000 Lehninger Principles o f Biochemistry 3" edition W o r t h Publishers 28 Rao Kanury V s, 2004 Biology o f I m m u n e system W i l e y Dreamtech India Pvt.Ltd 29 Raven Peter H , Evert Ray F and E i c h h o m Susan E., 1999 Biology o f Plants edition W H Freeman and Company, W o r t h Publishers lh 30 Sambrook j , Fritsch E.F., and Maniatis T., 1989 M o l e c u l a r cloning: A laboratory Manual, edition Cold spring Habor Laboratory Press Cold Spring Habor, New York n d 31 Smith p J.and Smith C.J eds., 1999 D N A Recombination and Repair N e w Y o r k : O x f o r d University Press 32 Staudt L M and B r o w n P.O., 2000 Genomic views o f the i m m u n e system A n n u a l Review o f I m m u n o l o g y 18: 829 33 Struhl K , 1995 Yeast transcriptional regulatory mechanisms A n n u a l Review o f Genetics 29: 34 T w y m a n Richard M , 2003 Advanced M o l e c u l a r B i o l o g y V i v a books Private Limited 35 Watson.J.D G i l m a n M , W i t k o w w s k i J and Z o l l e r M , 1992 Recombinant D N A , ed N e w Y o r k : W H Freeman and Company, W o r t h Publishers nd 36 \Veissman I L and Cooper M D , 1993 H o w the I m m u n e system Scientiíic A m e r i c a n (September) Develops 37 w w w b i o o r g Biotechnology: A collection o f technologies 213 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương KHÁI NIỆM, LỊCH sử VÀ BIỆN CHÚNG PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG N G H Ệ SINH H Ọ C 1.1 K h i n i ệ m c ô n g nghệ sinh học v quan h ệ c ô n g n g h ệ sinh h ọ c v i c c n g n h khoa học t ự n h i ê n v x ã h ộ i k h c Ì C c n g n h khoa học v ề sống v m ố i quan h ệ b i ệ n chứng 1.2.1 C c n g n h khoa học c b ả n v ề sống 1.2.2 C c n g n h khoa học c ô n g nghệ sinh học Ì 2.3 C c n g n h c ô n g n g h ệ sinh học ứng d ụ n g Ì 2.4 C c n g n h khoa h ọ c c ô n g nghệ t ự n h i ê n 1.3 Lịch sử c ô n g nghệ sinh học vân đ ề chất sống 11 1.3.1 T ó m tắt c c giai đ o n p h t t r i ể n c ô n g n g h ệ sinh h ọ c v c c sản p h ẩ m c h í n h C N S H 11 1.3.2 N h ữ n g p h t m i n h c ă n b ả n n h â n l o i l ĩ n h vực sinh h ọ c d ẫ n đ ế n đ i C N S H l i 1.3.3 M ộ t v i ứng dụng C N S H 16 Ì K h m p h b ả n chất sống v vai t r ò c h ủ đ o gen 17 1.4.1 K h m p h b ả n chất sống v k h ả n ă n g c ả i t o sinh g i i c ô n g nghệ sinh học 17 1.4.2 V a i t r ò gen t h ể h i ệ n n h t h ế n o t ế b o sống? 18 Ì C ả i tạo d i t r u y ề n c c c t h ể sống c sở sinh h ọ c p h â n t v k ỹ thuật gen 20 Ì M ộ t số lĩnh vực ứng dụng C N S H 22 Chương CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT 25 Ì T ế b o t i ề n n h â n v t ế b o n h â n thực 25 2.2 N h ữ n g đặc trưng c b ả n t ế b o sống v c c h u ố n g p h t t r i ể n c b ả n c ô n g nghệ t ế b o thực v ậ t 26 2.2 Ì K h ả n ă n g p h â n b o v p h â n hoa 26 