ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC (TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN NGÀNH CHĂN NUÔI THÚ Y)

58 1.2K 4
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC  (TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN NGÀNH CHĂN NUÔI THÚ Y)

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC (TÀI LIỆU DÙNG CHO SINH VIÊN NGÀNH CHĂN NUÔI THÚ Y) Mã số mơn học: CN2210 Số tín chỉ: 02 Lý thuyết: 28 tiết Thảo luận: tiết CHƯƠNG Tổng quan công nghệ sinh học Số tiết: 02 tiết (Lý thuyết: 02 tiết; tập, thảo luận: tiết) *) Mục tiêu - Về kiến thức + Khái niệm, lịch sử phát triển công nghệ sinh học + Phân loại công nghệ sinh học, thành tựu công nghệ sinh học + Triển vọng ứng dụng công nghệ sinh học lâm nghiệp - Về kĩ + Khái qt hóa, triển khai vấn đề + Phân tích hình ảnh, bảng biểu, sơ đồ minh họa + Liên hệ, vận dụng thực tiễn đời sống - Về thái độ + Sinh viên có thái độ nghiêm túc, tích cực chủ động, sáng tạo q trình học tập nghiên cứu, tư khoa học biện chứng + Có hứng thú say mê nghiên cứu khoa học 1.1 Khái niệm công nghệ sinh học - Công nghệ sinh học hiểu theo hai nghĩa rộng hẹp + Theo nghĩa rộng Cơng nghệ sinh học bao gồm thành tựu, ứng dụng sinh học thực tiễn đời sống người xuất từ hàng trăm kỷ + Công nghệ sinh học hiểu theo nghĩa hẹp liên quan đến kĩ thuật đại mang tính cơng nghệ Cơng nghệ di truyền kĩ thuật đại - Khái niệm biotechnology - công nghệ sinh học (CNSH) đề xuất năm 1917 kĩ sư người Hungari tên Karl Ereky - Trước năm 1970, Công nghệ sinh học hiểu công nghệ lên men - Đầu năm 1970, Công nghệ sinh học chuyển sang giai đoạn cao hẳn nhờ kĩ thuật di truyền đời - Thuật ngữ CNSH gồm vế công nghệ (technology) sinh học (bio): - Do UNESCO (1985) định nghĩa: Công nghệ sinh học công nghệ sử dụng phận hay tế bào riêng rẽ thể sinh vật vào việc khai thác sản phẩm chúng => Như khái qt chung khái niệm cơng nghệ sinh học sau: "Công nghệ sinh học q trình sản xuất quy mơ cơng nghiệp có tham gia tác nhân sinh học (ở mức độ thể, tế bào tế bào) dựa thành tựu tổng hợp nhiều môn khoa học, phục vụ cho việc tăng cải vật chất xã hội bảo vệ lợi ích người" 1.2 Phân loại công nghệ sinh học * CNSH phân loại theo đối tượng: - Công nghệ sinh học phân tử (Molecular biotechnology): gồm công nghệ gen ứng dụng kĩ thuật di truyền - Công nghệ sinh học Protein enzym - Cảm biến sinh học (biosensor) - Công nghệ sinh học vi sinh vật (Microbial Biotechnology) - Công nghệ sinh học thực vật (Plant Biotechnology) - Công nghệ sinh học động vật (Animal Biotechnology) * CNSH phân loại theo lĩnh vực kinh tế - xã hội: - Công nghệ sinh học nông nghiệp (biotechnology in agriculture) - Công nghệ sinh học y dược (medicine - pharmaceutics) - Công nghệ sinh học môi trường (environmental biotechnology) - Công nghệ sinh học lượng (biotechnology in energy production) - Công nghệ sinh học vật liệu (material biotechnology) - Công nghệ sinh học chế biến thực phẩm (biotechnology in food processing) - Công nghệ sinh học hố học (biotechnology in chemical