Nhap môn sinh hoc

Đại học Thái Nguyên
Khoa Khoa học Tự nhiên và Xã hội


Báo cáo Nhập môn

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Công nghệ sinh học Phân tử



Công nghệ sinh học Vi sinh vật



Công nghệ sinh học Thực vật
và Động vật
I. Công nghệ sinh học Phân tử
1. Công nghệ gen
1.1 Các công cụ
Enzim: RE, ligase, polimerase, nuclease…
Vector chuyển gen: Phân tử AND có khả năng tái sinh, tồn tại độc lập trong tế bào và mang được gen cần thiết.
Tế bào vật chủ: nuôi được số lượng lớn, có khả năng sinh sản nhanh, biểu hiện được gen (nhất là các gen ở sinh vật bậc cao).

Vi khuẩn Escherichia coli
Nấm men S. cerevisiae
Hình 1 + 2
Một số hệ thống tế bào vật chủ
1.2 Các kĩ thuật và phương pháp cơ bản
Phương pháp tách chiết Axit nucleic
Phương pháp phân lập gen
Lai Axit nucleic
Tạo AND tái tổ hợp
Biến nạp AND tái tổ hợp vào tế bào
Chọn lọc dòng và nghiên cứu biểu hiện gen
Phương pháp xác định trình tự AND
>> Ứng dụng:
Nghiên cứu cấu trúc genome
Công nghệ ARN (ARN antisence, iARN, libozyme)
Công nghệ tạo protein tái tổ hợp
Tạo sinh vật chuyển gen
2. Công nghệ protein – enzyme
2.1 Các bậc cấu trúc

Hình 3 – Các bậc cấu trúc của protein
2.2 Các phương pháp
Phân lập các protein có hoạt tính sinh học mới trong tự nhiên.
Sử dụng công nghệ gen tạo ra các protein với các chủng đã có.
2.3 Ứng dụng
Protein trị liệu: các yếu tố làm đông máu, tan máu, giữ máu không đông; Các hormone và các nhân tố tăng trưởng (insulin, glucagon, HGH…); Interferon, interleukine; Các vaccine và kháng thể…
Enzym công nghiệp: Các enzym làm biến đổi gluxit (amylase, cellulase, isomerase…); Các protease (rennin, papain, các protease kiềm, trung tính, axit…).
Một số enzym khác: lipase, Taq, RE, …
II. Công nghệ sinh học Vi sinh vật (VSV)
Đây là một bộ phận lớn nhất của CNSH, nó ra đời sớm nhất và có quá trình phát triển lâu dài nhất, có nhiều sản phẩm và doanh số cao nhất.
Hình 4
Một số sản phẩm lên men truyền thống
1. Các phương pháp chọn và tạo giống VSV
- Chọn giống:
+ Chọn VSV có năng suất cao trong thời gian ngắn.
+ Tế bào VSV dễ tách ra khỏi dung dịch.
+ VSV không gây bệnh, tạo độc tố hay chất có hoạt tính sinh học khác.
+ Ổn định về mặt di truyền, kháng lại Bacteriophage.

- Phương pháp:
+ Phân lập trong tự nhiên
+ Gây đột biến vi sinh vật
+ Công nghệ gen
+ Kĩ thuật đông khô

Hình 5 – Hệ thống kiểm soát môi trường lên men
2. Công nghệ lên men
Lên men là quá trình biến đổi do VSV thực hiện trong điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí.
- Các sản phẩm của công nghệ lên men
+ Sinh khối VSV: sản xuất bánh mì, protein đơn bào, chế phẩm diệt côn trùng…
+ Enzym VSV: amylase, cellulase, protease…
+ Các sản phẩm trao đổi chất: rượu, bia, axit amin, axit hữu cơ, kháng sinh, …
+ Sản phẩm chuyển gen: protein tái tổ hợp, yếu tố đông máu…
+ Các sản phẩm chuyển hóa sinh học như vitamin, steroid, acrylamide…
+ Các đại phân tử sinh học và chất họat động bề mặt
III. Công nghệ sinh học Thực vật và Động vật
1. Công nghệ sinh học thực vật
1.1 Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật
Do tế bào thực vật có tính toàn năng nên dễ tiến hành nuôi cấy. Để nuôi cấy mô thực vật có hiệu quả cần thành thạo các kĩ thuật vô trùng, pha chế môi trường thích hợp và kèm theo là các trang thiết bị tương ứng.