2.2.2 K h ả n ă n g trao đ ổ i chất 28 2.2.3 T ế b o k h o lưu t r ữ t h ô n g t i n v đ n vị t i ế n hoa 29 2.2.4 T ế b o thực v ậ t c ò n n h m y n ă n g lượng m ặ t trời - n ề n tảng cho p h t triển C ô n g nghệ sinh học xanh v c c c ô n g nghệ 30 2.3 M ộ t số h n g khai t h c c c đ ặ c t r n g c t ế b o t o g i ố n g 2.3.1 X â y dựng h ệ thống tái sinh n â n g cao h i ệ u q u ả c h u y ể n gen t o giống 214 30 30 2.3.2 K ỹ thuật đ n b ộ i tạo giống m i d ò n g 31 3 T h ụ tinh n h â n tạo, nuôi cấy tái sinh t ế b o trứng, t ế b o hợp tử, t ế b o n ộ i nhu non c â y đ i ề u k i ệ n i n vitro 32 2.3.4 C ô n g nghệ t ế bào tạo giống c â y ă n q u ả k h ô n g hạt, chất lượng cao lam nghiệp ưu t h ế lai t h ô n g qua n u ô i c ấ y n ộ i n h ũ tam b ộ i 32 2.4 Phát m i n h c c ứng dụng k h c k ỹ thuật n u ô i c ấ y m ô t ế b o 33 2.4.1 K ỹ thuật n u ô i cấy đỉnh sinh trưởng tạo g i ố n g bệnh n h â n giống nhanh 33 2.4.2 K ỹ thuật n u ô i cấy, tái sinh t ế b o t r ầ n v l a i t ế b o soma 34 2.4.3 K ỹ thuật đ n b ộ i ứng dụng tạo d ò n g thuần, c ố đ ị n h ưu t h ế l a i 34 2.4.4 K ỹ thuật n u ô i c ấ y t ế b o dịch l ỏ n g (suspension culture) sử dụng sản x u ấ t c c chất hoạt t í n h sinh học 34 2.4.5 Tạo c c b i ế n dị d ò n g t ế b o soma ứng d ụ n g c h ọ n tạo giống x c định chức n ă n g c c gen 34 2.4.6 C ô n g nghệ t ế b o ứng dụng c h u y ể n gen v o c â y trồng 35 2.5 N u ô i cấy m ô t ế b o thực vật 35 2.5 Ì M ộ t số c c m ô i trường c t h n g d ù n g n u ô i c ấ y m ô 35 2.5.2 T h n h phần hoa học c c m ô i trường n u ô i c ấ y m ô , t ế b o thực vật 38 2.5.3 ứ i g dụng c ô n g nghệ n u ô i c ấ y m ô v t ế b o 58 Chương sở SINH HỌC PHÂN TỬ CỦA KỸ THUẬT DI TRUYỀN 70 3.1 Các n g u y ê n lý c ấ u t r ú c hoa học A D N 70 3.2 D ò n g chảy t h ô n g t i n d i t r u y ề n 72 3.3 Biểu h i ệ n gen 73 3.3.1 Q u trình p h i ê n m ã (transcription) 73 3.3.2 Q u trình dịch m ã (translation) 74 3.4 C c enzym tham gia v o q u trình sinh hoa A D N 75 3.5 Đ i ề u k h i ể n b i ể u h i ệ n gen 75 3.5.1 P h é p b i ệ n chứng n g h i ê n cứu h ệ thống sống v ấ n đ ề đ i ề u k h i ể n hoạt hoa gen 76 3.5.2 T í n h phức tạp h ệ thống sống 76 3.5.3 H ệ đ i ề u h n h gen 79 3.6 Đ ộ t b i ế n gen 89 3.7 Genom t h ô n g t i n truyền 92 3.8 P h t h i ệ n c c gen quan trọng l m c sở cho tạo giống m i 93 3.9 K ế t q u ả bước đ ầ u n g h i ê n cứu sinh học p h â n tử phục v ụ n ô n g nghiệp nước ta 95 215 C h n g C Ô N G N G H Ệ A D N T Á I T ổ H Ợ P Ì V i r u s , v i k h u ẩ n k h ả n â n g c h u y ể n t ả i vật l i ệ u d i t r u y ề n 97 4.1.1 V i k h u ẩ n 97 Ì Siêu v i k h u ẩ n X, (Phage lambda) 99 Ì C c plasmid d ù n g c h u y ể n gen 100 4.1.4 Cosmids loi Ì Siêu v i k h u ẩ n đ n sợi loi 4.2 Các enzym tham gia v o q u trình A D N tái t ổ hợp 102 4.2 Ì C