production)… Ngồi lĩnh vực này, nhiều hướng nghiên cứu chuyên sâu nhiều vấn đề hình thành CNSH hương liệu, CNSH khoáng chất, 1.3 Lịch sử phát triển công nghệ sinh học Sự phát triển công nghệ sinh học chia làm giai đoạn: * Giai đoạn 1: Giai đoạn trước năm 1900 Con người sử dụng tác nhân sinh học đặc biệt vi sinh vật vào việc bảo quản chế biến thực phẩm Các sản phẩm nhờ áp dụng sinh học áp dụng qua thực nghiệm, kinh nghiệm, sản xuất thủ công với quy mô nhỏ * Giai đoạn 2: Giai đoạn từ 1900 đến 1970 - Sử dụng vi sinh vật sản xuất sinh khối, hoạt chất thứ cấp - Vào đầu năm 1900, người ta sử dụng qui trình lên men vào cơng nghiệp hố học qui mơ lớn để sản xuất axeton, butanol, ethanol - Trong Đại chiến giới lần thứ II: sản xuất khối lượng lớn penicillin, steptomycin chất kháng sinh khác - Sau chiến tranh, với phát triển mạnh mẽ công nghệ vi sinh vật * Giai đoạn 3: Giai đoạn từ năm 1970 trở lại (Giai đoạn phát triển công nghệ sinh học đại) - Đặc điểm giai đoạn phát triển mạnh CNSH (các kĩ thuật, phương pháp như: sinh học phân tử, kĩ thuật gene, công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật, động vật, công nghệ enzym, công nghệ lên men ) khả ứng dụng rộng rãi nhiều ngành CNSH quy mô lớn - Vào năm đầu thập kỷ 1980 kĩ thuật ADN tái tổ hợp đời - Khác với CNSH kinh điển, CNSH đại tiến hành chủ yếu nhờ kĩ thuật di truyền 1.4 Thành tựu xu phát triển công nghệ sinh học + Hoàn thành giải mã gen người nhiều sinh vật khác (lúa, chuột, Arabidopsis ) + Sự phát triển mạnh mẽ trồng chuyển gen + Động vật nhân : Năm 1997, J Wilmus cộng Viện Roslin tạo cừu Dolly, động vật nhân từ nhân tế bào tuyến vú cừu trưởng thành + Nuôi cấy tế bào gốc (stem cell-tế bào mầm): Tế bào gốc tế bào có khả phân chia liên tục nuôi cấy phát triển thành tế bào chuyên hóa Hiện hướng sử dụng tế bào gốc nghiên cứu ứng dụng để chữa bệnh liệu pháp thay tế bào mở triển vọng vô to lớn cho nghành y tế + Protein tái tổ hợp : Trong thập kỷ qua, tốc độ phát triển protein tái tổ hợp phát triển vượt bậc với nhiều thành tựu đáng kể Hiện có khoảng 50 loại sản phẩm khác sử dụng Mĩ châu Âu Hiện nay, hàng trăm loại protein thử nghiệm lâm sàng Những protein tái tổ hợp sản xuất sử dụng chủ yếu điều trị bệnh nan y + Công nghệ nano sinh học (Bio-nanotechnology) : Đây lĩnh vực đề cập nghiên cứu mở triển vọng to lớn Quy mô nghiên cứu tác động công nghệ kích thước nhỏ (nm) Kết hợp công nghệ nano với công nghệ sinh học phân tử cho phép khai thác tối đa thuộc tính phân tử sinh học trình tế bào Các ứng dụng bao gồm : - Tăng tốc độ chẩn đoán bệnh ; - Tạo cấu trúc sinh học có kích thước nano nhằm chuyển phân tử chức vào tế bào ; - Cải thiện độ xác đặc thù dược liệu ; - Giảm thiểu tối đa cảm biến sinh học (biosensor) cách kết hợp thành phần sinh học điện tử thành cấu trúc ; - Kích thích phát triển cơng nghệ sản xuất xanh (green manufacturing practices) 1.5 Triển vọng ứng dụng công nghệ sinh học sản xuất nông - lâm nghiệp * Công nghệ sinh học nông nghiệp - Giống trồng vật nuôi nhân vơ tính chuyển gen mang đặc