Cơ sở di truyền công nghệ Vi sinh

VẬT LIỆU DI TRUYỀN Ở VSV
1.VIRUS
Axid nucleic: ở bên trong chính là bộ gen của virut.
Mỗi một virut chỉ chứa ADN hoặc ARN: *Là chuỗi đơn (ss, single strand)
hay chuỗi kép (ds, double strand)
*Là dạng sợi hay dạng vòng
*Là dạng vòng kín hay dạng hở.

So sánh virus trần và virus có vỏ ngoài
Sinh tổng hợp mARN ở một số virus
Chu trình sinh tan và tiềm tan
Chu trình Tiềm tan
Chu trình Sinh tan
4. Hiện tượng tự mất prophage

2.Vật liệu DT ở prokaryote và eukaryote
2.1. PROKARYOTE : ADN và ARN trong chất nhân
ADN trong plasmide
Prokaryote và Eukaryote
Năm 1938 nhà sinh vật học Mỹ Herbert Copeland đề nghị xếp sinh vật vào 2 lãnh giới prokaryote và eukaryote
NHÂN NGUYÊN THUỶ Ở VK
Thể nhân của vi khuẩn
NST của vi khuẩn
Vi khuẩn chỉ có 1NST trần không có protein histon mà chỉ có các polyamin như Specmidin và specmin làm chức năng củng cố và ổn định ADN
Vật chất di truyền của chúng là những phân tử ADN trần, chuỗi kép mạch vòng với khoảng 4 triệu cặp bazơ và có khoảng 3000- 4000gen.
Staphylococcus haemolyticus
JCSC1435
2,685,015bp
ADN của
Tụ cầu vàng
Vị trí cắt vùng A
Region C
Region B
Plasmit của vi khuẩn
Năm 1952 Joshua Lederberg
gọi yếu tố di truyền ngoài NST, có thể tự nhân lên và độc lập đối với các gen trên NST là plasmit.
-Các plasmit không quyết định sự sống còn của tế bào VK nhưng chúng mang một số gen quan trọng như: chịu nhiệt, kháng nguyên tố nặng, kháng lại với các độc tố và chất kháng sinh

Joshua Lederberg
Có 2 loại plasmid ở VK
Plasmid mang một số gen kháng thuốc kháng sinh (Plasmid R) và plasmid tiếp hợp (Plasmid F).

Plasmid F khác Plasmid R ?
Một số plasmid có khả năng xen vào NST chính và tách ra (thông qua trao đổi chéo) Nhờ sự xen vào mà nó được tái bản. Số lượng bản sao của plasmid trong tế bào cở 10- 200 bản sao/tế bào. Ở một số loài vi khuẩn, ADN vòng plasmid có thể chiếm tới 1-2% tổng số ADN có trong tế bào.
2.2. EUKARYOTE:
-ADN và ARN trong nhân và ADN trong plasmide.
-ADN và ARN trong bào quan (ti thể, lạp thể)
Vật liệu di truyền ở ti thể
-G?n dđy, ngu?i ta c�n n�i d?n câc y?u t? di truy?n ngoăi NST c� th? c� th? xđm nh?p văo trong nhđn d� lă câc y?u t? di truy?n v?n d?ng (Transposon) vă câc y?u t? di truy?n gia nh?p (IS).VCDT c?a câc nhđn t? năy cung lă axit nucleic.


*CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU DI TRUYỀN Ở VI SINH VẬT
1.Biến nạp (Transformation)
2.Tải nạp (Transduction) và
3.Tiếp hợp (Conjugation).
1)Truyền thông tin 1 chiều từ tế bào cho (donor) sang tế bào nhận (recipient);

2) Tạo ra hợp tử từng phần (merozygote), vì thể cho chỉ truyền sang thể nhận một phần bộ gen của nó;

3) Vì bộ gen chỉ là một phân tử ADN trần nên chỉ có một nhóm liên kết và tái tổ hợp về thực chất là lai phân tử.