c enzym cắt g i i hạn đặc thù A D N 102 4.2.2 Ligase kinase 103 4.2.3 A D N - polymerase A R N - polymerase 103 4.3 C ô n g n g h ệ A D N tái t ổ hợp 104 4.3 Ì T h ế n o m ộ t A D N tái t ổ hợp 104 4.3.2 Ý nghĩa việc t c h c c gen đặc t h ù 104 4.3.3 C c bước tạo A D N tái t ổ hợp 104 4.4 N g h i ê n cứu p h t h i ệ n c c gen ứng d ụ n g k ỹ thuật A D N tái t ổ hợp 109 4.4 Ì a-Interferon tái t ổ hợp 109 4.4.2 y-Interferon tái t ổ hợp n g i Ì lo 4.4.3 Sản x u ấ t b F G F (Basis Fibroblast G r o w t h Factor) 110 4.4.4 V a c x i n tái t ổ hợp p h ò n g v i ê m gan B - Hepatitis B virus 110 4.4.5 K ỹ thuật A D N tái tổ hợp sản x u ấ t K í t c h ẩ n đ o n b ệ n h (virus H I V ) 111 4.4.6 Chẩn đ o n virus v i ê m gan c (Hepatitis c virus - H C V ) 111 4.5 K ỹ thuật A D N tái t ổ hợp phục vụ c h u y ể n gen v o c c c â y t r n g 112 4.6 Quan đ i ể m v ề c ô n g n g h ệ gen g i ố n g c â y trồng c h u y ể n gen 112 4.7 T h v i ệ n A D N 113 4.7 Ì P h â n l o i t h v i ệ n A D N 113 4.7.2 P h n g p h p p h t h i ệ n d ò n g mang gen quan t â m 114 4.7.3 M i nhận biết A D N 115 4.7.4 T o A D N m i (probe) 115 4.8 D ự án Genom n g i 116 4.9 C c d ự n n g h i ê n c ứ u chức n ă n g h ệ gen ( F u n c t i o n a l G e n o m i c s ) v so s n h chức n â n g h ệ gen ( C o m p a r a t i v e G e n o m i c s ) 116 Chương VIRƯS VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC VIRUS 118 Ì Lịch sử p h t h i ệ n virus 118 5.2 Đặc đ i ể m chung c ấ u trúc virus 119 5.2.1 V ỏ bọc virus (capsid envelop) 216 119 5.2.2 Sinh sản virus t ế b o sinh vật chủ 119 5.2.3 C c h ế n h i ễ m bệnh virus 120 5.2.4 Chu trình sinh sản virus k ý sinh v i k h u ẩ n 5.3 M ộ t số bệnh virus nguy h i 121 122 5.3.1 Virus b i l i ệ t 122 5.3.2 V i r u s c ú m (Influenza F l u ) 123 5.3.3 Virus g â y suy g i ả m h ệ m i ễ n dịch H I V / A I D S 123 5.4 C c chiến lược c b ả n p h ò n g chống bệnh virus 124 Chương PROTEIN VÀ CÔNG NGHỆ ENZYM 125 6.1 G i i thiệu v ề protein 125 6.1.1 V a i trò protein 125 Ì C ấ u trúc protein 126 6.2 C ô n g nghệ enzym 127 6.2.1 V a i t r ò sinh hoa học enzym 128 6.2.2 M ộ t số đặc t í n h quan trọng enzym 131 6.2.3 Trung t â m hoạt hoa enzym 132 6.2.4 C c đ i ề u k i ệ n hoạt hoa t ố i ưu enzym 133 6.2.5 N g u n gốc m ộ t số enzym t h ô n g dụng 135 6.3 Úng dụng c ô n g n g h ệ enzym 136 6.3.1 M ộ t số ứng d ụ n g t r u y ề n thống t ì n h h ì n h p h t t r i ể n c ô n g n g h ệ enzym 136 6.3.2 K h a i t h c enzym t i n h c h ế c ố đ ị n h 138 6.3.3 M ộ t số l ĩ n h vực ứng dụng quan trọng enzym c ô n g n g h i ệ p 140 6.4 K ỹ thuật gen k ỹ n g h ệ protein l ĩ n h vực c ô n g n g h i ệ p enzym 141 Chương CÔNG NGHỆ SINH HỌC VI SINH 144 7.1 Sơ lược v ề lịch sử h ì n h t h n h c ô n g nghệ v i sinh 144 7.2 V a i trò v i sinh vật tự n h i ê n ứng dụng v i