KỸ THUẬT DNA & CÔNG NGHỆ SINH HỌC Các thuật ngữ khái niệm Trình tự gene người hồn tất vào – 2007 2007 Trình tự gene 7000 loài tiến hành ((từ -2010) ) Kỹ thuật giải trình tự DNA phụ thuộc vào tiến công nghệ, bắt đầu với kỹ thuật tái tổ hợp DNA  Kỹ thuật tái tổ hợp DNA: trình tự nucleotide từ sinh vật khác nhau, thường loài khác nhau, tổổ hợp với ống ố nghiệm (in vitro) phân tử DNA Kỹ thuật h ậ tái tổổ hợp h DNA then h chốt hố ủ kỹ thuật h ậ gene (genetic engineering), kỹ thuật thao tác gene (manipulation ( i l ti off gene)) nhằm hằ phục h vụ cho h mục đích thực tiễn Các thuật ngữ khái niệm  Công nghệ sinh học: thao tác sinh vật hay thành phần chúng để làm nên sản phẩm hữu ích Ví dụ: ụ kỹỹ thuật ậ microarray: y ự đo mức độộ biểu ệ hàng ngàn gene khác Genomics: khoa học gen, xác định trình tự nucleotide DNA gen, chức chúng, bao gồm giải trình tự, tổ chức gen, đột biế mức biến ứ độ DNA vàà nghiên hiê cứu ứ dòng dò chảy thơng thơ tin từ DNA đến protein tế bào, mô hay thể thể Proteomics: khoa học nghiên cứu chức tất protein biểu hiện, bao gồm: nghiên cứu cấu hình (conformation), vị trí (localization), biến đổi (modification), tương tác (interaction), vàà chức ă (function) (f i ) Dựa cấu trúc protein + hổ trợ máy tính → thiết kế thuốc Proteomics is the study of the function of all expressed proteins (Tyers, M., & Mann, M (2003) From genomics to proteomics i Nature, N 422(6928) 193-197 422(6928), 193 197.)) Nếu genomics giúp cho việc chẩn đoán sớm việc ngan ngăn ngưa ngừa va chưa chữa trò nhieu nhiều bệnh se nhơ nhờ kết proteomics Các nghiên cứu proteomics cho thay thấy so số bệnh, h phan phân tư tử protein người bình thường người bệnh không khac khong khác nhau, protein người bệnh thiếu biến đổi sau dòch mã 55 What is Bioinformatics? Sử dụng Bioinformatics: • Lưu trữ/ truy xuất thơng tin sinh học (database) • Truy xuất/ so sánh trình tự gen • Dự đốn chức gen/protein chưa biết ế • Tìm kiếm chức năngg ợ nghiên g cứu ộ gen • So sánh liệu với nghiên cứu khác • Soạn thảo, đóng góp liệu Chương trình truy xuất trình tự National Center for Biotechnology Information GenBank and other genome databases Ch Chương t ì h so sánh trình h trình t ì h tự t BLAST GCG MacVector Chương trình cấu trúc protein 3D modeling programs – RasMol, Protein Explorer Tìm kiếm tương g đồng: g BLAST (Basic Local Alignmet Search Tool) Tìm kiếm liệu trình tự gen/protein quan tâm Gióng hàng so sánh trình tự truy vấn trình tự ngân hàng liệu, liệu cho phép tìm kiếm trình tự khơng bắt cặp, khoảng trống (gap), xác định độ tương đồng →Có thể xác định cấu trúc, trúc chức tiến hóa gen Ví dụ % identity CATTATGATA 70% GTTTATGATT MRCKTETGAR 90% Amino acids Symbols Amino acids Symbols Alanine Ala A Methionine Met M Cysteine Cys C Asparagine Asn N Aspartic acid Asp D Proline Pro P Glutamic acid Glu E Glutamine Gln Q Phenylalanine Phe F Arginine Arg R Glycine Gly G Serine Ser S Hi tidi Histidine Hi His H Th Threonine i Th Thr T Isoleucine Ile I Valine Val V Lysine Lys K Tryptophan Trp W Leucine Leu L Tyrosine Tyr Y MRCGTETGAR 10 Reproductive Cloning of a Mammal by Nuclear p Transplantation 66 Mèo Mẹẹ cho nhân nhân dòngg CC ((carbon copy) py) Màu sắc khác hai