điểm nơng sinh quý giá - Các chế phẩm sinh học dùng bảo vệ trồng vật nuôi, : vaccine, thuốc trừ sâu bệnh phân bón vi sinh - Công nghệ bảo quản chế biến nông sản chế phẩm vi sinh enzym Giá trị nông sản nâng lên nhiều lần - Công nghệ sinh học chế biến thực phẩm : Các enzym (amylaza, rennin, ßgalactosidaza, gluco-isomeraza, pectinaza), chất phụ gia thực phẩm - Các loại thức ăn bổ sung cho chăn nuôi (kháng sinh ) - Các loại thuốc trừ sâu, diệt cỏ với tính đặc hiệu tăng lên (các sản phẩm Bt, Baculovirut, tuyến trùng ký sinh ) - Các hoocmon sinh trưởng thực vật (các cytokinin, auxin, ) - Các hóa chất chẩn đốn bệnh cho động- thực vật * Công nghệ sinh học lâm nghiệp: - Công nghệ gen: Trong lâm nghiệp nghiên cứu sử dụng isozyme thị phân tử chọn giống keo, bạch đàn lát hoa - Nuôi cấy mô – tế bào: Hiện làm chủ tạo công nghệ nhân in vitro cho nhiều loại lâm nghiệp - Công nghệ vi sinh , sử dụng vi sinh vật để làm phân bón - Chế phẩm diệt sâu hại số loài - Trong lĩnh vực xử lý môi trường: bioga - Công nghệ enzym *) Tài liệu học tập Nguyễn Quang Thạch, Nguyễn Thị Lý Anh (2005), Công nghệ sinh học nông nghiệp, NXB Nông nghiệp Nguyễn Như Hiền (2006), Công nghệ sinh học, tập 1, NXB Giáo dục Hà Nội Nguyễn Mộng Hùng (2004), Công nghệ phôi tế bào động vật , NXB Đại học Quốc gia Nguyễn Mộng Hùng (2002), Tế bào gốc, Tạp chí vấn đề sinh học ngày Nguyễn Hồng Lộc (2007), Giáo trình nhập mơn Cơng nghệ sinh học, NXB Đại học Huế Lê Trần Bình, Hồ Hữu Nhị, Lê Thị Muội (1997), Công nghệ sinh học cải thiện giống, NXB Nông nghiệp Nguyễn Văn Uyển, Nguyễn Tiến Thắng (1996), Những kiến thức Công nghệ sinh học, NXB Giáo dục http://www.Congnghesinhhocvietnam http://www Nhasinh họctre *) Câu hỏi ôn tập chương 1: CNSH khác so với mơn khoa học cụ thể khác (Tốn học, Vật lí, Hóa học ), quan niệm xác CNSH đại ? Khái niệm Công nghệ sinh học? Phân loại Công nghệ sinh học? Lịch sử phát triển công nghệ sinh học? Thành tựu xu phát triển Công nghệ sinh học ? Triển vọng ứng dụng công nghệ sinh học sản xuất nơng - lâm nghiệp? Tại nói kỉ 21 kỉ công nghệ sinh học? CHƯƠNG Các kỹ thuật công nghệ sinh học đại Số tiết: 07 tiết (Lý thuyết: 07 tiết; tập, thảo luận: tiết) *) Mục tiêu - Về kiến thức: + Các kĩ thuật sử dụng tạo ADN tái tổ hợp + Các kĩ thuật phân tích ADN - Về kĩ + Khái quát hóa, triển khai vấn đề + Phân tích hình ảnh, bảng biểu, sơ đồ minh họa + Thiết lập bước quy trình công nghệ + Liên hệ, vận dụng thực tiễn đời sống - Về thái độ + Sinh viên có thái độ nghiêm túc, tích cực chủ động, sáng tạo trình học tập nghiên cứu, hình thành tư khoa học vật biện chứng + Có hứng thú say mê nghiên cứu khoa học 2.1 Các kỹ thuật sử dụng tạo ADN tái tổ hợp 2.1.1 Khái niệm ADN tái tổ hợp phân tử ADN tạo thành hai đoạn ADN có nguồn gốc khác thơng qua vi thao tác người 2.1.2 Các enzym chủ yếu sử dụng kĩ thuật ADN tái tổ hợp + Các enzym giới hạn + Các enzym nối + Các polymerase + Các nuclease + Các enzym sửa đổi 2.1.2.1 Các enzym giới hạn (Restriction enzym - RE) - Khái niệm enzym giới hạn - Enzym giới hạn