sinh v ậ t 144 7.3 C ô n g nghiệp l ê n men v i sinh vật 146 7.3.1 V ậ t l i ệ u c ô n g nghiệp v i sinh • 146 7.3.2 Chủng g i ố n g v i sinh c ô n g nghiệp 148 7.3.3 L ê n men c ô n g nghiệp 148 7.4 M ộ t số n g u y ê n lý sinh trưởng v i sinh v ậ t 149 Ì N u ô i c ấ y đ t (batch culture) 150 7.4.2 P h n g p h p n u ô i c ấ y liên tục 151 7.4.3 T h i ế t bị Bioreator/Fermenter 151 7.4.4 Q u y m ô c ô n g nghệ lên men 152 217 C h n g C Ô N G N G H Ệ S I N H H Ọ C Y D U Ợ C V À C H Ă N N U Ô I Ì 8.1 Dược chất dược chất sinh học (Pharmaceuticals and B i o p h a r m a c e u t i a c a l ) 155 8.1.1 K h n g sinh (antibiotics) 155 8.1.2 V a c x i n k h n g t h ể đ n d ò n g 156 8.1.3 K h n g t h ể đ n d ò n g 159 Ì M ộ t số sinh dược chữa bệnh tạo từ k ỹ n g h ệ gen 160 8.2 C c sản p h ẩ m sinh dược phục vụ c h ă n n u ô i 161 8.2 Ì C h ẩ n đ o n bệnh k h n g t h ể đ n d ò n g 161 8.2.2 K ỹ thuật gen chẩn trị bệnh 162 8.2.3 C c l o i protein t ă n g trưởng phục vụ c h ă n n u ô i 163 8.3 Đ ộ n g vật chuyển gen sản x u ấ t sinh dược hoa chất sữa 163 8.4 L i ệ u p h p gen 164 8.5 N h â n giống đ ộ n g v ậ t ưu t h ế l a i n h â n đ ộ n g v ậ t t r n g t h n h 166 Chương KỸ THUẬT DI TRUYỀN KIÊM SOÁT SÂU BỆNH 170 C c gen liên quan đ ế n k h n g sâu bệnh 9.2 C c h ế tác dụng c c gen k h n g c ô n t r ù n g m ộ t s ố t h n h t ự u đ t b i ế n nạp c c gen n y c â y trồng 170 171 9.2.1 C c h ế tác d ụ n g 171 9.2.2 M ộ t số t h n h tựu đ t 172 9.2.3 C c h ế tác dụng c c gen k h n g t u y ế n t r ù n g v m ộ t số t h n h t ự u đ t b i ế n nạp c c gen n y c c c â y trồng 174 9.2.4 C c h ế tác dụng c c gen k h n g n ấ m m ộ t số t h n h tựu đ t b i ế n nạp c c gen n y c c c â y trồng 174 9.2.5 C c gen k h n g virus m ộ t số t h n h tựu đ t b i ế n nạp c c gen n y c c c â y trổng 176 9.3 T h n h tựu sản x u ấ t m ộ t số c c giống c â y t r ổ n g c h u y ể n gen k h n g sâu b ệ n h 177 Chương 10 CÔNG NGHỆ SINH HỌC PHỤC vụ TRONG TRỌT 178 10 Ì T ầ m quan trọng n g n h trồng t r ọ t 178 10.2 C c c h u y ê n n g n h C N S H phục v ụ trồng t r ọ t 178 10.2 Ì C ô n g nghệ gen c ô n g n g h ệ t ế b o tạo g i ố n g c â y trồng 179 10.2.2 N h ữ n g t h n h tựu n ổ i bật n h ấ t l ĩ n h vực tạo g i ố n g vai t r ò n ó đ ố i v i n g n h trồng trọt 185 10.2.3 C ô n g nghệ sinh học bảo v ệ thực vật phục vụ trồng trọt 190 10.2.4 C ô n g nghệ p h â n h ữ u c v i sinh sinh học phục vụ t r ổ n g trọt 193 10.2.5 CNSH n ề n n ô n g nghiệp hữu c 194 10.3 M ộ t số v ấ n đ ề đ ặ t đ ố i v i n g n h trồng trọt vai trò c ô n g n g h ệ sinh học nước ta 218 195 10.3.1 N h ữ n g t h c h thức l n c c v ù n g sản x u ấ t n ô n g n g h i ệ p nước ta m ộ t số g i ả i p h p c ô n g nghệ 195 10.3.2 CNSH trồng trọt tham gia v o m ộ t số c h n g trình k i n h t ế x ã h ộ i l n 196 Chương li CỒNG