Công nghệ tế bào động vật và thực vật
Chia sẻ bởi Kiem Anh Khoa |
Ngày 23/10/2018 |
54
Chia sẻ tài liệu: công nghệ tế bào động vật và thực vật thuộc Bài giảng khác
Nội dung tài liệu:
Báo cáo chuyên đề CNSH 1
Cán bộ hướng dẫn
Ts. Nguyễn Văn Thành
Nhóm 1- Công nghệ Sinh Học K35
Phạm Hoàng Nam 3092422
Lợi Đức Linh 3092415
Danh Thị Phương Nga 3092492
Phạm Thị Đàm Mi 3092418
Đinh Thị Bé Ngọc 3092495
Nguyễn Văn Quắc
Dương Trọng Tín
Lê Thanh Nhật 3096846
Cần Thơ, tháng 09 năm 2010
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NC&PT CÔNG NGHỆSINH HỌC
ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghệ sinh học đang trở thành một ngành công nghệ ứng dụng phát triển mạnh mẽ và là ngành khoa học mũi nhọn của thế kỉ 21.
Công nghệ tế bào là một trong năm hướng phát triển cùa ngành công nghệ sinh học đã và đang đem lại những hiệu quả khoa học và kinh tế rất triển vọng trong sự phát triển của loài người .
Việc trang bị kiến thức và kĩ năng về công nghệ tế bào cho sinh viên ngành Công nghệ sinh học là điều bắt buộc trong các trường đại học có đào tạo về Công nghệ sinh học .
NỘI DUNG
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ TẾ BÀO
- Công nghệ tế bào
Ngày nay, việc ứng dụng phương pháp nuôi cấy tế bào hoặc mô trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo ra những mô, cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh với đầy đủ các tính trạng của cơ thể gốc đã trở thành một ngành kĩ thuật, có qui trình xác định, được gọi là công nghệ tế bào.
2
- Lịch sử phát triển
Về công nghệ tế bào các nước đều đã sử dụng rộng rãi kỹ thuật nuôi cấy mô (tissue culture) dung hợp tế bào (cell fusion) chuyển nhân (nuclear transplantation)
nuôi cấy các tế bào gốc,...và đã có rất nhiều thành tựu.
A.CÔNG NGHỆ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT
I.SƠ LƯỢC VỀ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT
1. CẤU TẠO
2.CHỨC NĂNG
3
II.CÔNG NGHỆ TẾ BÀO GỐC
1.TẾ BÀO GỐC
a.Khái niệm: tế bào gốc là những tế bào không chuyên biệt (chưa biệt hóa) nhưng có khả năng trở thành các tế bào chuyên biệt và chức năng mới tương ứng.
b.Chức năng: tế bào gốc được sử dụng để tạo các tế bào mới thay thế cho các tế bào già, chết tự nhiên, bị tổn thương, bị mất chức năng hay vì nguyên nhân khác .
c.Nguồn gốc
4
d.Phân loại tế bào gốc
Tế bào gốc tổng năng: mỗi tế bào có thể phát triển thành một cá thể mới.
Tế bào gốc toàn năng: tế bào có thể hình thành nên bất cứ loại tế bào nào trong cơ thể (trên 200 loại).
Tế bào gốc đa năng: tế bào đã được biệt hóa, nhưng vẫn có thể hình thành nên một số loại tế bào khác.
5
Ghép các tế bào gốc tạo máu trong điều trị các tình trạng khác nhau của suy thoái hệ thống tạo máu.
Chữa trị các bệnh thuộc hệ thần kinh do sự thoái biến của các tế bào thần kinh.
Tái tạo da sau chữa trị bỏng.
Tái tạo mô cơ-xương qua thủ thuật ghép các tế bào gốc phôi
Ứng dụng vào các thủ thuật ghép tủy xương.
Trong thẩm mỹ: Các sản phẩm chăm sóc da
2.ỨNG DỤNG
6
1.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN NẠP GEN
a.Chuyển nhiễm Dùng calcium phostphate kết tủa ADN
b.Lipofection Sử dụng các lipid trung tính hoặc mang cation để tạo thành các liposome. Phức lipid hợp nhất với màng huyết tương sẽ phóng thích ADN dính bám vào trong phần bào tan (cytosol).
c.Xung điện
d.Vi tiêm
III.ĐỘNG VẬT CHUYỂN GEN
7
(1) Gen có chức năng nào đó được lựa chọn và phân lập trong phòng thí nghiệm.
(2) Một con vật cho được gây siêu bài noãn và thu hoạch phôi từ ống dẫn trứng.
(3) Gen được đưa vào trứng được thụ tinh bằng kỹ thuật vi tiêm.
(4) Phôi chuyển gen được đưa vào con vật nhận mà có thể cho ra đời con non có gen đã chuyển.
(5) Kiểm tra con non đối với gen mới chuyển, lai tạo để tạo con non có tính ổn định di truyền về tính trạng mới.
8
e.Dùng súng bắn gen
Sử dụng các hạt kim loại như tungsten hoặc vàng làm vi đạn. Vi đạn được bọc bằng ADN và đi với một vận tốc thích hợp để xâm nhập vào tế bào đích.
f.Dùng vector virus
2.CÔNG NGHỆ TẠO ĐỘNG VẬT CHUYỂN GEN
9
a.Tách chiết, phân lập gen mong muốn và tạo tổ hợp gen biểu hiện trong tế bào động vật
b.Tạo cơ sở vật liệu biến nạp gen
c.Chuyển gen vào động vật
d.Nuôi cấy phôi trong ống nghiệm (đối với động vật bậc cao)
e.Kiểm tra động vật được sinh ra từ phôi chuyển gen
f.Tạo nguồn động vật chuyển gen một cách liên tục
3.ỨNG DỤNG CỦA KĨ THUẬT CHUYỂN GEN Ở ĐỘNG VẬT
10
11
i.Kháng bệnh trong thú y
12
IV.NUÔI CẤY TẾ BÀO ĐỘNG VẬT CÓ VÚ
1.ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ
a.Ưu điểm
Sản xuất các phân tử phức tạp và các kháng thể dùng làm thuốc phòng bệnh, điều trị hoặc chẩn đoán
Các tế bào động vật đáp ứng được quá trình hậu dịch mã chính xác đối với các sản phẩm protein sinh-dược (biopharmaceutical protein).
