TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc PHẦN - MỞ ĐẦU Công nghệ sinh học ngành khoa học ứng dụng hiểu biết người hệ thống sống để sử dụng hệ thống thành phần chúng cho mục đích công nghiệp Đây ngành mũi nhọn, giới quan tâm có tốc độ phát triển nhanh chóng tạo cách mạng sinh học nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, y dược, bảo vệ môi trường, vật liệu… Công nghệ sinh học sử dụng hợp lý cho khả tiềm tàng thực phẩm tốt cho sức khỏe, giảm bớt phụ thuộc vào loại nhiên liệu, mở khả chữa trị dịch bệnh hiệu Sự phát triển công nghệ sinh học tạo điều kiện khai thác tốt khả kỳ diệu sinh vật vào quy trình sản xuất quy mô công nghiệp Những tiến công nghệ sinh học ngày xâm nhập sâu vào lĩnh vực hoạt động đời sống người Từ sản phẩm công nghệ lên men truyền thống đến sản phẩm công nghệ sinh học đại như: sinh vật biến đổi gene, động vật nhân bản, nuôi cấy tế bào gốc, công nghệ sinh học nanô cho thấy phạm vi nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học ngày mở rộng đa dạng, hướng đến phát triển công nghiệp công nghệ sinh học Điều cho thấy công nghệ sinh học phối hợp khoa học công nghệ để khai thác kiến thức hệ thống sống cho ứng dụng thực hành Trong kỹ thuật di truyền, kỹ thuật tái tổ hợp DNA (Recombinant DNA technology) kỹ thuật tảng nhất, người ta thường gọi kỹ thuật tái tổ hợp DNA kỹ thuật di truyền Sự đời kỹ thuật tái tổ hợp DNA làm thay đổi vĩnh viễn chất công nghệ sinh học Nhờ kỹ thuật này, việc tối ưu hoá giai đoạn chuyển hoá Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc sinh học trình công nghệ sinh học đạt cách trực tiếp Kỹ thuật di truyền cung cấp phương tiện để tách chủng vi sinh vật cho sản lượng cao Hơn nữa, vi sinh vật tế bào nhân chuẩn sử dụng để sản xuất loại protein, hormone sinh trưởng, interferon… phục vụ người Ngoài ra, kỹ thuật DNA tái tổ hợp thuận lợi cho việc sản xuất chất có ích, có trọng lượng phân tử thấp đại phân tử sinh học có tự nhiên với lượng nhỏ Thực vật động vật trở thành mục tiêu lò phản ứng sinh học tự nhiên để sản xuất sản phẩm hay sản phẩm gene bị biến đổi mà phương pháp gây đột biến, chọn lọc lai không tạo Qua đó, tạo nên sinh vật phục cho nhu cầu cao người vấn đề lương thực thực phẩm, vấn đề dinh dưỡng, môi trường… Bên cạnh đó, kỹ thuật tái tổ hợp DNA thúc đẩy phát triển phương pháp trị liệu hệ thống chẩn đoán hoàn toàn mới, từ mở thứ đầy tiềm việc chữa bệnh cho người Ngoài ra, thành tựu công nghệ sinh học thể rõ nét lĩnh vực y tế, sức khỏe Những thành tựu công nghệ sinh học áp dụng y tế như: trị liệu protein chữa trị số bệnh hiểm nghèo ung thư, nhiễm virus thử nghiệm chữa bệnh AIDS vv… Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc PHẦN - NỘI DUNG A NHỮNG THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ VI SINH TRONG Y TẾ, BẢO VỆ SỨC KHOẺ CỘNG ĐỒNG, ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT RƯỢU, LIÊN HỆ THỰC TẾ Những thành tựu công nghệ vi sinh y tế, bảo vệ sức khoẻ cộng đồng Đầu kỉ XX, nhân loại phải đối đầu với chết dịch bệnh gây ra, tỷ lệ chết sơ sinh lên tới 25%, chết trẻ em lên tới 25% Đời sống người vất vả, nghèo đói, thiếu chất dinh dưỡng, dịch bệnh gây chết hàng loạt mà không phương cứu chữa, hiểm họa đã thúc đẩy việc nghiên cứu để tìm nguyên nhân gây bệnh thuốc đặc trị tiêu diệt vi khuẩn, virus vaccine chất kháng sinh Vì CNVS y tế đời, với thành tựu bật như: 1.1 Sản xuất chất kháng sinh dùng điều trị [4] Sản xuất kháng sinh ứng dụng thương mại quan trọng việc phát triển quy trình nuôi cấy vi sinh vật quy mô công nghiệp Hàng trăm loại kháng sinh sản xuất với số lượng lớn, quan trọng sản xuất penicillin streptomycin Hiện hiệu suất sinh tổng hợp chất kháng sinh tăng lên hàng ngàn lần so với trước nhờ việc hoàn thiện quy trình nuôi cấy tạo chủng cho suất cao Ước tính năm giới sản xuất khoảng 100.000 kháng sinh với doanh thu tỷ USD, bao gồm 100 triệu USD cho kháng sinh sử dụng thứcd ăn gia súc sử dụng kích tố tăng trưởng động vật 1.2 Sản xuất thuốc công nghệ DNA tái tổ hợp [5] + Sản xuất insulin tái tổ hợp: việc sản xuất insulin quy mô công nghiệp thành công bật sớm công nghệ sinh học đại Người ta chuyển gene mã hóa tính trạng sản xuất insulin người sang cho E coli nhờ thu nhận lượng lớn insulin sau thời gian ngắn Hai Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc sản phẩm thương mại insulin (được sản xuất từ nấm men S cerevisiae tái tổ hợp) sử dụng là: Actrapid Novolog (NovoNordisk) + Sản xuất interferon: phương pháp công nghệ DNA tái tổ hợp tương tự insulin, người ta thu nhận lượng lớn interferon thông qua thể vi sinh vật tái tổ hợp gene để phục vụ cho việc điều trị bệnh nhiễm trùng viêm gan B, viêm gan C, số bệnh ung thư virus Thu nhận interferon từ nấm men S cerevisiae có cho hiệu suất cao gấp 10.000 lần so với tế bào E coli tái tổ hợp + Sản xuất loại hormone dùng trị liệu: - Hormone sinh trưởng người (human growth hormone - HGH): nay, HGH sản xuất công nghệ DNA tái tổ hợp thông qua E coli với hiệu suất lớn (1 lít dịch lên men E coli thu HGH tương đương với lượng chất thu từ 60 tử thi) - Somatostatin: phân lập gene mã hóa somatostatin tổng hợp ống nghiệm sau thiết kế vector tái tổ hợp chuyển vào E coli Mỗi mẻ nuôi cấy 7,5l vi khuẩn E coli cho mg somatostatin nguyên chất Trước đây, muốn có khối lượng hormone phải tiến hành năm nguyên liệu lấy từ nửa triệu não cừu + Sản xuất vaccine: sản xuất vaccine kỹ thuật gene lĩnh vực phát triển mạnh công nghệ DNA tái tổ hợp Đây loại vaccine bào chế từ vi khuẩn chuyển gene mã hóa tổng hợp protein kháng nguyên loại virus hay loại vi khuẩn gây bệnh Hiện nay, loại vaccine kỹ thuật gene sử dụng cho người bao gồm vaccine viêm gan B, vaccine dại kiểu mới, vaccine tả kiểu mới, vaccine sốt rét, vaccine bệnh phong… Một số loại protein trị liệu khác mà trình tổng hợp chúng phải trải qua giai đoạn hậu dịch mã (glycosyl hoá) nên dùng vi khuẩn làm vật chủ v ới việc chuyển gene vào hệ thống Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc biểu nấm men nấm sợi (eukaryote) người ta bước đầu thành công việc sản xuất loại protein 1.3 Sản xuất enzyme dùng trị liệu [5] Trong tương lai gần, enzyme sử dụng rộng rãi y học để làm đầu dò (probe) cho thiết bị phân tích y khoa để chữa bệnh Hiện nay, số enzyme như: glucooxydase, hexokinase, esterase, urease, cholesteroloxydase, alcoholdehydrogenease… sử dụng phổ biến y học Điển hình sử dụng glucooxydase cố định bề mặt điện cực platinum thiết bị phân tích hàm lượng glucose máu Trong y học, enzyme sử dụng để chữa trị số bệnh liên quan đến thiếu hụt số enzyme thể người, dùng enzyme để loại bỏ cục thịt, mỡ dư thừa gây nguy hiểm cho số phận thể người Chẳng hạn: dùng enzyme streptokinase urokinase để làm tan máu đông làm tắc nghẽn mạch máu 1.4 Sản xuất vaccine Vaccine chế phẩm kháng nguyên gây trạng thái miễn dịch mà không gây bệnh Dùng để kích thích đáp ứng miễn dịch nguyên phát, làm tăng tế bào nhớ khả đáp ứng miễn dịch nhớ tiếp xúc với kháng nguyên lần sau Vaccine sản xuất dạng tế bào chết tế bào làm bất hoạt khả gây bệnh Đa số vaccine dùng cho trẻ em chương trình tiêm chủng mở rộng có tác dụng phòng ngừa bệnh nhiễm trùng.Với thành tựu sinh học phân tử kỹ thuật gene dựa nguyên lý L Pasteus tìm vaccine tương ứng bảo vệ sức khỏe cộng đồng Ứng dụng công nghệ vi sinh sản xuất rượu Đây lĩnh vực công nghệ sinh học chiếm tỉ lệ doanh số lớn Sản xuất quy mô công nghiệp gia đình Quy trình chưng cất rượu gồm bước sau: Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc - Xử lý tạo dịch chứa đường để lên men - Sung mồi (nấm men) tiến hành lên men đạt độ cồn khoảng - 11% theo thể tích dừng lại - Tiến hành gạn, lọc để loại xác men chưng cất rượu - Ủ rượu whisky, vô chai với rượu gin vodka Tuy nhiên, cần lưu ý đến đặc điểm sản xuất loại rượu riêng biệt Chủng nấm men dùng sản xuất rượu công nghiệp phải chịu nồng độ cồn tới 12 - 15% theo thể tích Ngoài ra, chúng cần phải có khả thủy phân olygosaccharide ngũ cốc thành glucose, điều cần thiết để biến đổi hoàn toàn tinh bột ngũ cốc thành ethanol CO Vì trình chưng cất tốn mặt lượng, nên nghiên cứu công nghệ sinh học lĩnh vực ý tới việc tạo chủng nấm men chịu nồng độ cồn cao Ngoài ra, để nâng cao hiệu suất tạo cồn người ta thường bổ sung enzyme thủy phân tinh bột vào khâu xử lý nguyên liệu ban đầu Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc B CÔNG NGHỆ DNA TÁI TỔ HỢP, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG, LIÊN HỆ THỰC TẾ Khái niệm kỹ thuật tái tổ hợp DNA Kỹ thuật DNA tái tổ hợp (Recombinant DNA technology), hay gọi thuật ngữ khác kỹ thuật di truyền, kỹ nghệ gene, công nghệ sử dụng nguyên lý thao tác gene để tạo cấu trúc DNA tái tổ hợp từ nguồn DNA khác nhau,thường kết hợp DNA hay gene ngoại lai (còn gọi gene đích) với DNA hệ gene vật chủ biểu gene thành protein có hoạt tính thể vật chủ [2] Kỹ thuật DNA tái tổ hợp đời sở hàng loạt thành tựu sinh học phân tử việc tách, cắt, nối, chép, chuyển cho gene biểu mong muốn.nó có vai trò cách mạng hoá phát triển sinh học tạo quyền lực ghê gớm cho người việc cải tạo sinh giới thân Đồng thời, việc nghiên cứu kỹ thuật DNA tái tổ hợp phương pháp dẫn xuất có ý nghĩa quan trọng trang bị phương pháp luận để sâu vào chất sống [8] Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc Các khâu công nghệ DNA tái tổ hợp a Phân lập DNA/gene Một số phương pháp phân lập gene để thực kỹ thuật tái tổ hợp DNA sử dụng là: + Tách đoạn DNA từ geneome: dùng enzyme cắt hạn chế để cắt DNA hệ gene thành đoạn có kích thước khoảng 20kb + Sinh tổng hợp cDNA từ mRNA: tách chiết mARN sử dụng enzyme phiên mã ngược (reverse transcriptase) tổng hợp nên cDNA sợi đơn, từ DNA sợi đơn tổng hợp cDNA sợi kép enzyme DNA polymerase I + Phân lập đoạn DNA phương pháp PCR: dùng enzyme Taq polymerase, cặp primer đặc hiệu nguyên liệu cần thiết khác tổng hợp lợng lớn DNA thời gian ngắn b Tạo dòng DNA Gồm bước: + Thiết kế vector tái tổ hợp: đoạn DNA ngoại lai vector cắt loại enzyme cắt để tạo đầu dính chúng gắn lại với nhờ enzyme nối ligase + Biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào vật chủ: dùng phương pháp thích hợp để chuyển vector tái tổ hợp vào tế bào nhận: điện biến nạp, hoá biến nạp, súng bắn gene, sốc nhiệt, vi tiêm… + Chọn dòng mang DNA tái tổ hợp: để thu nhận dòng tế bào mang plasmid tái tổ hợp thể dùng ba phương pháp lai khuẩn lạc, khử hoạt tính đoạn chèn tạo dòng định hướng c Biểu gene tạo dòng Các gene sau tạo dòng muốn thu nhận sản phẩm cuối protein phải gắn vào vector biểu chuyển vào tế bào chủ để tạo điều kiện cho chúng biểu Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc Các ứng dụng công nghệ DNA tái tổ hợp, liên hệ thực tế Công nghệ DNA tái tổ hợp có nhiều ứng dụng đời sống Các ứng dụng bao gồm sản xuất dược phẩm loại hóa chất khác, vi khuẩn đặc biệt, trồng nông nghiệp quan trọng, vật nuôi biến đổi di truyền Kỹ thuật sử dụng rộng rãi xét nghiệm y khoa dùng để kiểm tra khiếm khuyết di truyền người Dưới ứng dụng công nghệ DNA tái tổ hợp 3.1 Ứng dụng dược phẩm [7] Sản phẩm thương mại phát triển công nghệ DNA tái tổ hợp dược phẩm dùng điều trị bệnh rối loạn người Năm 1979, bắt đầu sản xuất thương mại insulin người công nghệ DNA tái tổ hợp Trước thời điểm này, tất insulin dùng điều trị bệnh tiểu đường tách chiết từ tụy vật nuôi cho thịt Mặc dù nguồn insulin có tác dụng tốt cho nhiều người mắc bệnh tiểu đường, insulin người, số người trải qua phản ứng phụ với protein ngoại lai Gene insulin người sau chèn vào plasmid chuyển vào vi khuẩn để sản xuất insulin người Các dược phẩm sản xuất thông qua công nghệ DNA tái tổ hợp bao gồm: hormone sinh trưởng người (cho trẻ em mắc bệnh còi), nhân tố tạo tơ huyết (chữa bệnh khó đông máu), hoạt tố plasminogene mô (dùng để hòa tan huyết khối bệnh nhân bị nhồi máu tim), interferon, interleukin, DNA vaccine… 3.2 Ứng dụng sản xuất nông nghiệp Công nghệ DNA tái tổ hợp có ảnh hưởng quan trọng đến sản xuất nông nghiệp, nơi mà dùng để tạo trồng vật nuôi mang đặc điểm có giá trị Cây trồng công nghệ sinh học mang lại lợi ích với việc cung cấp nhiều thực phẩm, thức ăn gia súc sợi hơn, đồng thời đòi Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc hỏi thuốc trừ sâu hơn, trì chất lượng đất tốt có lợi cho việc bảo vệ môi trường bền vững Các nhà di truyền học tạo nhiều loài trồng kháng virus cách chuyển gene vỏ protein virus vào tế bào thực vật Nhiều loại trồng kháng sâu bệnh tạo ngô, cà chua, khoai tây mang gene độc tố vi khuẩn Bacillus thuringiensis Gene sản xuất độc tố côn trùng cây, sâu bướm ăn bị chết Công nghệ DNA tái tổ hợp cho phép phát triển tính kháng chất diệt cỏ thực vật Một vấn đề quan trọng nông nghiệp điều khiển cỏ dại cạnh tranh nước, ánh sáng chất dinh dưỡng với trồng Mặc dù chất diệt cỏ có tác dụng giết cỏ dại, chúng gây nguy hiểm cho trồng Các gene cung cấp tính kháng cho nhiều loại chất cỏ dại chuyển vào cà chua, đậu tương, bông, cải dầu trồng thương mại quan trọng khác Khi đồng ruộng có canh tác trồng phun thuốc diệt cỏ, cỏ dại bị giết trồng biến đổi di truyền lại không bị ảnh hưởng Bên cạnh việc chuyển gene chịu lạnh cho lương thực, thực phẩm trồng nước ôn đới, đặc biệt cho thuốc khoai tây, vốn chịu lạnh Cũng có thành công việc chuyển gene kháng hạn kháng mặn cho trồng Các nhà nghiên cứu Viện Công nghệ khoa học thực vật Thụy Sĩ thành công việc tạo giống lúa "vàng" chứa phong phú betacaroten (vitamin A) giống lúa Quỹ Rockefeller tài trợ để triển khai số nước phát triển Với giống lúa người ta hy vọng cứu nhiều người số 500 000 người bị mù lòa giới hàng năm [2] Tính đến năm 2005, sau 10 năm canh tác theo công nghệ sinh học có tới 400 triệu hécta trồng theo công nghệ sinh học cải thiện nhờ kĩ thuật gene đưa vào canh tác Mỹ nước đầu diện tích trồng theo công nghệ sinh học với 48 triệu ha, Argenetina (16 triệu ha), Canada (6 triệu Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 10 TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc ha), Brazil (4,8 triệu ha), Trung Quốc (4 triệu ha) Giá trị trồng theo công nghệ sinh học gần tỉ USD, tương ứng 15% 16% sản lượng trồng toàn cầu thị trường giống [1] Năm 2007, diện tích đất trồng CNSH toàn cầu tăng thêm 12%, lên 114,3 triệu với suất thu nhập tăng lên 50% Cây trồng theo công nghệ sinh học nông dân toàn giới tiếp nhận nhanh chóng loài trồng khác lịch sử nông nghiệp Từ đời vào năm 1996, việc sử dụng loại trồng cải thiện nhờ kỹ thuật di truyền gia tăng với tốc độ 10%/năm vào năm 2004, theo báo cáo quan quốc tế ứng dụng công nghệ sinh học nông nghiệp, lượng trồng sử dụng mức gia tăng 20% Các loài mang gene công nghệ sinh học đậu nành, ngô, canola, chiếm tương ứng 56%, 14%, 28% 19% diện tích trồng loài toàn cầu Tổng diện tích chúng chiếm gần 30% diện tích dành cho loài toàn cầu Tại Mỹ, đậu nành công nghệ sinh học (đề kháng với thuốc diệt cỏ), ngô (đề kháng với thuốc diệt cỏ thuốc trừ sâu) (đề kháng với thuốc diệt cỏ thuốc trừ sâu) chiếm diện tích tương ứng gần 85%, 75% 45% diện tích toàn phần loài [1] Đối với chăn nuôi, kết có phần hạn chế việc thực tốn thời gian theo dõi dài Tuy có 10 loài bao gồm bò, heo, dê, cừu, thỏ, gà, cá ý nghiên cứu Hướng nghiên cứu nhằm tạo giống gia súc vật nuôi có sức đề kháng bệnh tật, có khả cải thiện đáng kể chất lượng thịt, sữa trứng Người ta hy vọng thời gian không xa tạo loại thịt heo có tỷ lệ nạc cao, giống thịt bò, sữa bò có tỷ lệ đạm cao, trứng gà có lòng đỏ to, màu đỏ đậm hơn, tỷ lệ lecithine cao vỏ cứng Một hướng khác tạo động vật mang gene mã hóa cho sản phẩm dược liệu [8] [3] Ví dụ: gene người mã hóa cho nhân tố VIII (hình thành tơ huyết) liên kết với vùng điều hòa gene sản xuất β- Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 11 TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc lactoglobulin cừu, protein tạo sữa Gene dung hợp tiêm vào phôi cừu, tạo cừu chuyển gene có khả sản xuất sữa nhân tố đông máu người Một phương thức tương tự dùng để chuyển gene α1-antitrysin, protein dùng để điều trị bệnh nhân khí thũng di truyền (hereditary emphysema), vào cừu Cừu mang gene sản xuất nhiều α 1-antitrysin khoảng 15g lít sữa chúng 3.3 Thuốc oligonucleotide [7] Một ứng dụng công nghệ DNA tái tổ hợp thời gian gần phát triển thuốc oligonucleotide có trình tự phân tử DNA hoặcRNA nhân tạo ngắn dùng để điều trị bệnh Các antisense oligonucleotide bổ sung cho RNA không mong muốn, RNA virus Khi bổ sung vào tế bào, antisense DNA liên kết với mRNA virus ức chế dịch mã chúng Các DNA oligonucleotide sợi đơn liên kết chặt chẽ với trình tự DNA khác, tạo thành phân tử triplex DNA Sự tạo thành triplex DNA cản trở liên kết RNA polymerase protein khác cần cho phiên mã Các oligonucleotide khác ribozyme, phân tử RNA mà chức enzyme Những phức hợp liên kết với phân tử mRNA đặc hiệu cắt chúng thành đoạn, phá hủy khả mã hóa protein chúng Một số thuốc oligonucleotide sẵn sàng để thử nghiệm điều trị bệnh AIDS ung thư 3.4 Liệu pháp gene [7] Đối với loại bệnh di truyền, bệnh đột biến gene người ta phải cần đến can thiệp liệu pháp gene, hướng chữa bệnh gắn liền với kỹ thuật tiên tiến lĩnh vực công nghệ sinh học đại vi thao tác gene, sửa đổi thay gene Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 12 TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc Liệu pháp gene (gene theography) thực chất phương pháp chữa bệnh gene Có nhiều khái niệm khác liệu pháp gene, cách hiểu chung tập hợp biện pháp để sử dụng gene cần thiết (còn gọi gene trị liệu) nhằm mục đích chữa bệnh cho người Trong đó, gene trị liệu là: - Các gene hoạt động bình thường (gene lành) đưa vào tế bào để thay gene hỏng, gene chức năng, khôi phục hoạt động bình thường tế bào sống thể - Là gene có khả mã hóa protein đặc hiệu, đưa vào tế bào sống tạo nên loại protein đặc hiệu Các loại protein đặc hiệu ức chế hoạt động gene khác tế bào, kìm hãm khả phân chia tế bào gây chết tế bào bị bệnh - Những gene đưa vào tế bào hoạt động đồng thời với gene bệnh (gene bị đột biến tế bào) làm hạn chế tác động gene bệnh hỗ trợ, bù đắp cho gene bị hỏng - Gene trị liệu gene bất hoạt đưa vào tế bào thay cho gene lành đó, nhằm hạn chế sản phẩm không cần thiết gene lành tạo cho tế bào trạng thái mới, có tác dụng chống lại bệnh tật - Gene trị liệu đoạn oligonucleotide có tác dụng kìm hãm hoạt động gene bị hỏng, bị đột biến tế bào 3.5 Chẩn đoán bệnh để can thiệp sớm [7] Bằng kỹ thuật chọc ối, kết hợp đồng thời phân tích máu bố mẹ enzyme hạn chế, người ta chẩn đoán sớm trước sinh (vì enzyme hạn chế có khả phân biệt gene đột biến với gene bình thường) Các đoạn DNA cắt ra, phân tách qua phương pháp điện di, đem lai với mẫu dò DNA RNA đánh dấu đồng vị phóng xạ 32P huỳnh quang Ảnh phóng xạ tự ghi tín hiệu huỳnh quang cho ta thấy đoạn Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 13 TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc DNA lai với mẫu dò Các đoạn tách để nghiên cứu xác định đột biến hay bình thường enzyme hạn chế, số đột biến di truyền có ảnh hưởng đến vị trí dành cho enzyme hạn chế Ứng dụng kỹ thuật sinh học phân tử lĩnh vực có nhiều thuận lợi phương pháp kinh điển Thứ nhất, rút ngắn thời gian nhờ ứng dụng kỹ thuật PCR, chẳng hạn chẩn đoán bệnh HIV - 1, dùng phương pháp PCR ngày so với - tuần nuôi cấy phương pháp truyền thống Thứ hai, tác nhân gây bệnh khó nuôi cấy hay nuôi cấy kỹ thuật sinh học phân tử giải pháp nhất, chẳng hạn Chlamydia, Brucella, viêm gan B, Thứ ba, việc tạo dòng gene dùng làm probe đơn giản việc sản xuất kháng thể đặc hiệu, với probe người ta phát tất kiểu huyết (serotype) tác nhân gây bệnh, điều mà kháng thể làm Cuối cùng, trước phải cần đến nhiều kỹ thuật (quan sát kính hiển vi, nuôi cấy loạt môi trường, miễn dịch học ) hướng chẩn đoán sinh học phân tử cần kỹ thuật (lai phân tử PCR) Đối với tác nhân virus, kỹ thuật lai phân tử PCR cho phép chẩn đoán nhiều nhóm papillomavirus, HBV, HIV Đặc biệt phương pháp lai chỗ cho phép xác định trực tiếp virus lát cắt sinh thiết Đối với tác nhân vi khuẩn, có nhiều kit chẩn đoán sinh học phân tử thương mại hóa như: Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium pneumoniae, Salmonella, Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae Đối với tác nhân ký sinh trùng, người ta thành công chẩn đoán Plasmodium, Schistosoma, Trypanosoma, Toxoplasma, Leishmania… lai phân tử Phương pháp PCR cho phép phát tác nhân vật trung gian truyền bệnh Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 14 TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc 3.6 In dấu vân di truyền (DNA fingerprinting) [7] Sử dụng trình tự DNA để nhận dạng người, gọi DNA fingerprinting, công cụ điều tra sát tội phạm ứng dụng pháp lý khác DNA fingerprinting dùng để xác nhận đối tượng tình nghi có mặt trường gây án hay không Một mẫu DNA máu, tóc, tinh dịch mô thể thu thập từ trường Nếu mẫu nhỏ, phương pháp PCR dùng để khuếch đại cho đủ AND Các mẫu DNA bổ sung thu thập từ nhiều nghi can khác Mỗi mẫu cắt với nhiều RE, kết đoạn DNA phân tách điện di Các đoạn gel biến tính chuyển lên màng lai nitrocellulose Một nhiều probe (được đánh dấu phóng xạ) sau lai với màng nitrocellulose phát phóng xạ tự ghi Kiểu băng tạo DNA từ mẫu thu thập trường sau so sánh với kiểu tạo DNA từ nghi can Mẫu khớp từ trường nghi can cung cấp chứng nghi can có mặt trường vụ án DNA fingerprinting sử dụng để cung cấp thông tin mối quan hệ huyết thống nguồn thể sống khác 3.7 Lập đồ gene [7] Một đóng góp có ý nghĩa công nghệ DNA tái tổ hợp cung cấp lượng lớn marker (chỉ thị) di truyền dùng lập đồ gene Một nhóm số marker dùng lập đồ gene restriction fragment length polymorphism (RFLP) RFLP biến đổi đa hình kiểu đoạn DNA tạo phân tử DNA cắt enzyme hạn chế Nếu DNA từ hai người cắt enzyme kiểu đoạn DNA khác tạo ra, hai người phải có khác trình tự DNA họ Những khác di truyền dùng lập đồ, tương tự với phương thức mà khác Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 15 TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc allene dùng để lập đồ gene thông thường RFLP cung cấp số lượng lớn marker di truyền dùng để lập đồ gene sinh vật Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 16 TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc PHẦN - KẾT LUẬN Công nghệ sinh học bước tiến nỗ lực lâu dài chinh phục tự nhiên để nâng cao điều kiện sống người Chúng ta sử dụng nông nghiệp, công nghiệp, y tế nhiều lĩnh vực khác… Trong trường hợp, kiến thức tích lũy từ tự nhiên mở cách thức làm cho sống an toàn hơn, khỏe mạnh suất cao Chúng ta không đơn giản đạt hiểu biết bệnh dịch, mà chữa trị chúng; không sử dụng tìm được, mà làm cho chúng trở nên an toàn bổ dưỡng hơn; không thu hoạch sản phẩm ngẫu nhiên tự nhiên để sản xuất, mà làm cho chúng trở nên bền vững hơn, an toàn gần với nhu cầu Sự hỗn tạp tự nhiên rào cản mục tiêu này, chúng lộ nguồn hội giàu có việc chiếm lĩnh chúng Bằng cách làm chủ hội tốt đẹp cho người, nhờ vào công nghệ sinh học Cho đến nay, cách mạng CNSH kỹ thuật di truyền (hay kỹ thuật DNA tái tổ hợp) Kỹ thuật di truyền mở triển vọng, viễn cảnh lý thuyết giới hạn: người thiết kế chế tạo vi sinh vật, tế bào mà trước chưa có Những vi sinh vật nhân tạo tổng hợp quy mô công nghiệp sản phẩm có giá trị phục vụ đắc lực cho việc bảo vệ sức khỏe nâng cao chất lượng sống người Đương nhiên, nông nghiệp y tế ứng dụng thành kỹ thuật di truyền nhiều nhất, lĩnh vực đột phá thực cách mạng CNSH Nếu chuẩn bị tạo nông nghiệp kiểu kỉ XXI, vừa bền vững vừa có sản lượng cao để đảm bảo an toàn thực phẩm tự túc lượng, cần sử dụng công cụ phát minh khoa học sẵn có, kể công nghệ sinh học kĩ thuật di truyền tiếp tục theo đường có đột phá nông nghiệp thúc đẩy tiến loài người hàng nghìn năm Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 17 TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Văn Cường (26/04/2008), Công nghệ sinh học trồng: tiến thực phẩm, lượng y tế, http://www.sinhhocvietnam.com.vn Nguyễn Lân Dũng (24/02/2008), Thực phẩm chuyển gene có lợi, http://www.dairyvietnam.org.vn Nguyễn Như Hiền (2005), Công nghệ sinh học, tập 1, NXB Giáo dục, Hà Nội, tr.107 - 120, 193 - 202 Phạm Thành Hổ (2006), Nhập môn công nghệ sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội, tr.166 - 194, 249 - 280 Nguyễn Hoàng Lộc (2007), Công nghệ tế bào, NXB Đại học Huế, tr 58 76 Nguyễn Hoàng Lộc (2007), Nhập môn công nghệ sinh học, NXB Đại học Huế, tr - 14 Nguyễn Hoàng Lộc (2007), Sinh học phân tử, NXB Đại học Huế, tr 211 217 Hoàng Đức Minh (04/09/2006), Công nghệ sinh học phục vụ nông nghiệp, http://www.dalatrose.com Lương Đức Phẩm (2004), Công nghệ vi sinh vật, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, tr 362 - 390 10 Trần Thị Thanh (2003), Công nghệ vi sinh, NXB Giáo dục, Hà Nội, tr - 13 11 Nguyễn Xuân Thành (2006), Vi sinh vật học công nghiệp, NXB Giáo dục, Hà Nội, tr 97 - 173 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 18 TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc MỤC LỤC PHẦN - MỞ ĐẦU PHẦN - NỘI DUNG Những thành tựu công nghệ vi sinh y tế, bảo vệ sức khoẻ cộng đồng 1.1 Sản xuất chất kháng sinh dùng điều trị [4] 1.2 Sản xuất thuốc công nghệ DNA tái tổ hợp [5] 1.3 Sản xuất enzyme dùng trị liệu [5] 1.4 Sản xuất vaccine .5 Ứng dụng công nghệ vi sinh sản xuất rượu .5 B CÔNG NGHỆ DNA TÁI TỔ HỢP, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG, LIÊN HỆ THỰC TẾ Khái niệm kỹ thuật tái tổ hợp DNA Kỹ thuật DNA tái tổ hợp (Recombinant DNA technology), hay gọi thuật ngữ khác kỹ thuật di truyền, kỹ nghệ gene, công nghệ sử dụng nguyên lý thao tác gene để tạo cấu trúc DNA tái tổ hợp từ nguồn DNA khác nhau,thường kết hợp DNA hay gene ngoại lai (còn gọi gene đích) với DNA hệ gene vật chủ biểu gene thành protein có hoạt tính thể vật chủ [2] Kỹ thuật DNA tái tổ hợp đời sở hàng loạt thành tựu sinh học phân tử việc tách, cắt, nối, chép, chuyển cho gene biểu mong muốn.nó có vai trò cách mạng hoá phát triển sinh học tạo quyền lực ghê gớm cho người việc cải tạo sinh giới thân Đồng thời, việc nghiên cứu kỹ thuật DNA tái tổ hợp phương pháp dẫn xuất có ý nghĩa quan trọng trang bị phương pháp luận để sâu vào chất sống [8] .7 Các khâu công nghệ DNA tái tổ hợp Các ứng dụng công nghệ DNA tái tổ hợp, liên hệ thực tế 3.1 Ứng dụng dược phẩm [7] 3.2 Ứng dụng sản xuất nông nghiệp .9 3.3 Thuốc oligonucleotide [7] 12 3.4 Liệu pháp gene [7] 12 3.5 Chẩn đoán bệnh để can thiệp sớm [7] 13 3.6 In dấu vân di truyền (DNA fingerprinting) [7] .15 3.7 Lập đồ gene [7] 15 PHẦN - KẾT LUẬN 17 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 19 [...]... 1.2 Sản xuất thuốc bằng công nghệ DNA tái tổ hợp [5] 3 1.3 Sản xuất enzyme dùng trong trị liệu [5] 5 1.4 Sản xuất vaccine .5 2 Ứng dụng của công nghệ vi sinh trong sản xuất rượu .5 B CÔNG NGHỆ DNA TÁI TỔ HỢP, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG, LIÊN HỆ THỰC TẾ 7 1 Khái niệm về kỹ thuật tái tổ hợp DNA 7 Kỹ thuật DNA tái tổ hợp (Recombinant DNA technology), hay còn gọi bằng các thuật... triển của sinh học và tạo ra quyền lực ghê gớm cho con người trong việc cải tạo sinh giới và bản thân mình Đồng thời, việc nghiên cứu về kỹ thuật DNA tái tổ hợp và các phương pháp dẫn xuất của nó có ý nghĩa quan trọng là trang bị phương pháp luận mới để đi sâu vào bản chất của sự sống [8] .7 2 Các khâu cơ bản của công nghệ DNA tái tổ hợp 8 3 Các ứng dụng của công nghệ DNA tái tổ hợp, liên... di truyền, kỹ nghệ gene, là công nghệ sử dụng các nguyên lý của thao tác gene để tạo ra cấu trúc của DNA tái tổ hợp từ các nguồn DNA khác nhau,thường là sự kết hợp giữa DNA hay gene ngoại lai (còn gọi là gene đích) với DNA hệ gene của vật chủ và biểu hiện được gene đó thành protein có hoạt tính trong cơ thể vật chủ [2] 7 Kỹ thuật DNA tái tổ hợp ra đời trên cơ sở hàng loạt thành tựu của sinh học phân... Nguyễn Hoàng Lộc (2007), Nhập môn công nghệ sinh học, NXB Đại học Huế, tr 5 - 14 7 Nguyễn Hoàng Lộc (2007), Sinh học phân tử, NXB Đại học Huế, tr 211 217 8 Hoàng Đức Minh (04/09/2006), Công nghệ sinh học phục vụ nông nghiệp, http://www.dalatrose.com 9 Lương Đức Phẩm (2004), Công nghệ vi sinh vật, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, tr 362 - 390 10 Trần Thị Thanh (2003), Công nghệ vi sinh, NXB Giáo dục, Hà Nội, tr... Vi sinh vật học công nghiệp, NXB Giáo dục, Hà Nội, tr 97 - 173 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 18 TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc MỤC LỤC PHẦN 1 - MỞ ĐẦU 1 PHẦN 2 - NỘI DUNG 3 1 Những thành tựu công nghệ vi sinh trong y tế, bảo vệ sức khoẻ cộng đồng 3 1.1 Sản xuất các chất kháng sinh dùng trong điều trị [4] 3 1.2 Sản xuất thuốc bằng công nghệ DNA tái. .. người, đó chính là nhờ vào công nghệ sinh học Cho đến nay, cách mạng chính về CNSH là kỹ thuật di truyền (hay kỹ thuật DNA tái tổ hợp) Kỹ thuật di truyền đã mở ra những triển vọng, viễn cảnh mới về lý thuyết là không có giới hạn: con người có thể thiết kế và chế tạo ra những vi sinh vật, những tế bào mà trước đây chưa hề có Những vi sinh vật nhân tạo này có thể tổng hợp ra ở quy mô công nghiệp những sản... tế về ứng dụng công nghệ sinh học nông nghiệp, lượng cây trồng đó được sử dụng ở mức gia tăng 20% Các loài cây mang gene công nghệ sinh học mới là đậu nành, ngô, bông và canola, chiếm tương ứng 56%, 14%, 28% và 19% diện tích trồng các loài cây này trên toàn cầu Tổng diện tích của chúng chiếm gần 30% diện tích dành cho các loài cây này trên toàn cầu Tại Mỹ, đậu nành công nghệ sinh học (đề kháng với thuốc... lượng và y tế, http://www.sinhhocvietnam.com.vn 2 Nguyễn Lân Dũng (24/02/2008), Thực phẩm chuyển gene chỉ có lợi, http://www.dairyvietnam.org.vn 3 Nguyễn Như Hiền (2005), Công nghệ sinh học, tập 1, NXB Giáo dục, Hà Nội, tr.107 - 120, 193 - 202 4 Phạm Thành Hổ (2006), Nhập môn công nghệ sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội, tr.166 - 194, 249 - 280 5 Nguyễn Hoàng Lộc (2007), Công nghệ tế bào, NXB Đại học Huế,... Một ứng dụng công nghệ DNA tái tổ hợp trong thời gian gần đây đó là phát triển các thuốc oligonucleotide có trình tự phân tử DNA hoặcRNA nhân tạo ngắn có thể được dùng để điều trị bệnh Các antisense oligonucleotide bổ sung cho các RNA không mong muốn, như là RNA của virus Khi được bổ sung vào tế bào, thì các antisense DNA này liên kết với mRNA của virus và ức chế sự dịch mã của chúng Các DNA oligonucleotide... lượng, chúng ta sẽ cần sử dụng mọi công cụ và phát minh khoa học sẵn có, kể cả công nghệ sinh học và kĩ thuật di truyền và tiếp tục đi theo con đường có những đột phá nông nghiệp đã từng thúc đẩy tiến bộ của loài người hàng nghìn năm Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 17 TiÓu luËn chuyªn ®Ò C«ng nghÖ Sinh häc TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Dương Văn Cường (26/04/2008), Công nghệ sinh học cây trồng: những tiến ... hợp cDNA từ mRNA: tách chiết mARN sử dụng enzyme phiên mã ngược (reverse transcriptase) tổng hợp nên cDNA sợi đơn, từ DNA sợi đơn tổng hợp cDNA sợi kép enzyme DNA polymerase I + Phân lập đoạn DNA. .. DNA thời gian ngắn b Tạo dòng DNA Gồm bước: + Thiết kế vector tái tổ hợp: đoạn DNA ngoại lai vector cắt loại enzyme cắt để tạo đầu dính chúng gắn lại với nhờ enzyme nối ligase + Biến nạp vector... công nghệ DNA tái tổ hợp a Phân lập DNA/ gene Một số phương pháp phân lập gene để thực kỹ thuật tái tổ hợp DNA sử dụng là: + Tách đoạn DNA từ geneome: dùng enzyme cắt hạn chế để cắt DNA hệ gene