NGHỆ SINH HỌC VÀ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG SINH THÁI VÀ N À N G LƯỢNG 198 11 Ì ô n h i ễ m hoa học m ô i trường sống bệnh lý 198 11.2 Ô n h i ễ m k h ô n g k h í 199 11.3 T c động c ô n g nghiệp C ô n g nghệ sinh học xanh 200 11.3.1 Hai q u trình trái ngược h n h t i n h , c c v ấ n đ ề t h i đ i tương lai trái đ ấ t 200 11.3.2 V a i trò CNSH xanh hay k h ả n ă n g n g i t c đ ộ n g v o thảm xanh thực vật n h t h ế n o ? 202 11.4 L m sinh học (Bioremediation) 205 11.5 Các g i ả i p h p c ả i t h i ệ n m ô i trường k h c 209 11.5.1 Thay t h ế chất dẻo tổng hợp chất d ẻ o sinh học (Bioplastics) 209 11.5.2 G i ả m p h â n b ó n hoa học t ă n g c n g p h â n b ó n sinh học 209 11.5.3 T ă n g c n g sử dụng c c tác n h â n bảo v ệ thực v ậ t sinh học 210 11.6 K ế t l u ậ n 210 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 212 219 GT Công nghệ sinh học 63-630 NN-2007 1018/21-08 [...]... à k ỹ thuật về sự sống t h à n h c ô n g nghiệp sinh học Công nghiệp sinh học là q u á t r ì n h sản x u ấ t h à n g loạt, quy m ô l ớ n c á c sản p h ẩ m sinh học bao g ồ m c á c hoạt chất sinh học, v ậ t l i ệ u sinh học, sinh k h ố i t ế b à o đ ộ n g , thực vật và v i sinh vật ( c ô n g n g h i ệ p lên men), c á c c h ế p h ẩ m sinh học ( k h á n g sinh, c á c enzym, protein, peptid hoạt t í n h... trở t h à n h m ộ t khoa học đ ộ c l ậ p T ư ơ n g t ự n h ư v ậ y sẽ là protein học, t o á n sinh học, đ i ề u k h i ể n học sinh học và nano sinh học sẽ d ầ n trở t h à n h c á c n g à n h học c h u y ê n sâu 1.2.2 C á c n g à n h k h o a h ọ c c ô n g n g h ệ v ề s ự s ố n g - C ô n g n g h ệ s i n h h ọ c Sự p h á t t r i ể n của c á c khoa n g à n h Khoa học - Công học cơ bản v ề sự sống đ ã... - CNSH M ô i trường - Sinh thái - CNSH và n ă n g lượng sinh học - CNSH và v ậ t l i ệ u m ớ i 1.2.4 C á c n g à n h k h o a học c ô n g n g h ệ t ự n h i ê n Sự p h á t t r i ể n của c á c n g à n h khoa học tự n h i ê n n h ư t o á n học, v ậ t lý học, hoa học, tin học, t h i ê n v ă n học và c á c n g à n h khoa học v ề trái đ ấ t đ ã tạo ra h à n g loạt c á c n g à n h Khoa học - C ô n g n g h ệ... được g i ớ i hạn b ở i số lượng n h i ễ m sắc t h ể nhất định v ớ i c á c trình tự k h á n g h i ê m ngặt của c á c gen trong m ỗ i n h i ễ m sắc thể T ạ i sao vậy? T í n h hợp lý trong tổ chức và hoạt đ ộ n g của h ệ gen là cả m ộ t khoa học đầy bí ẩn Các khoa học n h ư d i truyền học, sinh học p h â n tử đ i ề u k h i ể n học sinh học sẽ phải lý g i ả i các bí ẩn đ ó H i ệ n t ạ i c h ú n g ta được... p h ẩ m dược (vacxin and biopharmaceutical technology) và c á c khoa học c ô n g n g h ệ k h á c 1.2.3 C á c n g à n h c ô n g n g h ệ s i n h học ứ n g d ụ n g Sự p h á t t r i ể n của c á c khoa học - c ô n g nghệ sinh học sẽ tạo ra sự