Đại học Thái Nguyên Khoa Khoa học Tự nhiên và Xã hội Báo cáo Nhập môn CÔNG NGHỆ SINH HỌC Công nghệ sinh học Phân tử Công nghệ sinh học Phân tử Công nghệ sinh học Vi sinh vật Công nghệ sinh học Vi sinh vật Công nghệ sinh học Thực vật Công nghệ sinh học Thực vật và Động vật và Động vật I. Công nghệ sinh học Phân tử I. Công nghệ sinh học Phân tử 1. Công nghệ gen 1. Công nghệ gen 1.1 Các công cụ 1.1 Các công cụ - Enzim: RE, ligase, polimerase, nuclease… Enzim: RE, ligase, polimerase, nuclease… - Vector chuyển gen: Phân tử AND có khả năng tái Vector chuyển gen: Phân tử AND có khả năng tái sinh, tồn tại độc lập trong tế bào và mang được sinh, tồn tại độc lập trong tế bào và mang được gen cần thiết. gen cần thiết. - Tế bào vật chủ: nuôi được số lượng lớn, có khả Tế bào vật chủ: nuôi được số lượng lớn, có khả năng sinh sản nhanh, biểu hiện được gen (nhất là năng sinh sản nhanh, biểu hiện được gen (nhất là các gen ở sinh vật bậc cao). các gen ở sinh vật bậc cao). Vi khuẩn Escherichia coli Nấm men S. cerevisiae Hình 1 + 2 Một số hệ thống tế bào vật chủ 1.2 Các kĩ thuật và phương pháp cơ bản 1.2 Các kĩ thuật và phương pháp cơ bản • Phương pháp tách chiết Axit nucleic Phương pháp tách chiết Axit nucleic • Phương pháp phân lập gen Phương pháp phân lập gen • Lai Axit nucleic Lai Axit nucleic • Tạo AND tái tổ hợp Tạo AND tái tổ hợp • Biến nạp AND tái tổ hợp vào tế bào Biến nạp AND tái tổ hợp vào tế bào • Chọn lọc dòng và nghiên cứu biểu hiện gen Chọn lọc dòng và nghiên cứu biểu hiện gen • Phương pháp xác định trình tự AND Phương pháp xác định trình tự AND >> Ứng dụng: >> Ứng dụng: Nghiên cứu cấu trúc genome Nghiên cứu cấu trúc genome Công nghệ ARN (ARN antisence, iARN, libozyme) Công nghệ ARN (ARN antisence, iARN, libozyme) Công nghệ tạo protein tái tổ hợp Công nghệ tạo protein tái tổ hợp Tạo sinh vật chuyển gen Tạo sinh vật chuyển gen 2. Công nghệ protein – enzyme 2. Công nghệ protein – enzyme 2.1 Các bậc cấu trúc 2.1 Các bậc cấu trúc Hình 3 – Các bậc cấu trúc của protein 2.2 Các phương pháp 2.2 Các phương pháp - Phân lập các protein có hoạt tính sinh học mới trong Phân lập các protein có hoạt tính sinh học mới trong tự nhiên. tự nhiên. - Sử dụng công nghệ gen tạo ra các protein với các Sử dụng công nghệ gen tạo ra các protein với các chủng đã có. chủng đã có. 2.3 Ứng dụng 2.3 Ứng dụng - Protein trị liệu: các yếu tố làm đông máu, tan máu, giữ Protein trị liệu: các yếu tố làm đông máu, tan máu, giữ máu không đông; Các hormone và các nhân tố tăng máu không đông; Các hormone và các nhân tố tăng trưởng (insulin, glucagon, HGH…); Interferon, trưởng (insulin, glucagon, HGH…); Interferon, interleukine; Các vaccine và kháng thể… interleukine; Các vaccine và kháng thể… - Enzym công nghiệp: Các enzym làm biến đổi gluxit Enzym công nghiệp: Các enzym làm biến đổi gluxit (amylase, cellulase, isomerase…); Các protease (amylase, cellulase, isomerase…); Các protease (rennin, papain, các protease kiềm, trung tính, axit…). (rennin, papain, các protease kiềm, trung tính, axit…). - Một số enzym khác: lipase, Taq, RE, … Một số enzym khác: lipase, Taq, RE, … II. Công nghệ sinh học Vi sinh vật (VSV) II. Công nghệ sinh học Vi sinh vật (VSV) Đây là một bộ phận lớn nhất của CNSH, nó ra đời Đây là một bộ phận lớn nhất của CNSH, nó ra đời sớm nhất và có quá trình phát triển lâu dài nhất, có sớm nhất và có quá trình phát triển lâu dài nhất, có nhiều sản phẩm và doanh số cao nhất. nhiều sản phẩm và doanh số cao nhất. Hình 4 Một số sản phẩm lên men truyền thống 1. Các phương pháp chọn và tạo giống VSV 1. Các phương pháp chọn và tạo giống VSV - Chọn giống: - Chọn giống: + Chọn VSV có năng suất cao trong thời gian ngắn. + Chọn VSV có năng suất cao trong thời gian ngắn. + Tế bào VSV dễ tách ra khỏi dung dịch. + Tế bào VSV dễ tách ra khỏi dung dịch. + VSV không gây bệnh, tạo độc tố hay chất có hoạt tính + VSV không gây bệnh, tạo độc tố hay chất có hoạt tính sinh học khác. sinh học khác. + Ổn định về mặt di truyền, kháng lại Bacteriophage. + Ổn định về mặt di truyền, kháng lại