1. Mở đầu 1.1. Công nghệ DNA tái tổ hợp là gì? Công nghệ DNA tái tổ hợp (còn gọi là kỹ thuật di truyền hay kỹ thuật gen) là một bộ phận quan trọng và là công nghệ chìa khóa (key technology) của lĩnh vực công nghệ sinh học. Công nghệ DNA tái tổ hợp được ra đời trên cơ sở các thành tựu của sinh học phân tử và hiện nay đang đóng vai trò cách mạng đối với sự phát triển của sinh học cũng như cải tạo sinh giới. Các kỹ thuật tái tổ hợp DNA đã cho phép các nhà công nghệ sinh học phân lập và khuếch đại một gen đơn từ genome của một sinh vật để có thể nghiên cứu, biến đổi và chuyển nó vào trong một cơ thể sinh vật khác. Các kỹ thuật này còn được gọi là tạo dòng gen do nó có thể sản xuất ra một số lượng lớn các gen xác định. 1. Mở đầu Sự khám phá ra các enzyme hạn chế trong những năm đầu của thập kỷ 70, thế kỷ XX là sự phát triển then chốt, không chỉ cho việc phân tích DNA hiệu quả hơn, mà còn cung cấp khả năng cắt phân tử DNA để tạo ra các đoạn DNA tái tổ hợp mới, mà ngày nay gọi là tạo dòng gen. Phương pháp tạo dòng này đã báo hiệu một kỹ năng mới trong thao tác phân tích và khai thác các phân tử nucleic acid. 1.2. Mục đích tạo DNA tái tổ hợp DNA tái tổ hợp được chế tác với mục đích là để thực hiện một quá trình gọi là sự tách dòng. Tách dòng là sự tách lập và thu nhận nhiều bản sao đồng nhất của một gen hay của một mảnh đoạn DNA. Tách dòng có thể được đi kèm hoặc không được đi kèm với sự biểu hiện protein. Những áp dụng này của DNA tái tổ hợp dùng để thiết lập các ngân hàng bộ gen, cDNA hoặc tổng hợp protein, enzyme, hormone, Hình 1.1. Cấu tạo phân tử DNA tái tổ hợp 1.3. Quy trình tạo DNA tái tổ hợp Quy trình công nghệ tạo DNA tái tổ hợp gồm 4 bước: - Tách đoạn gen. - Ghép đoạn gen với vector. - Nhân dòng phân tử trong tế bào vi khuẩn. - Sàng lọc dòng vi khuẩn mang gen mong muốn. Hình 1.2. Quy trình tạo DNA tái tổ hợp 1.4. Một vài công trình nghiên cứu về công nghệ DNA tái tổ hợp - Năm 1972, phân tử DNA tái tổ hợp đầu tiên được tạo ra tại trường Đại học Stanford ( Mỹ ) do nhà khoa học Paul Berg và các cộng sự thực hiện bằng cách sử dụng đặc tính cắt của enzym giới hạn (Restriction enzym) và khả năng nối các mạch DNA với nhau của enzym nối ligase. - Năm 1973, Staley Cohen và Boyer đã tạo ra những phân tử DNA tái tổ hợp từ các loài khác nhau, có nhiều ưu điểm và đã được biến nạp vào tế bào chủ. Và từ đây, công nghệ DNA tái tổ hợp ra đời. - Hoormone sinh trưởng người (hGH-human growth hoocmon) là thành tựu đầu tiên của công nghệ DNA tái tổ hợp. - Vào những năm đầu của thập kỷ 80 thế kỷ XX, người ta đã sản xuất interferol, sản xuất protein chống đông máu v.v… nhờ kỹ thuật ADN tái tổ hợp - Năm 1979, đã sản xuất và thương mại hóa hoormone insulin người bằng công nghệ DNA tái tổ hợp bằng cách chèn gen mã hóa hoormone insulin của người vào plasmid và chuyển vào vi khuẩn để sản xuất insulin người. 