Sản xuất các viral vector dùng trong liệu pháp gen
Sản xuất các tế bào động vật để dùng như một cơ chất in vitro trong nghiên cứu độc chất học và dược học.
Sản xuất các cơ quan thay thế nhân tạo-sinh học/các dụng cụ trợ giúp.
13
b.Hạn chế
Các tế bào động vật có kích thước lớn hơn và cấu trúc phức tạp hơn các tế bào vi sinh vật.
Tốc độ sinh trưởng của tế bào động vật rất chậm nên sản lượng của chúng khá thấp và việc duy trì điều kiện nuôi cấy vô trùng trong một thời gian dài thường gặp nhiều khó khăn hơn.
Các tế bào động vật được bao bọc bởi màng huyết tương mỏng kết quả là chúng rất dễ bị vỡ.
Môi trường nuôi cấy thường đòi hỏi bổ sung huyết thanh máu rất đắt tiền.
Hầu hết các tế bào động vật chỉ sinh trưởng khi được gắn trên một bề mặt.
2.CÁC DÒNG TẾ BÀO ĐỘNG VẬT CÓ VÚ VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NÓ
a.Các tế bào dịch huyền phù
Các tế bào máu hoặc dịch bạch huyết là các tế bào dịch huyền phù (suspension cells), hoặc không dính bám khi chúng sinh trưởng trong nuôi cấy in vitro.
14
3.MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY TẾ BÀO ĐỘNG VẬT CÓ VÚ
b.Các tế bào dính bám
Hầu hết các tế bào động vật bình thường là các tế bào dính bám (cần có bề mặt để gắn vào và sinh trưởng). Người ta sử dụng rộng rãi các loại tế bào dính bám là tế bào biểu mô và nguyên bào sợi (fibroblast).
Môi trường đặc trưng dùng trong nuôi cấy tế bào động vật bao gồm các amino acid, các vitamin, các hormone, các nhân tố sinh trưởng, muối khoáng và glucose. Ngoài ra, môi trường cần được cung cấp từ 2-20% (theo thể tích) huyết thanh của động vật có vú.
4.CÁC SẢN PHẨM THƯƠNG MẠI CỦA NUÔI CẤY TẾ BÀO ĐỘNG VẬT CÓ VÚ
Các sản phẩm sinh học được sản xuất bằng tế bào động vật có vú chủ yếu là các glycoprotein.
15
Bảng 1. Các sản phẩm quan trọng của nuôi cấy tế bào động vật
16
V.NHÂN BẢN VÔ TÍNH Ở ĐỘNG VẬT
1.KHÁI NIỆM
2.QUY TRÌNH THỰC HIỆN
Nhân bản vô tính là phương pháp sinh sản đơn không thông qua thụ tinh (không phân biệt giới tính). Bằng phương pháp này các cá thể có thể được tạo ra từ một tế bào lấy từ nguyên bản.
17
Thú cảnh nuôi
3.ỨNG DỤNG
18
19
B. CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT
I. SƠ LƯỢC VỀ TẾ BÀO THỰC VẬT
1. CẤU TRÚC TẾ BÀO THỰC VẬT
2. CHỨC NĂNG TẾ BÀO THỰC VẬT
20
II.NUÔI CẤY MÔ
1.ĐẶC ĐIỂM
a.Nuôi cấy mô: tế bào thực vật là kĩ thuật cho phép nuôi cấy dễ dàng những tế bào thực vật hay mô phân sinh sạch bệnh trong môi trường nhân tạo thích hợp để tạo ra những khối tế bào hay những cây hoàn chỉnh trong ống nghiệm.
b.Cơ sở sinh lí:
Tính toàn năng: khả năng của 1 tế bào hình thành 1 cây hòa chỉnh trong điều kiện nuôi cấy thích hợp
Sự phân chia phân hóa, phản phân hóa của tế bào
Phân hóa: 1 tế bào, 1 khối tế bào phân hóa thành mô, cơ quan, hệ cơ quan.
Phản phân hóa: khi các tế bào đã phân hóa thành các mô chức năng riêng biệt nhưng vẫn có thể quay về trạng thái chức năng phôi sinh ban đầu ki gặp điều kiện thuận lợi.
21
c.Các nhân tố đảm bảo thành công trong công nghệ nuôi cấy mô- tế bào thực vật:
Đảm bảo điều kiện vô trùng, phòng thí nghiệm phải chuyên hóa cao.
Chọn đúng môi trường và chuẩn bị môi trường đúng cách.
Chọn mô cấy, xử lí mô cấy thích hợp trước và sau khi cấy.
d.Các bước trong kĩ thuật nuôi cấy mô- tế bào thực vật
Tạo vật liệu khởi đầu: thường chọn chồi là bộ phận nuôi cấy thích hợp nhất khử trùng cấy trong môi trường khởi động để tái sinh
Giai đoạn nhân nhanh: vật liệu khởi đầu được chuyển sang môi trường nhân nhanh có bổ sung Xitokinin để tái sinh 1 thành nhiều chồi.
Giai đoạn tạo cây hoàn chỉnh: tách riêng các chồi cho vào môi trường tạo rể (bố sung Auxin) mỗi chồi ra rể thành 1 cây hoàn chỉnh.
Giai đoạn ra cây: cây trong ống nghiệm đủ tiêu chuẩn (chiều cao, số lá, số rể) sẽ được chuyển sang môi trường tự nhiên.