b ù n g n ổ của c á c lĩnh vực k h á c nhau của khoa học CNSH ứng dụng, bao g ồ m : - CNSH y học: c ô n g n g h ệ vacxin và c h ế p h ẩ m dược, l i ệ u p h á p gen,... làm giảm sử dụng thuốc hoa học 5.5 Sản xuất chất dẻo sinh học, dễ tiêu biến sau sử - Sản xuất chất dẻo từ các sinh vật, các dụng để thay thế chất dẻo tổng hợp hoa học khó polymer sinh học phân huy 5.6 Tăng cường cố định C0 từ khí quyển đồng thời - Nâng cao khả năng quang hợp của cây tăng giải phóng dưỡng khí 0 bằng thảm xanh thực trổng và thực vật quang hợp biển vật và các sinh vật quang hợp - MỞ rộng... 21.000 gen ở n g ư ờ i đ ã được m ã hoa (đọc trình tự); - C h ư ơ n g trình genom của m ộ t số c á c sinh v ậ t quan trọng; - C h ư ơ n g trình chức n ă n g genom (functional genomics) v ớ i sự tham gia của n h i ề u p h ư ơ n g p h á p c ô n g n g h ệ m ớ i n h ư so s á n h Genom (comperative genomics), protein học (proteomics), c ô n g n g h ệ nano sinh học N h ư v ậ y , đ ế n c u ố i thiên n i ê... c á c đặc t í n h c ă n bản trên đ â y của c ơ t h ể sống 1.4.1 Khám phá bản chất của sự sống và khả năng cải tạo sinh giới bằng công nghệ sinh học Gen và c ấ u t r ú c của gen quy định m ọ i đặc tính của c ơ t h ể sống và tính đ a dạng phong p h ú của h ệ sinh t h á i M u ố n c ả i tạo sinh g i ớ i phải t á c đ ộ n g trực t i ế p v à o gen Sau n h ữ n g p h á t m i n h của M e n d e l và M o r g a... ô n g n g h i ệ p sinh học trở nên phổ biến - Thuốc chữa b ệ n h và p h ò n g bệnh cho n g u ô i và gia s ú c : insulin, i n t e r í e r o n , vacxin tạo ra n h ờ c á c k ỹ thuật tái t ổ hợp A D N và c h u y ể n gen - C á c chất đ i ề u t i ế t sinh trưởng, p h á t t r i ể n và sinh sản c â y trồng, v ậ t n u ô i đặc b i ệ t là hormon sinh t r ư ở n g và c á c chất hoạt tính sinh học k h á c - C á... Lĩnh vực công nghệ và sản phẩm 1.2) Đặc trưng cơ bản 1 CNSH thực vật 1.1 Công nghệ vi nhân giống: Nhân nhanh các cây trồng có giá trị kinh tế cao bằng công nghệ nuôi cấy tế bào như hoa, cây cảnh, cây ăn quả, cây dược liệu, cây lâm nghiệp nhưtếch , cây có dầu như cọ dầu 1.2 Làm sạch bệnh: Làm sạch bệnh các vật liệu nhân Rất cần đối với nhân giống sạch bệnh và trao giống bằng nuôi cấy đỉnh sinh trưởng ... học Sinh lý học Toán sinh học Điều khiển học sinh học Genom học Protein học Tế bào học Mô phôi học Sinh thái học Bệnh học Miễn dịch học Công nghệ tế bào Công nghệ erưym protein Công nghệ vi sinh. .. triển công nghệ sinh học? Công nghệ sinh học gì? Công nghệ sinh học bao gồm học công nghệ nào? ngành Quan hệ CNSH Các kiến thức Vai trò khám phá chất sống khả cải tạo sinh giới Vai trò công nghệ sinh. .. o a học c b ả n v ề sống - Di truyền học Sinh hoa học - Sinh học p h â n tử Bệnh học - T ế b o học Phỏng sinh học - M ô p h ô i học Đ i ề u k h i ể n học sinh học - Sinh lý học T o n sinh học