Bacteriophage. - Phương pháp: - Phương pháp: + Phân lập trong tự nhiên + Phân lập trong tự nhiên + Gây đột biến vi sinh vật + Gây đột biến vi sinh vật + Công nghệ gen + Công nghệ gen + Kĩ thuật đông khô + Kĩ thuật đông khô Hình 5 – Hệ thống kiểm soát môi trường lên men 2. Công nghệ lên men 2. Công nghệ lên men - Lên men là quá trình biến đổi do VSV thực hiện trong Lên men là quá trình biến đổi do VSV thực hiện trong điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí. điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí. - Các sản phẩm của công nghệ lên men - Các sản phẩm của công nghệ lên men + Sinh khối VSV: sản xuất bánh mì, protein đơn bào, chế + Sinh khối VSV: sản xuất bánh mì, protein đơn bào, chế phẩm diệt côn trùng… phẩm diệt côn trùng… + Enzym VSV: amylase, cellulase, protease… + Enzym VSV: amylase, cellulase, protease… + Các sản phẩm trao đổi chất: rượu, bia, axit amin, axit + Các sản phẩm trao đổi chất: rượu, bia, axit amin, axit hữu cơ, kháng sinh, … hữu cơ, kháng sinh, … + Sản phẩm chuyển gen: protein tái tổ hợp, yếu tố đông + Sản phẩm chuyển gen: protein tái tổ hợp, yếu tố đông máu… máu… + Các sản phẩm chuyển hóa sinh học như vitamin, + Các sản phẩm chuyển hóa sinh học như vitamin, steroid, acrylamide… steroid, acrylamide… + Các đại phân tử sinh học và chất họat động bề mặt + Các đại phân tử sinh học và chất họat động bề mặt [...]...III Công nghệ sinh học Thực vật và Động vật 1 Công nghệ sinh học thực vật 1.1 Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Do tế bào thực vật có tính toàn năng nên dễ tiến hành nuôi cấy Để nuôi cấy mô thực vật có hiệu quả cần thành thạo các kĩ thuật... đang phân chia mạnh, nhất là dễ tạo mô sẹo - Mẫu cấy phải vô trùng khi đưa vào môi trường nuôi Hình 7 – Nuôi cấy mô ở Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam (3/2007) - Nuôi cấy mô phân sinh: Mẫu nuôi cấy thường là đỉnh sinh trưởng, công việc theo các bước: Mẫu cây => Khử trùng bề mặt => Rửa nhiều lần cho sạch chất sát trùng => Môi trường nuôi => Tạo mô sẹo => Tạo cụm chồi => Nhân giống - Đặt mẫu vào... cho thụ tinh với tinh trùng trong ống nghiệm hoặc đĩa petri, sau đó chuyển phôi vào tử cung người Đứa bé sinh ra trong ống nghiệm đầu tiên năm 1978 tại Mỹ, hiện đã lấy chồng và có con theo cách thức tự nhiên Năm 1995 kĩ thuật tiêm tinh trùng vào tế bào chất ra đời tăng khả năng thành công 2.2 Tạo sinh vật chuyển gen - Một số phương pháp chuyển gen động vật: tải nạp, vi tiêm, bắn vi đạn đạo… Hình 11:... Sản xuất các loại pro quý + Tạo động vật lấy các cơ quan cấy ghép cho con người + Tạo động vật có tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh… - 2.3 Tế bào gốc - Khái niệm: Tế bào gốc là những tế bào có khả năng phân chia mạnh, có khả năng biệt hóa thành các tế bào khác nhau - Có thể bắt nguồn từ tế bào sinh dưỡng hoặc tế bào phôi (phôi nang hoặc thai 8 tuần) - Các ứng dụng: + Nuôi cấy tế bào động vật (SX pro,... cellulase và pectinase thì sẽ nhận được tế bào trần - Tùy vào điều kiện các chất kích thích tăng trưởng trong môi trường mà có thể điều khiển sự phát triển của mô sẹo Hình 8 - Sơ đồ tóm tắt các khả năng tái sinh khác nhau của tế bào thực vật 1.2 Các phương pháp chuyển gen ở thực vật Do tế bào thực vật có vách cứng nên các nhà nghiên cứu tìm nhiều phương pháp khác nhau để chuyển gen vào tế bào a, Chuyển gen... so với các ngành khác - Kĩ thuật trồng nấm không phức tạp - Thị trường tiêu thụ trên toàn thế giới tăng nhanh do sự phát triển chung của xã hội và dân số Hình 10 - Nấm rơm và nấm linh chi 2 Công nghệ sinh học Người & Động vật Bao gồm các lĩnh vực chủ yếu như nuôi cấy mô tế bào, cấy ghép cơ quan, nhân bản vô tính… 2.1 Thụ tinh nhân tạo - Được áp dụng ở động vật (chó) từ năm 1782, đặc biệt từ 1949 đã . môn CÔNG NGHỆ SINH HỌC Công nghệ sinh học Phân tử Công nghệ sinh học Phân tử Công nghệ sinh học Vi sinh vật Công nghệ sinh học Vi sinh vật Công nghệ sinh. khả năng sinh sản nhanh, biểu hiện được gen (nhất là năng sinh sản nhanh, biểu hiện được gen (nhất là các gen ở sinh vật bậc cao). các gen ở sinh vật bậc