22
2.SƠ LƯỢC CÁC KỸ THUẬT DÙNG TRONG NUÔI CẤY MÔ
A. Mô sẹo từ Catharanthus roseus. (B)Nuôi cấy dịch tế bào từ Coryphanta spp. (C) Nốt sần C. roseus. (D) Đầu rễ từ C. roseus. (E)Tái sinh cây từ C. roseus callus. (F) Protoplasts từ Coffea arabica (G) Vi nhân giống của Agave tequilana. (H) Phôi vô tính của cây Coffea canephora. (I) Nuôi cấy rễ cây Psacalium decompositum.
Hình 27: Một số kỹ thuật dùng trong nuôi cấy mô tế bào thực vật
23
a.Nuôi cấy phôi nước dừa, nước chiết malt, casein thuỷ phân, là những chất rất cần trong nuôi cấy phôi. Các chất kích thích sinh trưởng như GA3, auxin, cytokinine thường được dùng nhiều trong nuôi cấy phôi. Các yếu tố ngoại cảnh như nhiệt độ, ánh sáng cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của
phôi nuôi cấy in vitro. Thường phôi nuôi cấy cần nhiệt độ và ánh sáng thấp hơn phôi phát triển tự nhiên.
b.Nuôi cấy mô và cơ quan tách rời
Nhu cầu dinh dưỡng khi nuôi cấy các bộ phận khác nhau của cây là khác nhau nhưng có thể thấy một số yêu cầu chung như nguồn cacbon dưới dạng đường và các muối của các nguyên tố đa lượng ( nito, phospho, kali, calxi) và vi lượng ( Mg, Fe, Mn, Co,Zn,...).
Ngoài ra cần một số chất đặc biệt như vitamin (B1, B6, B3, ...) và các chất điều hoà sinh trưởng
Đối với nuôi cấy mô, ngoài những thành phần dinh dưỡng như đối với nuôi cấy cơ quan tách rời, cần bổ sung thêm các chất hữu cơ chứa ít nitơ dưới dạng acide amine, đường và inositol.
24
c. Nuôi cấy mô phân sinh
Mô phân sinh thường là các mô đỉnh chồi và cành có kích thước 0,1mm÷ 1cm.
Nuôi cấy mô phân sinh được sử dụng để loại virus tạo cây sạch virus và nhân giống invitro. Nuôi cấy mô phân sinh còn được sử dụng để nghiên cứu quá trình hình thành cơ quan, tạo cây đa bội qua xử lý colchicin.
d. Nuôi cấy bao phấn
Hạt phấn nuôi cấy có thể phát triển thành cây đơn bội hoàn chỉnh trong điều kiện nuôi cấy in vitro bằng con đường tạo phôi trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua tạo mô sẹo và tạo cơ quan
e. Nuôi cấy tế bào đơn
Tế bào đơn có thể nhận được bằng con đường nghiền mô, hoặc xử lý enzym. Mỗi loại cây, mỗi loại tế bào khác nhau đòi hỏi những kỹ thuật nuôi cấy khác nhau.
25
f. Nuôi cấy protoplast
Trong điều kiện nuôi cấy phù hợp protoplast có thể tái sinh thành tế bào mới, phân chia và tái sinh thành cây hoàn chỉnh. Do không có thành tế bào nên protoplast trở nên một đối tượng lý tưởng trong nghiên cứu biến đổi di truyền ở thực vật. Bằng phương pháp dung hợp hai protoplast có thể tạo ra các cây lai soma. Ngoài ra còn có thể sử dụng kỹ thuật dung hợp protoplast để chuyển các bào quan và chuyển gene.
3. ỨNG DỤNG
a. Nhân giống vô tính với quy mô lớn
b. Củ khoai bi và hạt giống nhân tạo
c. Sản xuất cây giống sạch mầm bệnh
d. Lập ngân hàng gen thực vật
26
27
III.NUÔI CẤY PHÔI THỰC VẬT
a.Tách phôi
b.Thành phần môi trường
1.NUÔI CẤY PHÔI HỮU TÍNH
2.NUÔI CẤY PHÔI VÔ TÍNH
a.Đặc điểm
Có 2 sự kiện quyết định liên quan đến chương trình sớm của quá trình phát triển:
- Cảm ứng biệt hóa tế bào của những tế bào tiền phôi.
- Biểu hiện trình tự phát triển ở các tế bào tiền phôi.
28
Các phôi phát triển qua các giai đoạn liên tiếp của hình thành phôi bao gồm : giai đoạn hình tim, hình cầu, hình cá đuối.
29
c.Hạt nhân tạo: các phôi vô tính hình thành trong nuôi cấy được bao bọc bằng một vỏ chứa chất dinh dưỡng và những chất bổ sung khác tạo ra các hạt nhân tạo (Demarly, 1986 ; Redenbaugh và cộng sự, 1986).
b.Các nhân tố ảnh hưởng đến phát sinh phôi
30
3.ỨNG DỤNG
a.Ứng dụng của nuôi cấy phôi hữu tính:
Thu nhận thể đơn bội
Kiểm tra nhanh sức nảy mầm của hạt
Nhân giống các cây hiếm
Thụ phấn trong ống nghiệm
b.Ứng dụng của nuôi cấy phôi vô tính
Nhân giống nhanh và dễ dàng
Tạo củ siêu nhỏ (micro), hạt nhân tạo, công nghệ hóa quá trình nhân giống, vườn ươm và xây dựng mô hình trồng thử
IV.NUÔI CẤY VÀ DUNG HỢP TẾ BÀO TRẦN
Tế bào trần là tế bào thực vật bị loại bỏ vách bởi 1 xử lý enzyme. Đó là tế bào tự do, cô lập, không định hướng (vì không còn chịu sự tương quan trong hệ thống thực vật).
31
1.NUÔI CẤY TẾ BÀO TRẦN
Dung hợp tế bào trần là sự hợp nhất của các tế bào sôma không có thành tế bào của các cá thể hoặc các loài khác nhau và sau đó tái sinh cây lai từ các tế bào đã dung hợp.
32
Ứng dụng của tế bào trần
Chọn dòng tế bào
Dung hợp protoplast để lai vô tính tế bào thực vật
Biến nạp di truyền, đưa các cơ quan tử, virus, DNA ngoại lai vào tế bào thực vật.
Là hệ thống lý tưởng cho nghiên cứu sinh tổng hợp thành tế bào
2.DUNG HỢP TẾ BÀO TRẦN
a.Các phương pháp dung hợp
Dung hợp tự phát (Spontaneuouso fusion)
Dung hợp bằng điện
b.Cơ sở tế bào học của dung hợp tế bào trần
Nếu dung hợp chỉ xảy ra tế bào chất và cơ quan tử các nhân vẫn giữ nguyên thì tạo thành thể lai tế bào chất (Cybrid). Còn trường hợp tế bào chất và nhân được dung hợp thì tạo tế bào lai thực sự (Hybrid).
c.Lựa chọn sản phẩm dung hợp
33
V.KỸ THUẬT CHUYỂN GEN THỰC VẬT
1.CÁC ĐIỀU KIỆN
34
2.PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN GEN
Chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium.
Chuyển gen gián tiếp nhờ virus
a.Phương pháp chuyển gen gián tiếp
35
b.Phương pháp chuyển gen trực tiếp
Chuyển gen bằng súng bắn gen (gene gun)
Chuyển gen bằng xung điện (electroporation)
Chuyển gen bằng vi tiêm (microinjection)
Chuyển gen nhờ kỹ thuật siêu âm
Chuyển gen bằng phương pháp hóa học
Chuyển gen trực tiếp qua ống phấn (pollen tube)
36
2.MỘT SỐ ĐÁNH GIÁ VỀ CHUYỂN GEN Ở THỰC VẬT
a.Những lợi ích
Có khả năng chống chịu bệnh
Cho phép giảm sử dụng thuốc trừ sâu
Tăng thành phần dinh dưỡng
Tăng thời gian bảo quản
Tăng sản lượng.
Giảm chi phí sản xuất.
Tăng lợi nhuận nông nghiệp.
Cải thiện môi trường.
Giống mô có thể được trồng trong điều kiện nghèo dinh dưỡng.
b.Những nguy cơ tiềm ẩn và rủi ro có thể
Cây chuyển gen, những rủi ro có thể: khả năng tạo ra những loại cỏ mới
Ảnh hưởng trực tiếp lên các sinh vật không phải là sinh vật cần diệt
Phát triển tính kháng của côn trùng
37
4.ỨNG DỤNG
a.Chuyển gen kháng sâu
b.Chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ
c.Chuyển gen tạo cây kháng virus gây bệnh
38
d.Chuyển gen tạo cây sản xuất protein động vật
e.Chuyển gen thay đổi hàm lượng và chất lượng các chất dinh dưỡng của cây
39
f.Chuyển gen tạo giống hoa có nhiều màu sắc.
40
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Công nghệ tế bào là một bộ phận quan trọng của công nghệ sinh học, chủ yếu nghiên cứu các quá trình nuôi cấy tế bào động-thực vật để sản xuất sinh khối, sản xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học (enzyme, vaccine, các chất thứ cấp…), để làm mô hình thực nghiệm khảo sát các tác động của hoá chất, làm nguyên liệu ghép tế bào và cơ quan….
Đã có rất nhiều thành tựu trên thế giới về Công nghệ tế bào vì vậy hiện nay chúng đang được chú ý phát triển.
KIẾN NGHỊ
Nhà nước cần đầu tư cho công tác nghiên cứu khoa học về Công nghệ tế bào, trang bị cơ sở hạ tầng hiện đại, phù hợp.
Mở thêm ngành học mới ở các trường Đại học, Cao đẳng để đào tạo đội ngũ cán bộ lành nghề trong lĩnh vực phát triển đầy tiềm năng này.
Bên cạnh phát triển cần chú ý đến vấn đề đạo đức, đăc biệt trong nhân bản vô tính động vật.
41
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Việt
Đái Duy Ban, 1998, Công nghệ ADN trong điều trị gen và các bệnh hiểm nghèo, Nhà xuất bản y học
Đái Duy Ban, 2004, Công nghệ gen, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật
Nguyễn Bá, 2006, Hình thái học thực vật, Nhà xuất bản Giáo dục.
Hồ Huỳnh Thùy Dương, 1996, Sinh học phân tử, Nhà xuất bản giáo dục
Nguyễn Đình Huyên, 1998, Sinh học phân tử ADN, Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật
Lê Văn Hoàng, 2004,Các quá trình và thiết bị Công nghệ sinh học trong Công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội
Phạm Thành Hổ, 2000, Di truyền học, Nhà xuất bản giáo dục
Nguyễn Như Hiền.2002. Di truyền và Công nghệ tế bào xoma. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật
Nguyễn Đức Lượng, Lê Thị Thủy Tiên,2002, Công nghệ tế bào, Nhà xuất bản ĐHQG TP HCM
Trần Văn Minh, 1999, Công nghệ tế bào thực vật, Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh- Trường ĐH Nông Lâm.
42
Tài liệu Tiếng Anh
1. Bains W. 2003. Biotechnology from A to Z. Oxford University Press Inc. New York, USA.
2. Lawrence E. 1995. Henderson’s Dictionary of Biological Terms. 7th ed. Longman Group Ltd. Singapore.
3. Ratledge C and Kristiansen B. 2002. Basic Biotechnology. Cambridge University Press, UK.
4. Singleton P and Sainsbury D. 2001. Dictionary of Microbiology and Molecular Biology. 3rd ed. John Wiley & Sons, Ltd. UK.
5. Walker JM and Rapley R. 2002. Molecular Biology and Biotechnology. 4th ed. The Royal Society of Chemistry, Cambridge, UK.
http://www.vusta.vn
http://baigiang.violet.vn
http://www.agbiotech.com.vn
http://tailieu.vn
http://thestar.com
Trang web
43
Cán bộ hướng dẫn
Ts. Nguyễn Văn Thành
Nhóm 1- Công nghệ Sinh Học K35
Phạm Hoàng Nam 3092422
Lợi Đức Linh 3092415
Danh Thị Phương Nga 3092492
Phạm Thị Đàm Mi 3092418
Đinh Thị Bé Ngọc 3092495
Nguyễn Văn Quắc
Dương Trọng Tín
Lê Thanh Nhật 3096846
Cần Thơ, tháng 09 năm 2010
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NC&PT CÔNG NGHỆSINH HỌC
ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghệ sinh học đang trở thành một ngành công nghệ ứng dụng phát triển mạnh mẽ và là ngành khoa học mũi nhọn của thế kỉ 21.
Công nghệ tế bào là một trong năm hướng phát triển cùa ngành công nghệ sinh học đã và đang đem lại những hiệu quả khoa học và kinh tế rất triển vọng trong sự phát triển của loài người .
Việc trang bị kiến thức và kĩ năng về công nghệ tế bào cho sinh viên ngành Công nghệ sinh học là điều bắt buộc trong các trường đại học có đào tạo về Công nghệ sinh học .
NỘI DUNG
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ TẾ BÀO
- Công nghệ tế bào
Ngày nay, việc ứng dụng phương pháp nuôi cấy tế bào hoặc mô trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo ra những mô, cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh với đầy đủ các tính trạng của cơ thể gốc đã trở thành một ngành kĩ thuật, có qui trình xác định, được gọi là công nghệ tế bào.
2
- Lịch sử phát triển
Về công nghệ tế bào các nước đều đã sử dụng rộng rãi kỹ thuật nuôi cấy mô (tissue culture) dung hợp tế bào (cell fusion) chuyển nhân (nuclear transplantation)
nuôi cấy các tế bào gốc,...và đã có rất nhiều thành tựu.
A.CÔNG NGHỆ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT
I.SƠ LƯỢC VỀ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT
1. CẤU TẠO
2.CHỨC NĂNG
3
II.CÔNG NGHỆ TẾ BÀO GỐC
1.TẾ BÀO GỐC
a.Khái niệm: tế bào gốc là những tế bào không chuyên biệt (chưa biệt hóa) nhưng có khả năng trở thành các tế bào chuyên biệt và chức năng mới tương ứng.
b.Chức năng: tế bào gốc được sử dụng để tạo các tế bào mới thay thế cho các tế bào già, chết tự nhiên, bị tổn thương, bị mất chức năng hay vì nguyên nhân khác .
c.Nguồn gốc
4
d.Phân loại tế bào gốc
Tế bào gốc tổng năng: mỗi tế bào có thể phát triển thành một cá thể mới.
Tế bào gốc toàn năng: tế bào có thể hình thành nên bất cứ loại tế bào nào trong cơ thể (trên 200 loại).
Tế bào gốc đa năng: tế bào đã được biệt hóa, nhưng vẫn có thể hình thành nên một số loại tế bào khác.
5
Ghép các tế bào gốc tạo máu trong điều trị các tình trạng khác nhau của suy thoái hệ thống tạo máu.
Chữa trị các bệnh thuộc hệ thần kinh do sự thoái biến của các tế bào thần kinh.
Tái tạo da sau chữa trị bỏng.
Tái tạo mô cơ-xương qua thủ thuật ghép các tế bào gốc phôi
Ứng dụng vào các thủ thuật ghép tủy xương.
Trong thẩm mỹ: Các sản phẩm chăm sóc da
2.ỨNG DỤNG
6
1.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN NẠP GEN
a.Chuyển nhiễm Dùng calcium phostphate kết tủa ADN
b.Lipofection Sử dụng các lipid trung tính hoặc mang cation để tạo thành các liposome. Phức lipid hợp nhất với màng huyết tương sẽ phóng thích ADN dính bám vào trong phần bào tan (cytosol).
c.Xung điện
d.Vi tiêm
III.ĐỘNG VẬT CHUYỂN GEN
7
(1) Gen có chức năng nào đó được lựa chọn và phân lập trong phòng thí nghiệm.
(2) Một con vật cho được gây siêu bài noãn và thu hoạch phôi từ ống dẫn trứng.
(3) Gen được đưa vào trứng được thụ tinh bằng kỹ thuật vi tiêm.
(4) Phôi chuyển gen được đưa vào con vật nhận mà có thể cho ra đời con non có gen đã chuyển.
(5) Kiểm tra con non đối với gen mới chuyển, lai tạo để tạo con non có tính ổn định di truyền về tính trạng mới.
8
e.Dùng súng bắn gen
Sử dụng các hạt kim loại như tungsten hoặc vàng làm vi đạn. Vi đạn được bọc bằng ADN và đi với một vận tốc thích hợp để xâm nhập vào tế bào đích.
f.Dùng vector virus
2.CÔNG NGHỆ TẠO ĐỘNG VẬT CHUYỂN GEN
9
a.Tách chiết, phân lập gen mong muốn và tạo tổ hợp gen biểu hiện trong tế bào động vật
b.Tạo cơ sở vật liệu biến nạp gen
c.Chuyển gen vào động vật
d.Nuôi cấy phôi trong ống nghiệm (đối với động vật bậc cao)
e.Kiểm tra động vật được sinh ra từ phôi chuyển gen
f.Tạo nguồn động vật chuyển gen một cách liên tục
3.ỨNG DỤNG CỦA KĨ THUẬT CHUYỂN GEN Ở ĐỘNG VẬT
10
11
i.Kháng bệnh trong thú y
12
IV.NUÔI CẤY TẾ BÀO ĐỘNG VẬT CÓ VÚ
1.ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ
a.Ưu điểm
Sản xuất các phân tử phức tạp và các kháng thể dùng làm thuốc phòng bệnh, điều trị hoặc chẩn đoán
Các tế bào động vật đáp ứng được quá trình hậu dịch mã chính xác đối với các sản phẩm protein sinh-dược (biopharmaceutical protein).
