Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn PHẦN 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thực tiễn chăn nuôi và thực tiễn xã hội đã có nhiều phương pháp tạo ra động vật có đặc tính trạng mong muốn với nhiều mục đích khác nhau như dùng làm thương phẩm, dùng để tạo ra các protein quý… Một số các phương pháp từ xưa đến nay vẫn được sử dụng đó là phương pháp lai tạo. Tuy nhiên phương pháp này lại có một số hạn chế như: động vật qua lai tạo chọn lọc vẫn còn đem cả gen không mong muốn do quá trình lai tạo tự nhiên sử dụng cả chromosome, việc lai tạo tự nhiên chỉ sử dụng được trên cùng một loài, không thể tiến hành lai khác loài với nhau nên hạn chế tính phong phú trong việc tạo ra những động vật mang đặc tính mới. Giờ đây, nhờ những thành tựu về công nghệ ADN tái tổ hợp công nghệ gen động vật đã ra đời nhằm khắc phục những hạn chế của lai tạo truyền thống. Một mặt công nghệ gen động vật cho phép đưa những gen mong muốn vào động vật tạo động vật biến đổi gen mặt khác cũng cho phép đưa gen của loài này vào loài khác. Trong đó tập trung vào một số hướng như: tạo động vật chống chịu bệnh tật, chịu đựng điều kiện thay đổi của môi trường, tạo động vật chuyên sản xuất protein quý phục vụ y học, nâng cao năng suất, chất lượng của động vật bằng cách thay đổi các con đường chuyển hoá trong cơ thể động vật… Vì thế triển vọng của công nghệ tạo động vật chuyển gen là rất lớn, cho phép tạo ra những đặc tính hoàn toàn mới lạ có lợi cho con người mà bằng kỹ thuật sinh sản thông thường không thể thực hiện được. Tuy nhiên, trong cuộc tranh luận về ý nghĩa của động vật chuyển gen một mặt càng ngày càng có nhiều người ủng hộ những triển vọng của động vật chuyển gen nhưng cũng có rất nhiều người cảm thấy lo sợ về những nguy cơ tiềm tàng của nhóm động vật này. Xuất phát từ lý do đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu “ Những triển vọng, thách thức của công nghệ tạo động vật chuyển gen”. 1 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn PHẦN 2. NỘI DUNG 1. Động vật biến đổi gen (Transgenics) Động vật mà các mô của nó được tạo nên bởi các tế bào mang một gen hoặc đoạn ADN lạ do con người chủ động đưa vào. Động vật mà gen trong cơ thể bị làm bất hoạt hoặc kích hoạt (gene knockout or knockin). Đoạn gen được đưa vào động vật gọi là gen biến nạp. 2. Nguyên tắc tạo động vật biến đổi gen Không thể tiến hành được đối với động vật trưởng thành được cấu tạo bởi hàng tỷ tế bào mà phải tiến hành tạo động vật chuyển gen ở giai đoạn hợp tử 1 tế bào hoặc phôi giai đoạn sớm 1 - 4 tế bào. 3. Các yêu cầu đối với động chuyển gen Gen lạ phải có mặt ở tất cả các mô, đặc biệt là những mô sẽ biểu hiện. Ví dụ: Insulin ở tuyến tụy, hoocmone sinh trưởng ở tuyến yên… Gen lạ phải có mặt ở trong các tế bào sinh sản để di truyền cho thế hệ sau. 4. Những triển vọng của công nghệ tạo động vật chuyển gen 4.1. Tạo ra những động vật có tốc độ lớn nhanh, hiệu quả sử dụng thức ăn cao Các nhà khoa học đã tiến hành đưa tổ hợp bao gồm gen cấu trúc của hormone sinh trưởng và gen điều khiển của metallothilnein vào động vật trong đó có thỏ, lợn, cừu, bò, gà, cá. Ở Đức, lợn chuyển gen hormone sinh trưởng lượng mỡ giảm đi đáng kể (giảm từ 28.5 mm xuống 0.7mm) và hiệu quả sử dụng thức ăn cao hơn. Ở Úc, lợn chuyển gen hormone sinh trưởng có tốc độ lớn nhanh hơn đối chứng là 17%, hiệu suất sử dụng thức ăn lớn hơn 30%. Các nhà khoa học ở Granada (Houston, Texas) đã tạo ra bò chuyển gen human estrogen receptor có tốc độ lớn nhanh. Gần đây, các nhà khoa học ở Mỹ tạo được bò chuyển gen bovine insulin like grouth hormone có thịt dính mỡ. Tạo gà chuyển gen không có lông. Hãng Granada đã chi 20 triệu USD để 2 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn áp dụng kỹ thuật trên tạo động vật chăn nuôi có hiệu quả chuyển hoá thức ăn thành thịt, sữa cao. Gần đây, Sutrave đã phát hiện ra gen Ski mà dưới tác động của gen này protein cơ được tổng hợp rất mạnh, trong khi đó lượng mỡ lại giảm đi đáng kể. Phát hiện này mở ra triển vọng tạo ra giống lợn nhiều nạc, ít mỡ, hiệu suất sử dụng thức ăn cao. 4.2. Tạo ra động vật chuyên sản xuất protein quý dùng trong y học Rất nhiều protein quý không được sản xuất qua con đường vi sinh hay sinh vật bậc thấp do các sinh vật này không có hệ enzym để tạo ra những protein có cấu tạo phức tạp. Ý định sử dụng tuyến sữa của động vật bậc cao để sản xuất protein lần đầu tiên được Clark (1987) đề xuất. Nội dung của kỹ thuật này là gắn gen cấu trúc với lactoglobulin (là promotor điều khiển sự biểu hiện của gen ở tuyến sữa). Từ khám phá đó cho đến nay đã có rất nhiều protein quý đã và đang được nghiên cứu để sản xuất qua tuyến sữa của động vật. Các loại protein y học đã được biểu hiện ở tuyến sữa động vật Tæ hîp gen Protein t¸i tæ hîp Lưîng protein biÓu hiÖn (mg/l) §éng vËt chuyÓn gen WAP tPA(cDNA) 0 -50 Dª WAP Protein C (cDNA) 1000 Lîn BLG α 1-antitrypsin(genomic DNA) 35000 Cõu BLG Human serum albumin 10000 Chuét β -Casein dª tPA (cDNA) 3000 Dª α S1 Casein bß Urokinase (genomic DNA) 2000 Chuét α S1 Casein bß Insulin growth factor (IGH- 1) (cDNA) 10000 thá 3 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Đến nay mới có một sản phẩm chất chống đông máu “Atryn” nhận được giấy phép sản xuất thương mại hoá sản phẩm. Atryn được sản xuất từ sữa dê biến đổi gen bằng phương pháp vi tiêm. Human coagulation factor VIIa, IX chữa bệnh ưa chảy máu đang chuẩn bị đưa ra sản xuất. Một số protein thuốc tái tổ hợp từ động vật chuyển gen như CD20 antibody (tăng khả năng miễn dịch người), rec human albumin… có nhiều khả năng được phép sản xuất trong thời gian gần đây. 4.3. Tạo động vật chuyển gen chống chịu được bệnh tật và thay đổi của điều kiện môi trường Đến nay người ta đã biết được một số gen chịu trách nhiệm về tính chống chịu của động vật nên tạo được cá vàng, cá bơn trắng chịu lạnh, tạo cá chống chịu bệnh, tạo lợn chuyển gen miễn dịch với bệnh cúm. Những thành tựu gần đây của Puzsel trong việc đưa gen IgA vào lợn, cừu đã mở ra khả năng tạo động vật chăn nuôi miễn dịch với nhiều bệnh. 4.4. Tạo động vật chuyển gen năng suất cao, chất lượng tốt bằng việc thay đổi các con đường chuyển hoá trong cơ thể động vật Các nhà khoa học đã tạo ra các động vật biến đổi gen nâng cao chất lượng sữa của bò, dê bằng cách đưa gen lactaza vào động vật. Trong sữa của những động vật chuyển gen này đường lactoza bị thuỷ phân thành đường galactoza do vậy người không quen sữa cũng có thể sử dụng sữa này. 4.5. Tạo động vật chuyển gen để cấy ghép khác loài Mục đích là tạo ra động vật chuyển gen không biểu hiện kháng nguyên lạ khi cấy mô hoặc nội quan của nó vào cơ thể con người. Trong đó các nhà khoa học thường chọn đối tượng là lợn vì có sinh lý tương đói giống người và rẻ hơn khỉ nhiều. 4.6. Mô hình bệnh lý, mô hình nghiên cứu các cơ chế sinh học Động vật được biến đổi gen để biểu hiện triệu chứng bệnh của người và các cơ chế sinh học. Sử dụng động vật này để theo dõi đánh giá kết quả điều trị 4 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn của người và các cơ chế sinh học. Ví dụ các nhà khoa học tạo khỉ chuyển gen làm mô hình bệnh lý. Ngoài ra các nhà khoa học còn tạo động vật chuyển gen làm cảnh như tạo cá chuyển gen làm cảnh…. 5. Những thách thức của công nghệ tạo động vật chuyển gen Việc thu nhận hợp tử (hoặc phôi giai đoạn sớm) dùng biến nạp gen lạ trong nhiều trường hợp phức tạp, số lượng ít, đòi hỏi thời gian dài. Kỹ thuật phức tạp đòi hỏi sự hiểu biết hai lĩnh vực: kỹ thuật ADN tái tổ hợp và kỹ thuật sinh sản. Một số trở ngại về mặt kỹ thuật gặp phải khi tạo động vật chuyển gen như tần số biến nạp thấp (ở chuột là 2%, thỏ là 1%, cừu 1%, lơn 0.5% và bò 0.5%), giá thành đắt nên hạn chế đàu tư nghiên cứu. Chưa chủ động được việc đưa gen ngoại lai vào vị trí xác định trong genom, và kiếm soát số lượng các bản sao gen ngoại lai. Tính trạng được xác định bởi nhiều gen nằm ở các vị trí khác nhau: phần lớn các tính trạng chưa xác định được sự tham gia của các gen, việc đưa nhiều gen vào các vị trí xác định hiện tại chưa làm được. Những thách thức về mặt nhận thức đạo đức và môi trường: tạo động vật mang một phần gen người phục vụ mục đích chữa bệnh không phải ai cũng ủng hộ. Mặt khác động vật chuyển gen mang đột biến lớn nên nếu phân tán ra môi trường lai với động vật bình thường tạo ra quần thể mang đột biến lớn, có thể dẫn đến diệt vong. Động vật càng cao, khả năng tạo thành công dòng biến đổi gen càng thấp. Nhiều động vật thí nghiệm chỉ mang một đoạn gen hoặc gen được cài vào hệ genom con chủ nhưng không hoạt động do cài vào vị trí không thích hợp. Nếu không quản lý chặt chẽ để những động vật này phân tán môi trường thì không biết hậu quả sẽ ra sao. Một số gen chuyển có lợi cho con người nhưng có hại cho động vật như lợn biến đổi lớn nhanh có biểu hiện bệnh khớp. 5 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn PHẦN 3. KẾT LUẬN Động vật biến đổi gen đã, đang và sẽ đóng góp to lớn trong nhiều lĩnh vực như nghiên cứu y học, chăn nuôi, môi trường… trong đó tập trung vào một số hướng chính sau: Tạo ra những động vật có tốc độ lớn nhanh, hiệu quả sử dụng thức ăn cao, tạo ra động vật chuyên sản xuất protein quý dùng trong y học, tạo động vật chuyển gen chống chịu được bệnh tật và thay đổi của điều kiện môi trường, tạo động vật làm mô hình bệnh lý, mô hình nghiên cứu các cơ chế sinh học, tạo động vật chuyển gen để cấy ghép khác loài, tạo động vật chuyển gen năng suất cao, chất lượng tốt bằng việc thay đổi các con đường chuyển hoá trong cơ thể động vật. Tuy nhiên, việc tạo ra động vật chuyển gen cũng đặt ra nhiều thách thức về công nghệ, tác động với môi trường, xã hội… 6 . những động vật mang đặc tính mới. Giờ đây, nhờ những thành tựu về công nghệ ADN tái tổ hợp công nghệ gen động vật đã ra đời nhằm khắc phục những hạn chế của lai tạo truyền thống. Một mặt công nghệ. 2. NỘI DUNG 1. Động vật biến đổi gen (Transgenics) Động vật mà các mô của nó được tạo nên bởi các tế bào mang một gen hoặc đoạn ADN lạ do con người chủ động đưa vào. Động vật mà gen trong cơ. lai tạo truyền thống. Một mặt công nghệ gen động vật cho phép đưa những gen mong muốn vào động vật tạo động vật biến đổi gen mặt khác cũng cho phép đưa gen của loài này vào loài khác. Trong đó