mẹ do: random X chromosome inactivation 67 Figure 20.19 20 19 How stem cells maintain their own population and generate differentiated cells 68 Embryonic stem cells (ES) Adult stem cells Figure 20.20 20 20 Working with stem cells cells ES có tính pluripotent (tế bào ggốc tồn năng) g) Sử dụng ES để trị liệu: therapeutic cloning 69 Tế bào gốc toàn cảm ứng ((induced ppluripotentstem p cell ((iPS cell)) Stem cell Precursor cell Bốn gen điều hòa điều khiển “stem cell” đưa vào sử dụngg vector nhân dòngg retrovirus iPS cell Skin fibroblast cell 70 Ứng dụng thực tiễn CNSH sử dụng kỹ thuật DNA 71 Trong y học:  ẩ đoán: dùng RT-PCR chẩn Chẩn ẩ đoán HIV; PCR đểể chẩn đoán bệnh ệ hồngg cầu hình liềm,, máu khó đơng, g, xơ nang, Huntington, loãng dưỡng bắp bé trai (chẩn đốn trươc có triệu chứng, trước sinh); PCR microarray tìm SNP; microaray phân tích biểu gen bệnh nhân ung thứ vú Điề trị: Phân tích biểu Điều biể gen giúp bác sĩ đưa phương pháp điều trị thích hợp 72 Human Gene Therapy (liệu pháp gen) Gen nhân dòng (allele bình thường khơng có người bệnh) Capsid virus 1) Chèn RNA allele bình thường vào retrovirus hay vectro virus khác RNA virus 2)) Virus nhiễm vào tế bào tủyy xương lấy từ thể bệnh nhân nuôi cấy 3) DNA virus i mang gen bình bì h thường chèn vào NST Tế bào tủy xương từ bệnh nhân 4) Tiêm tế bào vào bệnh nhân 73 DƯỢC PHẨM Tổng hợp phân tử nhỏ để làm thuốc: xác định trình tự cấu trúc protein quan trọng cho sống ủ tế bào bà khối u → xác định đị h vaii trò t ò ủ phân hâ tử nhỏ hỏ việc đánh bại tế bào ung thư thông qua việc block (khóa) protein tế bào ung thư Ví dụ: imatinib (tên thương mại Gleevec) có tác dụng chữa bệnh ung thư bạch cầu tủy mãn tính ( h i myelogenous (chronic l l k i leukemia (CML): ức chế tyrosine kinase chuyên biệt (được biểu vượt mức NST chuyển vị) 75 SẢN XUẤT PROTEIN TỪ NUÔI CẤY TẾ BÀO Human insulin Human growth hormone (HGH) Tissue plasminogen activator (TPA): làm tan cục máu, giảm nguy nhồi máu tim 77 SẢN XUẤT PROTEIN BởiCÁC ĐỘNG VẬT “PHARM ANIMAL” Transgenic animal :động vật chuyển gen Dê chuyển gen mang gen sản xuất antithrombin sữa Tinh sach protein từ sữa 78 BẰNG CHỨNG PHÁP Y & DỮ LIỆU DI TRUYỀN  Trình tự DNA cá thể (trừ trường hợp sinh đơi) → Độ xác kiểm tra liệu DNA cao đáng tin cậy y cá thể ợ  Bộộ dấu ấn di truyền phân tích → Dữ liệu di truyền “genetic profile” – “DNA fingerprint” g p  Dấu ấn short tandem repeats (STRs: trình tự lặp lại ngắn: 2- nucleotide) xây dựng nên “genetic profile”: sốố lần ầ lập lại STR cá thểể khác quần thể 79 80 THỰC VẬT CHUYỂN GEN  Chuyển vào thực vật gen mong muốn: kháng thối nhũng, nhũng chín chậm, chậm kháng bệnh, bệnh chịu đươc khô hạn, hạn tăng sản lượng chất lượng ợ sử dụng: ụ g pplasmid Ti từ vi khuẩn  Vector thườngg đất Agrobacterium tumefaciens Plasmid Ti (tumorinducing g p plasmid ) chèn ộ đoạn DNA vào DNA NST tế bào chủ 84 Chính phủ tổ chức pháp lý khắp giới tìm cách hổ trợ áp dụng CNSH NN, NN CN y học song song với kiểm tra phê chuẩn sản phẩm tiến trình SX đảm bảo an tồn Ví dụ: Mỹ: The Food and Drug Administration, Administration the Environmental Protection Agency, the National Institutes of Health, and the Department of A i l Agriculture 87