khơng mang tính đặc hiệu lồi - Có loại enzym giới hạn, enzym giới hạn loại II sử dụng chủ yếu - Các kiểu cắt RE: + Cắt tạo đầu + Cắt tạo đầu sole: tạo đầu sole 5’, tạo đầu sole 3’ 2.1.2.2 Các ligase Các ligase có vai trị xúc tác hình thành liên kết phosphodieste hai chuỗi ADN Enzym nối sử dụng phổ biến T4 ADN ligase 2.1.2.3 Các polymerase Nhóm enzym polymerase bao gồm enzym xúc tác trình tái ADN, tổng hợp ARN trình phiên mã - ADN polymerase I: Xúc tác tổng hợp mạch đơn ADN mới, đồng thời enzym cịn có chức exonuclease - Taq polymerase: Là enzym vi khuẩn chịu nhiệt sử dụng nhân ADN kĩ thuật PCR - ARN polymerase: Xúc tác trình phiên mã khuôn mẫu ADN 2.1.2.4 Các nuclease Là enzym thủy phân liên kết nucleotide acid nucleic Thường có nhóm: - Exonuclease (Enzym cắt ngoài): Cắt ADN từ đầu phân tử - Endonuclease (Enzym cắt trong): Cắt ADN vị trí bên 2.1.2.5 Các enzym sửa đổi ADN 2.1.3 Các vectơ nhân dịng sử dụng cơng nghệ ADN tái tổ hợp 2.1.3.1 Các vectơ plasmid Do đặc tính tự nhiên tự nhân nhân tố di truyền, plasmid sử dụng vectơ nhân dòng tế bào vi khuẩn (thường tế bào vi khuẩn E Coli) Thế hệ đầu tiên: Là plasmid tự nhiên đến khơng cịn sử dụng Thế hệ thứ hai : Là plasmid cấu tạo phức tạp Một plasmid thường sử dụng pBR 322 Thế hệ thứ ba : Để tiện cho việc sử dụng nhiều loại RE khác nhau, nhiều trình tự nhận biết chúng xếp nối tiếp thành multiple cloning sites – MCS (các vị trí tạo dịng) Có nhóm plasmid thông dụng bán rộng rãi thị trường như: - Nhóm plasmid pUC - Nhóm plasmid pGEM - Nhóm plasmid pBluescript 2.1.3.2 Vectơ phage Các vectơ phage có ưu điểm so với vectơ plasmid cho phép đoạn ADN chèn vào có kích thước lớn (15 - 20kb) hiệu chuyển nạp vào tế bào chủ cao Hiện nay, số loại phage sử dụng làm vectơ phage T4, λ 2.1.3.3 Vectơ cosmid Loại vectơ kết hợp thuộc tính phage plasmid: chúng chứa vị trí cos (đầu dính) phage đồng thời chúng lại có gốc tái plasmid Vì vectơ cosmid không tự nhân lên phage trì khả xâm nhiễm vào tế bào vi khuẩn tự tái vi khuẩn Vectơ cosmid cho phép nhân dòng đoạn ADN lớn (khoảng 40 - 45 kb) 2.1.3.4 Các Vectơ khác: YAC (nhiễm sắc thể nhân tạo nấm men), BAC (nhiễm sắc thể nhân tạo vi khuẩn), MAC (nhiễm sắc thể nhân tạo động vật có vú) Là vectơ thiết kế để nhân dòng đoạn ADN lớn (đến 1000kb) 2.1.4 Nhân dịng gen (gene cloning) Mục đích việc nhân dòng gen nhằm thu lượng lớn trình tự ADN xác định Các bước phương pháp nhân dòng gen: 2.1.4.1 Chọn xử lí vectơ - Việc chọn vectơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kích thước đoạn ADN muốn nhân dịng, mục đích tạo dịng,… - Trước hết, vectơ cắt vị trí xác định enzym giới hạn Sau đó, hai đầu chỗ mối cắt xử lí để chúng khơng nối trở lại, vectơ trở lại dạng vịng ban đầu hai đầu chỗ mối cắt nối với trình tự ADN lạ 2.1.4.2 Xử lí ADN cần nhân dòng - Trước hết cần chọn lọc sơ khởi đoạn ADN có kích thước gần tương ứng với loại vectơ chọn - Sau đó, hai đầu ADN cần xử lí cho phù hợp với hai đầu chỗ mối cắt vectơ 2.1.4.3 Tạo vectơ tái tổ hợp Vectơ ADN cần tạo dịng xử lí trộn chung