Sản xuất các viral vector dùng trong liệu pháp gen
Sản xuất các tế bào động vật để dùng như một cơ chất in vitro trong nghiên cứu độc chất học và dược học.
Sản xuất các cơ quan thay thế nhân tạo-sinh học/các dụng cụ trợ giúp.
13
b.Hạn chế
Các tế bào động vật có kích thước lớn hơn và cấu trúc phức tạp hơn các tế bào vi sinh vật.
Tốc độ sinh trưởng của tế bào động vật rất chậm nên sản lượng của chúng khá thấp và việc duy trì điều kiện nuôi cấy vô trùng trong một thời gian dài thường gặp nhiều khó khăn hơn.
Các tế bào động vật được bao bọc bởi màng huyết tương mỏng kết quả là chúng rất dễ bị vỡ.
Môi trường nuôi cấy thường đòi hỏi bổ sung huyết thanh máu rất đắt tiền.
Hầu hết các tế bào động vật chỉ sinh trưởng khi được gắn trên một bề mặt.
2.CÁC DÒNG TẾ BÀO ĐỘNG VẬT CÓ VÚ VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NÓ
a.Các tế bào dịch huyền phù
Các tế bào máu hoặc dịch bạch huyết là các tế bào dịch huyền phù (suspension cells), hoặc không dính bám khi chúng sinh trưởng trong nuôi cấy in vitro.
14
3.MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY TẾ BÀO ĐỘNG VẬT CÓ VÚ
b.Các tế bào dính bám
Hầu hết các tế bào động vật bình thường là các tế bào dính bám (cần có bề mặt để gắn vào và sinh trưởng). Người ta sử dụng rộng rãi các loại tế bào dính bám là tế bào biểu mô và nguyên bào sợi (fibroblast).
Môi trường đặc trưng dùng trong nuôi cấy tế bào động vật bao gồm các amino acid, các vitamin, các hormone, các nhân tố sinh trưởng, muối khoáng và glucose. Ngoài ra, môi trường cần được cung cấp từ 2-20% (theo thể tích) huyết thanh của động vật có vú.
4.CÁC SẢN PHẨM THƯƠNG MẠI CỦA NUÔI CẤY TẾ BÀO ĐỘNG VẬT CÓ VÚ
Các sản phẩm sinh học được sản xuất bằng tế bào động vật có vú chủ yếu là các glycoprotein.
15
Bảng 1. Các sản phẩm quan trọng của nuôi cấy tế bào động vật
16
V.NHÂN BẢN VÔ TÍNH Ở ĐỘNG VẬT
1.KHÁI NIỆM
2.QUY TRÌNH THỰC HIỆN
Nhân bản vô tính là phương pháp sinh sản đơn không thông qua thụ tinh (không phân biệt giới tính). Bằng phương pháp này các cá thể có thể được tạo ra từ một tế bào lấy từ nguyên bản.
17
Thú cảnh nuôi
3.ỨNG DỤNG
18
19
B. CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT
I. SƠ LƯỢC VỀ TẾ BÀO THỰC VẬT
1. CẤU TRÚC TẾ BÀO THỰC VẬT
2. CHỨC NĂNG TẾ BÀO THỰC VẬT
20
II.NUÔI CẤY MÔ
1.ĐẶC ĐIỂM
a.Nuôi cấy mô: tế bào thực vật là kĩ thuật cho phép nuôi cấy dễ dàng những tế bào thực vật hay mô phân sinh sạch bệnh trong môi trường nhân tạo thích hợp để tạo ra những khối tế bào hay những cây hoàn chỉnh trong ống nghiệm.
b.Cơ sở sinh lí:
Tính toàn năng: khả năng của 1 tế bào hình thành 1 cây hòa chỉnh trong điều kiện nuôi cấy thích hợp
Sự phân chia phân hóa, phản phân hóa của tế bào
Phân hóa: 1 tế bào, 1 khối tế bào phân hóa thành mô, cơ quan, hệ cơ quan.
Phản phân hóa: khi các tế bào đã phân hóa thành các mô chức năng riêng biệt nhưng vẫn có thể quay về trạng thái chức năng phôi sinh ban đầu ki gặp điều kiện thuận lợi.
21
c.Các nhân tố đảm bảo thành công trong công nghệ nuôi cấy mô- tế bào thực vật:
Đảm bảo điều kiện vô trùng, phòng thí nghiệm phải chuyên hóa cao.
Chọn đúng môi trường và chuẩn bị môi trường đúng cách.
Chọn mô cấy, xử lí mô cấy thích hợp trước và sau khi cấy.
d.Các bước trong kĩ thuật nuôi cấy mô- tế bào thực vật
Tạo vật liệu khởi đầu: thường chọn chồi là bộ phận nuôi cấy thích hợp nhất khử trùng cấy trong môi trường khởi động để tái sinh
Giai đoạn nhân nhanh: vật liệu khởi đầu được chuyển sang môi trường nhân nhanh có bổ sung Xitokinin để tái sinh 1 thành nhiều chồi.
Giai đoạn tạo cây hoàn chỉnh: tách riêng các chồi cho vào môi trường tạo rể (bố sung Auxin) mỗi chồi ra rể thành 1 cây hoàn chỉnh.
Giai đoạn ra cây: cây trong ống nghiệm đủ tiêu chuẩn (chiều cao, số lá, số rể) sẽ được chuyển sang môi trường tự nhiên.
22
2.SƠ LƯỢC CÁC KỸ THUẬT DÙNG TRONG NUÔI CẤY MÔ
A. Mô sẹo từ Catharanthus roseus. (B)Nuôi cấy dịch tế bào từ Coryphanta spp. (C) Nốt sần C. roseus. (D) Đầu rễ từ C. roseus. (E)Tái sinh cây từ C. roseus callus. (F) Protoplasts từ Coffea arabica (G) Vi nhân giống của Agave tequilana. (H) Phôi vô tính của cây Coffea canephora. (I) Nuôi cấy rễ cây Psacalium decompositum.
Hình 27: Một số kỹ thuật dùng trong nuôi cấy mô tế bào thực vật
23
a.Nuôi cấy phôi nước dừa, nước chiết malt, casein thuỷ phân, là những chất rất cần trong nuôi cấy phôi. Các chất kích thích sinh trưởng như GA3, auxin, cytokinine thường được dùng nhiều trong nuôi cấy phôi. Các yếu tố ngoại cảnh như nhiệt độ, ánh sáng cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của
phôi nuôi cấy in vitro. Thường phôi nuôi cấy cần nhiệt độ và ánh sáng thấp hơn phôi phát triển tự nhiên.
b.Nuôi cấy mô và cơ quan tách rời
Nhu cầu dinh dưỡng khi nuôi cấy các bộ phận khác nhau của cây là khác nhau nhưng có thể thấy một số yêu cầu chung như nguồn cacbon dưới dạng đường và các muối của các nguyên tố đa lượng ( nito, phospho, kali, calxi) và vi lượng ( Mg, Fe, Mn, Co,Zn,...).
Ngoài ra cần một số chất đặc biệt như vitamin (B1, B6, B3, ...) và các chất điều hoà sinh trưởng
Đối với nuôi cấy mô, ngoài những thành phần dinh dưỡng như đối với nuôi cấy cơ quan tách rời, cần bổ sung thêm các chất hữu cơ chứa ít nitơ dưới dạng acide amine, đường và inositol.
24
c. Nuôi cấy mô phân sinh
Mô phân sinh thường là các mô đỉnh chồi và cành có kích thước 0,1mm÷ 1cm.
Nuôi cấy mô phân sinh được sử dụng để loại virus tạo cây sạch virus và nhân giống invitro. Nuôi cấy mô phân sinh còn được sử dụng để nghiên cứu quá trình hình thành cơ quan, tạo cây đa bội qua xử lý colchicin.
d. Nuôi cấy bao phấn
Hạt phấn nuôi cấy có thể phát triển thành cây đơn bội hoàn chỉnh trong điều kiện nuôi cấy in vitro bằng con đường tạo phôi trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua tạo mô sẹo và tạo cơ quan
e. Nuôi cấy tế bào đơn
Tế bào đơn có thể nhận được bằng con đường nghiền mô, hoặc xử lý enzym. Mỗi loại cây, mỗi loại tế bào khác nhau đòi hỏi những kỹ thuật nuôi cấy khác nhau.
25
f. Nuôi cấy protoplast
Trong điều kiện nuôi cấy phù hợp protoplast có thể tái sinh thành tế bào mới, phân chia và tái sinh thành cây hoàn chỉnh. Do không có thành tế bào nên protoplast trở nên một đối tượng lý tưởng trong nghiên cứu biến đổi di truyền ở thực vật. Bằng phương pháp dung hợp hai protoplast có thể tạo ra các cây lai soma. Ngoài ra còn có thể sử dụng kỹ thuật dung hợp protoplast để chuyển các bào quan và chuyển gene.
3. ỨNG DỤNG
a. Nhân giống vô tính với quy mô lớn
b. Củ khoai bi và hạt giống nhân tạo
c. Sản xuất cây giống sạch mầm bệnh
d. Lập ngân hàng gen thực vật
26
27
III.NUÔI CẤY PHÔI THỰC VẬT
a.Tách phôi
b.Thành phần môi trường
1.NUÔI CẤY PHÔI HỮU TÍNH
2.NUÔI CẤY PHÔI VÔ TÍNH
a.Đặc điểm
Có 2 sự kiện quyết định liên quan đến chương trình sớm của quá trình phát triển:
- Cảm ứng biệt hóa tế bào của những tế bào tiền phôi.
- Biểu hiện trình tự phát triển ở các tế bào tiền phôi.
28
Các phôi phát triển qua các giai đoạn liên tiếp của hình thành phôi bao gồm : giai đoạn hình tim, hình cầu, hình cá đuối.
29
c.Hạt nhân tạo: các phôi vô tính hình thành trong nuôi cấy được bao bọc bằng một vỏ chứa chất dinh dưỡng và những chất bổ sung khác tạo ra các hạt nhân tạo (Demarly, 1986 ; Redenbaugh và cộng sự, 1986).
b.Các nhân tố ảnh hưởng đến phát sinh phôi
30
3.ỨNG DỤNG
a.Ứng dụng của nuôi cấy phôi hữu tính:
Thu nhận thể đơn bội
Kiểm tra nhanh sức nảy mầm của hạt
Nhân giống các cây hiếm
Thụ phấn trong ống nghiệm
b.Ứng dụng của nuôi cấy phôi vô tính
Nhân giống nhanh và dễ dàng
Tạo củ siêu nhỏ (micro), hạt nhân tạo, công nghệ hóa quá trình nhân giống, vườn ươm và xây dựng mô hình trồng thử
IV.NUÔI CẤY VÀ DUNG HỢP TẾ BÀO TRẦN
Tế bào trần là tế bào thực vật bị loại bỏ vách bởi 1 xử lý enzyme. Đó là tế bào tự do, cô lập, không định hướng (vì không còn chịu sự tương quan trong hệ thống thực vật).
31
1.NUÔI CẤY TẾ BÀO TRẦN
Dung hợp tế bào trần là sự hợp nhất của các tế bào sôma không có thành tế bào của các cá thể hoặc các loài khác nhau và sau đó tái sinh cây lai từ các tế bào đã dung hợp.
32
Ứng dụng của tế bào trần
Chọn dòng tế bào
Dung hợp protoplast để lai vô tính tế bào thực vật
Biến nạp di truyền, đưa các cơ quan tử, virus, DNA ngoại lai vào tế bào thực vật.
Là hệ thống lý tưởng cho nghiên cứu sinh tổng hợp thành tế bào
2.DUNG HỢP TẾ BÀO TRẦN
a.Các phương pháp dung hợp
Dung hợp tự phát (Spontaneuouso fusion)
Dung hợp bằng điện
b.Cơ sở tế bào học của dung hợp tế bào trần
Nếu dung hợp chỉ xảy ra tế bào chất và cơ quan tử các nhân vẫn giữ nguyên thì tạo thành thể lai tế bào chất (Cybrid). Còn trường hợp tế bào chất và nhân được dung hợp thì tạo tế bào lai thực sự (Hybrid).
c.Lựa chọn sản phẩm dung hợp
33
V.KỸ THUẬT CHUYỂN GEN THỰC VẬT
1.CÁC ĐIỀU KIỆN
34
2.PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN GEN
Chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium.
Chuyển gen gián tiếp nhờ virus
a.Phương pháp chuyển gen gián tiếp
35
b.Phương pháp chuyển gen trực tiếp
Chuyển gen bằng súng bắn gen (gene gun)
Chuyển gen bằng xung điện (electroporation)
Chuyển gen bằng vi tiêm (microinjection)
Chuyển gen nhờ kỹ thuật siêu âm
Chuyển gen bằng phương pháp hóa học
Chuyển gen trực tiếp qua ống phấn (pollen tube)
36
2.MỘT SỐ ĐÁNH GIÁ VỀ CHUYỂN GEN Ở THỰC VẬT
a.Những lợi ích
Có khả năng chống chịu bệnh
Cho phép giảm sử dụng thuốc trừ sâu
Tăng thành phần dinh dưỡng
Tăng thời gian bảo quản
Tăng sản lượng.
Giảm chi phí sản xuất.
Tăng lợi nhuận nông nghiệp.
Cải thiện môi trường.
Giống mô có thể được trồng trong điều kiện nghèo dinh dưỡng.
b.Những nguy cơ tiềm ẩn và rủi ro có thể
Cây chuyển gen, những rủi ro có thể: khả năng tạo ra những loại cỏ mới
Ảnh hưởng trực tiếp lên các sinh vật không phải là sinh vật cần diệt
Phát triển tính kháng của côn trùng
37
4.ỨNG DỤNG
a.Chuyển gen kháng sâu
b.Chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ
c.Chuyển gen tạo cây kháng virus gây bệnh
38
d.Chuyển gen tạo cây sản xuất protein động vật
e.Chuyển gen thay đổi hàm lượng và chất lượng các chất dinh dưỡng của cây
39
f.Chuyển gen tạo giống hoa có nhiều màu sắc.
40
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Công nghệ tế bào là một bộ phận quan trọng của công nghệ sinh học, chủ yếu nghiên cứu các quá trình nuôi cấy tế bào động-thực vật để sản xuất sinh khối, sản xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học (enzyme, vaccine, các chất thứ cấp…), để làm mô hình thực nghiệm khảo sát các tác động của hoá chất, làm nguyên liệu ghép tế bào và cơ quan….
Đã có rất nhiều thành tựu trên thế giới về Công nghệ tế bào vì vậy hiện nay chúng đang được chú ý phát triển.
KIẾN NGHỊ
Nhà nước cần đầu tư cho công tác nghiên cứu khoa học về Công nghệ tế bào, trang bị cơ sở hạ tầng hiện đại, phù hợp.
Mở thêm ngành học mới ở các trường Đại học, Cao đẳng để đào tạo đội ngũ cán bộ lành nghề trong lĩnh vực phát triển đầy tiềm năng này.
Bên cạnh phát triển cần chú ý đến vấn đề đạo đức, đăc biệt trong nhân bản vô tính động vật.
41
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Việt
Đái Duy Ban, 1998, Công nghệ ADN trong điều trị gen và các bệnh hiểm nghèo, Nhà xuất bản y học
Đái Duy Ban, 2004, Công nghệ gen, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật
Nguyễn Bá, 2006, Hình thái học thực vật, Nhà xuất bản Giáo dục.
Hồ Huỳnh Thùy Dương, 1996, Sinh học phân tử, Nhà xuất bản giáo dục
Nguyễn Đình Huyên, 1998, Sinh học phân tử ADN, Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật
Lê Văn Hoàng, 2004,Các quá trình và thiết bị Công nghệ sinh học trong Công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội
Phạm Thành Hổ, 2000, Di truyền học, Nhà xuất bản giáo dục
Nguyễn Như Hiền.2002. Di truyền và Công nghệ tế bào xoma. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật
Nguyễn Đức Lượng, Lê Thị Thủy Tiên,2002, Công nghệ tế bào, Nhà xuất bản ĐHQG TP HCM
Trần Văn Minh, 1999, Công nghệ tế bào thực vật, Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh- Trường ĐH Nông Lâm.
42
Tài liệu Tiếng Anh
1. Bains W. 2003. Biotechnology from A to Z. Oxford University Press Inc. New York, USA.
2. Lawrence E. 1995. Henderson’s Dictionary of Biological Terms. 7th ed. Longman Group Ltd. Singapore.
3. Ratledge C and Kristiansen B. 2002. Basic Biotechnology. Cambridge University Press, UK.
4. Singleton P and Sainsbury D. 2001. Dictionary of Microbiology and Molecular Biology. 3rd ed. John Wiley & Sons, Ltd. UK.
5. Walker JM and Rapley R. 2002. Molecular Biology and Biotechnology. 4th ed. The Royal Society of Chemistry, Cambridge, UK.
http://www.vusta.vn
http://baigiang.violet.vn
http://www.agbiotech.com.vn
http://tailieu.vn
http://thestar.com
Trang web
43
* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...
Người chia sẻ: Kiem Anh Khoa
Dung lượng: |
Lượt tài: 1
Loại file:
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)