*Các đặc điểm của cơ chế truyền VLDT ở VK

Lần đầu tiên, vào năm 1946 Lederberg và Tatum phát hiện ra sự tái tổ hợp ở vi khuẩn.
Cho đến nay, ta biết rằng ở vi khuẩn có các quá trình sinh sản tương đương sinh sản hữu tính, gọi là cận hữu tính (parasexuality), đó là: tiếp hợp, biến nạp và tải nạp.
Joshua Lederberg
Edward Lawrie Tatum
*NC-cơ chế truyền VLDT ở VK
*Vật liệu di truyền được vận chuyển TB  TB
Theo 1 trong 3 cơ chế:
Biến nạp (Transformation)
Tải nạp (Transduction) và
Tiếp hợp (Conjugation).
1.Biến nạp (Transformation)
Biến nạp là hiện tượng xâm nhập của ADN ngoại bào vào tế bào thể nhận và gây biến đổi một số đặc tính của thể nhận bởi ảnh hưởng của ADN thể cho.
Khác với tiếp hợp và tải nạp, biến nạp là quá trình chuyển ADN trực tiếp tách ra từ tế bào thể cho sang tế bào thể nhận.
Đặc trưng của biến nạp là ở chỗ ADN thể cho phải ở dạng xoắn kép. Hiệu qủa của nó phụ thuộc vào khả năng dung nạp của tế bào nhận, kích thước đoạn ADN và nồng độ ADN.
-Tế bào có khả năng tiếp nhận đoạn ADN ngoại lai đó gọi là tế bào khả biến, và có thể xảy ra lưỡng bội hóa ở một phần bộ gen (hợp tử từng phần). Sự gắn kết đoạn ADN ngoại lai vào ADN tế bào nhận được thực hiện nhờ cơ chế tái tổ hợp tương đồng.
-Sau khi chui qua màng tế bào nhận, một sợi của đoạn ADN ngoại lai bị phân hủy, cho nên nếu như đoạn sợi đơn còn lại không được gắn vào thì sẽ bị phân hủy luôn.
-Tần số xuất hiện các tế bào khả biến là rất thấp ( ngay cả ở các loài vi khuẩn có khả năng biến nạp) và tần số biến nạp (đối với các tế bào khả biến) cũng chỉ khoảng 10-3.

Hiện tượng biến nạp được Frederick Griffith, công bố năm 1928.




Streptococcus pneumoniae


Là những song cầu hình ngọn nến hai đầu nhọn quay ra ngoài, hai đầu to đứng giáp vào nhau. Không có lông, không di động, không sinh bào tử, bắt màu Gram (+).
Streptococcus pneumoniae
Tóm tắt thí nghiệm của Frederick Griffith, 1928

a. Tiêm chủng S cho chuột  chuột chết
b. Tiêm chủng R cho chuột chuột sống
Tóm tắt thí nghiệm của Frederick Griffith, 1928

c. Tiêm chủng S giết chết bằng nhiệt cho chuột chuột sống
Tóm tắt thí nghiệm của Frederick Griffith, 1928

(c)
d. Tiêm hỗn hợp chủng S giết chết bằng nhiệt và chủng R sống cho chuột chuột chết
Tóm tắt thí nghiệm của Frederick Griffith, 1928

Tóm tắt thí nghiệm của Avery Macleod và Carty , 1944

Tóm tắt thí nghiệm của Avery Macleod và Carty , 1944

Kết luận: ADN chính là nhân tố di truyền quy định KL dạng S
Cơ chế biến nạp
-ADN biến nạp tiếp xúc tế bào nhận tại receptor
-ADN biến nạp xâm nhập tế bào nhận
-ADN biến nạp hoạt động trong tế bào nhận:
Lập thành thể Plasmid
Lập thành thể merodigot
Lập thành thể epixom
-ADN biến nạp chui ra khỏi TB chủ tiếp tục xâm nhập vào tế bào mới.
Hiệu quả của biến nạp phụ thuộc vào 3 yếu tố:
Tính dung nạp của tế bào nhận
Kích thước của đoạn ADN
Nồng độ của ADN
Ứng dụng biến nạp
-Biến nạp chỉ được dùng làm kỹ thuật lập bản đồ gen cho 1 số loài.
Ngày nay biến nạp được ứng dụng rất rộng rãi như là một khâu cơ bản trong kỹ thuật di truyền: Cấy-chuyển gen, tiêm lắp-ghép gen,... ở E.coli, nấm men bia, thực vật, động vật và cả ở người.


2. Tiếp hợp (conjugation)

Bổ trợ khuyết dưỡng thông qua tiếp hợp
Tiếp hợp là sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai tế bào vi khuẩn, trong đó diễn ra sự truyền đi một phần vật liệu di truyền từ thể cho sang thể nhận.
Ở đây, nhân tố F được truyền từ tế bào F+ sang F- trong quá trình tiếp hợp, nhờ kiểu sao chép “vòng lăn” (rolling circle) hay còn gọi là sao chép sigma ().
Kết quả của sự tiếp xúc là tế bào F- cũng trở thành F+, nghĩa là có sự thay đổi giới tính (cái đực). Tuy nhiên, tần số lai F+ x F- rất thấp, khoảng 10-6.

Về sau, người ta còn phát hiện một dạng vi khuẩn, trong đó plasmid F được xen cài vào trong nhiễm sắc thể vi khuẩn, dạng này có khả năng lai với tế bào F- với tần số cao hơn ( khoảng 104 lần), gọi là tế bào Hfr ( High Frequency of recombination).
Khác với các tế bào F+, các tế bào Hfr còn có thể truyền đi một phần nhiễm sắc thể vi khuẩn qua ống tiếp hợp. Lợi dụng đặc tính này người ta đã lập bản đồ di truyền bằng tiếp hợp cho hơn 700 gen của nhiễm sắc thể E.coli và cho thấy nó có dạng vòng.
Quá trình tiếp hợp chuyển yếu tố F
3. Tải nạp (Transduction)

Tải nạp là quá trình truyền ADN từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận nhờ phage. Có 2 kiểu tải nạp: tải nạp chung và tải nạp đặc hiệu.
Thí nghiệm của Zinder và Lederberg
Phage P22
Tải nạp chung là trường hợp phage truyền bất kỳ gen nào của vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận ở E.coli, phage P1 là phage tải nạp chung đã được nghiên cứu kỹ. Trong khi nhiễm vào vi khuẩn, phage P1 sản ra nucleaza cắt ADN vi khuẩn chủ thành từng đoạn một cách ngẫu nhiên. Về sau, trong quá trình lắp ráp vỏ protein với ADN phage có khỏang 10-3 - 10-2 hạt phage con mang đoạn ADN vật chủ.
Khi các phage tải nạp này xâm nhập vi khuẩn khác, sẽ xảy ra sự tái tổ hợp tương đồng với NST vật chủ mới. Đoạn gen tải nạp thường chứa khoảng 50 gen và tải nạp có thể được dùng để lập bản đồ gen.

Tải nạp đặc hiệu là trường hợp phage chỉ truyền đi những gen nhất định từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận. Kiểu tải nạp này có một số đặc điểm sau:

Được thực hiện bởi prophage lambda ();
Những gen được chuyển nằm sát chỗ prophage xen vào;
Do kết quả của sự cắt sai của phage khi tách khỏi NST vật chủ;
Các vi khuẩn tái tổ hợp có thể lưỡng bội một phần. Tuy nhiên, do sự cắt sai của phage lambda rất hiếm nên tải nạp đặc hiệu có tần số thấp.
Các cơ thể sống đều có những gen chung
Gen có thể tách, nối
Từ gen đến tính trang
Genome ở một số loài sinh vật
Human genome
Gen có thểđược sửa đổi bởi những công cụ phân tử
Gen có thể di chuyển giữa các loài
1973, lần đầu tiên Cohen và Boyer sử dụng plasmid để tạo dòng ADN ở E. coli.
Các gen di chuyển dọc trên NST
Barbara McClintock (1902-1992) giải Nobel 1983 ở tuổi 80

Người phát hiện ra gen nhảy
Tế bào gốc
Nuôi cấy tế bào gốc (Stem Cell)
Cây trồng chuyển gen (GMC)
Ngô chuyển gen kháng sâu hai
Bò đã được chuyển gen (GMO)
Cây Khoai-Cà (Pomato)
Tomatoes
Tomato BHN 444 F1
Cà chua Persimmon Seedling
Zapotec là một giống cà chua đẹp với đường diềm đặc sắc, hương vị ngọt nhẹ có nguồn gốc từ Ấn Độ
Cà chua Green Zebra Seedling
có hương vị ngọt như quả táo
Cà chua Best Boy
C� chua Florida 91
C� chua BHN 444 F1
Tomato Black Krim Seedling
Cà chua đen (Nước Nga) hiện đang là sản phẩm được nhiều người ưa chuộng
Tomato San Marzano Seedling
Tomato Heatwave II
Tomato Sweet Olive F1