theo tỷ lệ định với diện ligase để tạo thành vectơ ADN tái tổ hợp Vectơ tái tổ hợp sau tinh qua tách chiết tủa 2.1.4.4 Chuyển vectơ tái tổ hợp vào tế bào chủ - Công đoạn nhằm mục đích sử dụng máy tế bào chủ để chép vectơ tái tổ hợp thành số lượng lớn - Tùy thuộc loại tế bào chủ, người ta sử dụng kĩ thuật chuyển thích hợp 2.1.4.5 Chọn lọc, tập hợp đoạn gắn thành dịng riêng hình thành thư viện mẫu nhân dịng Từ chọn lọc trình tự cần quan tâm 2.2 Các kĩ thuật sử dụng phân tích ADN 2.2.1 Phương pháp tách chiết ADN 2.2.1.1 Tách chiết ADN genom Nguyên lí Trong tế bào sinh vật có loại acid nucleic sau đây: ADN genom, ARN tổng số, ADN plasmid Do muốn tách loại nucleotide đó, bước ta cần phải có tế bào sinh vật, tiến hành phá vỡ tế bào không làm hư hại mẫu acid nucleic cần tách chiết Sau đó, tiến hành loại bỏ thành phần không mong muốn khỏi dịch tế bào để thu ADN genom, tinh đánh giá kết Các bước tiến hành - Bước 1: Phá vỡ màng tế bào màng nhân: Lấy mẫu sinh học, phá vỡ cấu trúc tế bào cách nghiền mô, tế bào nitơ lỏng 196 0C xử lí mẫu với chất tẩy mạnh SDS (sodium dodecyl sulfat), sarcosyl proteinase K; dùng enzym lysozyme Hỗn hợp phá vỡ màng tế bào màng nhân, giải phóng ADN mơi trường đồng thời phân hủy protein liên kết với ADN - Bước 2: Loại bỏ thành phần không mong muốn mẫu, chủ yếu protein: Mẫu bổ sung hỗn hợp dung dịch phenol: chloroform:isoamine theo tỷ lệ 25:24:1 Hỗn hợp có tác dụng làm biến tính protein Sau li tâm cao tốc, hỗn hợp dung dịch chia làm pha: pha pha nước chứa ADN, ARN; pha chứa protein chất thứ cấp bị kết tủa; pha dung dịch (phenol, chloroform, isoamine) Thu pha nước chứa axit nucleic - Bước 3: Tủa axit nucleic: Lợi ích việc tủa axit nucleic: Thu nhận axit nucleic dạng cô đặc bảo vệ khỏi phá hủy enzym nuclease + Tủa ethanol, việc tủa thực mơi trường có nồng độ muối cao nồng độ ion cao (2,5 V :1 V ethanol mẫu ) nhiệt độ thấp tạo thuận lợi cho việc tủa Hầu toàn axit nucleic tủa điều kiện + Tủa isopropanol, điểm khác biệt so với phương pháp không cần diện muối, 1V isopropanol:1 V mẫu Các ADN có trọng lượng phân tử thấp khơng bị tủa Trong hai phương pháp, axit nucleic thu nhận lại li tâm - Bước 4: Loại bỏ ARN thu ADN genom: + Hòa tan cặn tủa chứa acid nucleic xử lí loại bỏ ARN enzym RNase Sau kết tủa trở lại thu ADN genom 2.2.1.2 Tách chiết ADN plasmid 10 ... tượng: - Công nghệ sinh học phân tử (Molecular biotechnology): gồm công nghệ gen ứng dụng kĩ thuật di truyền - Công nghệ sinh học Protein enzym - Cảm biến sinh học (biosensor) - Công nghệ sinh học. .. Công nghệ sinh học? Phân loại Công nghệ sinh học? Lịch sử phát triển công nghệ sinh học? Thành tựu xu phát triển Công nghệ sinh học ? Triển vọng ứng dụng công nghệ sinh học sản xuất nông - lâm nghiệp?... - Công nghệ sinh học nông nghiệp (biotechnology in agriculture) - Công nghệ sinh học y dược (medicine - pharmaceutics) - Công nghệ sinh học môi trường (environmental biotechnology) - Công nghệ

Ngày đăng: 15/03/2015, 21:06

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan