Công nghệ gene SVIP

Công nghệ gene

• Là quy trình kĩ thuật sử dụng công nghệ DNA tái tổ hợp để thay đổi kiểu gene và kiểu hình của sinh vật, tạo ra các sản phẩm protein ứng dụng trong thực tiễn.
• Gồm công nghệ DNA tái tổ hợp và công nghệ tạo sinh vật biến đổi gene.

I. Công nghệ DNA tái tổ hợp

1. Khái niệm

Công nghệ DNA tái tổ hợp là quy trình kĩ thuật tạo ra phân tử DNA từ hai nguồn khác nhau (thường từ hai loài) rồi chuyển vào tế bào nhận.

DNA tái tổ hợp gồm một gene (gene chuyển) và DNA dùng làm vector. Đoạn DNA làm vector phải có khả năng tái bản cũng như đảm bảo cho gene chuyển được phiên mã và dịch mã tạo ra sản phẩm protein của gene chuyển trong tế bào nhận.

2. Nguyên lí

Nguyên lí tạo DNA tái tổ hợp là sử dụng các kĩ thuật di truyền tách chiết gene ra khỏi tế bào, kĩ thuật nhân bản gene, kĩ thuật cắt và ghép nối DNA → Mục tiêu: Gene khi đưa vào tế bào nhận tạo ra sản phẩm có chức năng.

Tóm tắt nguyên lí tạo sản phẩm bằng công nghệ DNA tái tổ hợp ở vi khuẩn E. coli: (1) Tạo DNA tái tổ hợp bằng cách cắt và ghép gene chuyển vào plasmid (vector) của vi khuẩn. (2) Plasmid mang gene chuyển được đưa trở lại vào tế bào vi khuẩn. (3) Tế bào vi khuẩn nhân lên hình thành một dòng các tế bào mang gene chuyển. (4) Tiến hành tách chiết dòng vi khuẩn thu được để thu nhận sản phẩm tùy vào mục đích ứng dụng. 

Các bước tạo DNA tái tổ hợp: (1) Sử dụng enzyme giới hạn cắt plasmid tại vị trí xác định, làm lộ ra các đầu dính. (2) Đoạn DNA mang gene cần chuyển được cắt bởi cùng một enzyme, mang đầu dính có trình tự bổ sung sẽ bắt cặp với trình tự đầu dính trên plasmid tạo thành DNA tái tổ hợp. (3) Các nucleotide được nối với nhau bởi enzyme nối DNA ligase. 

​​3. Một số thành tựu

Công nghệ DNA tái tổ hợp đạt được nhiều thành tựu quan trọng, đặc biệt là tạo ra các dòng vi sinh vật biến đổi gene đem lại nhiều ứng dụng trong nghiên cứu di truyền học và trong đời sống.

• Trong ngành dược phẩm: Sản xuất insulin - một hormone của người bằng cách tách gene quy định hormone đó, loại bỏ intron, gắn plasmid (vector) rồi chuyển vào tế bào vi khuẩn → Vi khuẩn tạo ra hormone insulin → Sử dụng làm thuốc chữa bệnh tiểu đường.

• Trong ngành công nghiệp và bảo vệ môi trường: Vi sinh vật biến đổi gene được sử dụng để sản xuất ethanol từ thực vật, xử lí nước thải, xử lí các hóa chất độc hại, tách chiết các kim loại nặng độc hại, tăng cường thu hồi dầu,...

• Trong nông nghiệp: Vi khuẩn biến đổi gene giúp cây trồng tăng cường hấp thụ nitrogen, ức chế các vi khuẩn và nấm gây bệnh.

II. Công nghệ tạo thực vật và động vật biến đổi gene

1. Khái niệm sinh vật biến đổi gene

Sinh vật biến đổi gene là sinh vật có hệ gene đã được biến đổi, chủ yếu là có thêm gene mới từ loài khác.

Mục đích: tạo ra những sinh vật có các đặc điểm khác thường, phục vụ các nhu cầu khác nhau của con người.

2. Nguyên lí tạo động vật và thực vật biến đổi gene

Dựa trên nguyên lí DNA tái tổ hợp, kết hợp với các công nghệ khác để tạo ra tế bào thực vật hoặc hợp tử động vật mang gene chuyển (thường là từ loài khác).

a) Nguyên lí tạo động vật biến đổi gene

Sử dụng trứng vừa mới thụ tinh (khi nhân của tinh trùng và trứng chưa hòa nhập) dùng làm tế bào nhận gene chuyển. Khi tế bào trứng đủ lớn để có thể dùng kim tiêm bơm hàng trăm bản sao của gene chuyển vào trong tế bào. Gene chuyển sẽ tích hợp ngẫu nhiên vào hệ gene của tinh trùng hoặc của trứng. Hợp tử chuyển gene sau đó được nuôi cấy thành phôi rồi đưa vào tử cung của "mẹ nuôi" để mang thai và sinh ra cá thể mang gene chuyển.

Quy trình tạo động vật chuyển gene: (1) Gene chuyển được tiêm vào hợp tử khi nhân của tinh trùng và trứng chưa hòa nhập. (2) Hợp tử được nuôi cấy thành phôi sau đó cấy vào con cái mang thai hộ. (3) Dùng kĩ thuật kiểm tra sự có mặt của gene chuyển ở thế hệ con. (4) Lựa chọn các con mang gene chuyển, cho giao phối để tạo dòng thuần chủng.

b) Nguyên lí tạo thực vật biến đổi gene

Dựa trên công nghệ DNA tái tổ hợp giống như ở vi khuẩn. Tế bào thực vật có thành tế bào nên việc chuyển DNA tái tổ hợp được thực hiện bằng súng bắn gene hoặc dùng virus. Tế bào chuyển gene sau đó được nuôi cấy thành các cây chuyển gene.

3. Một số thành tựu

a) Đối với thực vật

Tạo giống "lúa vàng" có thêm gene tổng hợp tiền chất vitamin A.

Tạo giống cây bông có thêm gene lấy từ vi khuẩn tạo ra độc tố chống lại sâu hại,...

b) Đối với động vật

Cừu chuyển gene đã được tạo ra có gene quy định protein antithrombin của người, được tách chiết dùng làm thuốc chống đông máu.

Cá hồi chuyển gene có thêm gene quy định hormone sinh trưởng có tốc độ sinh trưởng cao hơn nhiều so với cá hồi bình thường.

Một số vấn đề khi sử dụng sinh vật biến đổi gene: 

• Nguy cơ phát tán các gene chuyển vào tự nhiên. Ví dụ: Cây trồng có gene kháng thuốc diệt cỏ, kháng côn trùng, kháng virus lai được với các cây hoang dại → Tạo nên "siêu cỏ dại" kháng thuốc diệt cỏ.
• Có thể gây nên những vấn đề về sức khỏe như dị ứng hay các bệnh khác khi sử dụng lâu dài → Một số nơi yêu cầu thực phẩm cần ghi rõ là thực phẩm biến đổi gene.

  

• Ứng dụng công nghệ gene cũng gây quan ngại về vấn đề đạo đức sinh học. Việc sử dụng công nghệ DNA tái tổ hợp để chỉnh sửa hệ gene người được cho là vi phạm đạo đức và đang bị cấm nghiên cứu ở nhiều quốc gia.

1. Công nghệ di truyền là quy trình kĩ thuật sử dụng công nghệ DNA tái tổ hợp để thay đổi kiểu gene và kiểu hình của sinh vật, tạo ra các sản phẩm protein ứng dụng trong thực tiễn.

2. Công nghệ DNA tái tổ hợp là quy trình kĩ thuật tạo ra phân tử DNA từ hai nguồn khác nhau (thường từ hai loài) rồi chuyển vào tế bào nhận với mục đích tạo ra được nhiều sản phẩm protein của gene chuyển.

3. Tạo động vật và thực vật biến đổi gene đều dựa trên công nghệ DNA tái tổ hợp. Tuy vậy, tạo động vật chuyển gene, ngoài công nghệ DNA tái tổ hợp cần có công nghệ thụ tinh nhân tạo; còn tạo cây chuyển gene cần thêm công nghệ nuôi cấy tế bào để tái sinh tế bào chuyển gene thành cây chuyển gene.

4. Công nghệ gene đem lại nhiều ứng dụng thực tiễn nhưng cũng gây nên những quan ngại về sức khỏe, môi trường và đạo đức sinh học.