2. Công nghệ DNA tái tổ hợp và những thành tựu đã đạt được 2.1. Khái niệm DNA tái tổ hợp là một phân tử DNA nhỏ, được lắp ráp từ các đoạn DNA lấy từ thể truyền và gen cần chuyển. Năm 1973, Staley Cohen và Annie Chang đã tạo ra những phân tử DNA tái tổ hợp từ các loài khác nhau, có nhiều ưu điểm và đã được biến nạp trong tế bào chủ. Và từ đây, công nghệ DNA tái tổ hợp ra đời. Hình 2.1. Quy trình tạo phân tử DNA tái tổ hợp 2. Công nghệ DNA tái tổ hợp và những thành tựu đã đạt được 2.2. Một số thành tựu đã đạt được: - Vaccine DNA: đây là loại nucleic acid vaccine, dựa trên nguyên lý một gen mã hóa cho protein kháng nguyên đặc hiệu được tiêm vào vật chủ (tế bào động vật hoặc vi sinh vật) để sản xuất các kháng nguyên này và khởi động một phản ứng miễn dịch. Nhiều vaccine phòng virus hiện nay (sởi, bại liệt, dại…) đều được sản xuất từ nuôi cấy tế bào động vật mà không phải là tế bào vi sinh vật. Phân lập một hoặc nhiều gen từ tác nhân gây bệnh (pathogen), đưa các gen này vào trong vòng DNA của plasmid và đóng lại (a). Các vòng DNA sau đó được đưa vào trong các nhóm tế bào nhỏ, thường bằng cách tiêm vào tế bào cơ (b) hoặc đẩy vào da nhờ súng bắn gen (c). Các gen được chọn lựa mã hóa cho các kháng nguyên, các chất có thể gây ra một đáp ứng miễn dịch, thường được sản xuất bởi tác nhân gây bệnh. Hình 2.2. Mô hình sản xuất DNA vaccine Có tính an toàn cao, nhất là tránh được độc tính của virus. Một số vaccine DNA tái tổ hợp đã được ứng dụng rộng rãi như: viêm gan B, viêm não Nhật Bản, dịch tả, sởi, bại liệt, dại, sốt rét, lỡ mồm long móng - Vaccine thực phẩm Giá thành rẻ Ổn định Dễ dàng sản xuất trên quy mô lớn Dễ quản lý Không cần tinh sạch Bảo quản lâu Dễ vận chuyển [...]... tái tổ hợp - Sản xuất xomatostatin bằng công nghệ plasmit tái tổ hợp Xomatostatin là loại hormon được tổng hợp ở não người và động vật với lượng cực nhỏ, có vai trò điều hòa hormon sinh trưởng và insulin đi vào máu và kiểm tra xự tổng hợp 2 hormon trên Gen mã hóa xomatostatin được tổng hợp invitro, sau đó gắn vào plasmit Plasmit tái tổ hợp được biến nạp vào tế bào E.Coli và xomatostatin được tổng hợp... khuẩn nốt sần cây họ Đậu chuyển vào các cây không phải họ Đậu, tạo ra giống mới cho năng suất cao mà không cần đến phân đạm Tạo ra giống thuốc lá mới mang gen kháng virut TMV ( tobaco mosaic virus) Hình 2.5 Tạo dòng vi khuẩn mang DNA tái tổ hợp có chứa gen insulin người Hình 2.6 Tạo vaccine virus H5N1, cơ chế loại độc tính ở gen HA của virus H5N1 Hình 2.7 Vaccine tái tổ hợp HBsAg - Sản xuất các protein... tabacum), hGM-CSF + Kháng thể đơn dòng IgG1 của chuột 3 Kết luận Khi những thí nghiệm khởi đầu dẫn đến sự ra đời của kỹ thuật DNA tái tổ hợp được thực hiện và sự xuất hiện insulin-sản phẩm đầu tiên vào năm 1982, và thí nghiệm chuyển gen vào cây trồng năm 1982 thành công thì đến nay công nghệ DNA tái tổ hợp đã có những bước tiến khổng lồ trong các lĩnhvực nông nghiệp (cải thiện giống cây trồng ), y dược (liệu... thiện giống cây trồng ), y dược (liệu pháp gen, liệu pháp protein, chẩn đoán bệnh ), công nghiệp thực phẩm (cải thiện các chủng vi sinh vật, vaccine thực phẩm ) Với những kỹ thuật hiện đại, công nghệ DNA chắc chắn sẽ phát triển mạnh mẽ trong tương lai với nhiều thành tựu quan trọng mà hiện nay vẫn còn đang được nghiên cứu . gen, cDNA hoặc tổng hợp protein, enzyme, hormone, Hình 1.1. Cấu tạo phân tử DNA tái tổ hợp 1.3. Quy trình tạo DNA tái tổ hợp Quy trình công nghệ tạo DNA. chốt, không chỉ cho việc phân tích DNA hiệu quả hơn, mà còn cung cấp khả năng cắt phân tử DNA để tạo ra các đoạn DNA tái tổ hợp mới, mà ngày nay gọi