Hình 6 – Bình nuôi cấy mô ở Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam
- Môi trường nuôi cấy tế bào thực vật
+ Các nguyên tố đã lượng: N, P, K, S, Ca, Mg.
+ Các nguyên tố vi lượng: Fe, Mn, Zn…
+ Các vitamin
+ Nguồn cacbon (glucose và sucrose)
+ Các chất điều hòa tăng trưởng như auxin, cytokinin…
+ Agar sử dụng cho môi trường đặc, hệ thống chiếu sáng hợp lý.
Mẫu dùng cho nuôi cấy mô: mẫu cấy phải chứa các tế bào sống từ các mô non có các tế bào đang phân chia mạnh, nhất là dễ tạo mô sẹo.
Mẫu cấy phải vô trùng khi đưa vào môi trường nuôi.
Hình 7 – Nuôi cấy mô ở Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam (3/2007)
Nuôi cấy mô phân sinh: Mẫu nuôi cấy thường là đỉnh sinh trưởng, công việc theo các bước:
Mẫu cây => Khử trùng bề mặt => Rửa nhiều lần cho sạch chất sát trùng => Môi trường nuôi => Tạo mô sẹo => Tạo cụm chồi => Nhân giống.
Đặt mẫu vào môi trường không có kích thích tố thực vật thì từ nó mọc lên cấu trúc tương tự chồi. Nếu môi trường có cytokinin thì mẫu sẽ mọc chồi ở nách lá và sẽ tạo cụm chồi.
Nếu các tế bào mô sẹo được xử lí bằng enzim cellulase và pectinase thì sẽ nhận được tế bào trần.
Tùy vào điều kiện các chất kích thích tăng trưởng trong môi trường mà có thể điều khiển sự phát triển của mô sẹo.
Hình 8 - Sơ đồ tóm tắt các khả năng tái sinh khác nhau của tế bào thực vật
1.2 Các phương pháp chuyển gen ở thực vật
Do tế bào thực vật có vách cứng nên các nhà nghiên cứu tìm nhiều phương pháp khác nhau để chuyển gen vào tế bào.
a, Chuyển gen qua trung gian vi khuẩn
b, Chuyển gen trực tiếp : bắn gen, vi tiêm, biến nạp qua trung gian các sợi silicon carbide.
1.3 Cây trồng CNSH (cây chuyển gen)
- Năm 2006 là năm thứ mười diện tích trồng cây CNSH liên tục gia tăng với mức tăng trưởng hai con số. Diện tích trồng cây CNSH trong năm qua tăng 13% hay tương đương với 12 triệu ha đạt 102 triệu ha . Đây là một bước ngoặt quan trọng vì lần đầu tiên diện tích trồng cây CNSH đã đạt trên 100 triệu ha.

Trong năm qua, đậu tương tiếp tục là loại cây trồng có diện tích gieo trồng lớn nhất 58,6 triệu ha (chiếm 57% diện tích trồng cây CNSH trên toàn cầu), tiếp đến là ngô (diện tích trồng là 25,2 triệu héc-ta chiếm 25%), bông (diện tích 13,4 triệu héc-ta, chiếm 13%).

Hình 9 - Hoa cúc tại vườn thực vật viện DTNN
1.4 Tiềm năng phát triển nghề trồng nấm ở nước ta
- Nguồn nguyên liệu để trồng nấm là rơm rạ,thân gỗ, mùn cưa, bã mía…..các loại phế liệu sau thu hoạch rất giàu xenluloz
- Lực lượng lao động dồi dào và rẻ
- Điều kiện tự nhiên rất thích hợp cho trồng nấm phát triển
- Vốn đầu tư ít so với các ngành khác
- Kĩ thuật trồng nấm không phức tạp
- Thị trường tiêu thụ trên toàn thế giới tăng nhanh do sự phát triển chung của xã hội và dân số
Hình 10 - Nấm rơm và nấm linh chi
2. Công nghệ sinh học Người & Động vật
Bao gồm các lĩnh vực chủ yếu như nuôi cấy mô tế bào, cấy ghép cơ quan, nhân bản vô tính…
2.1 Thụ tinh nhân tạo
Được áp dụng ở động vật (chó) từ năm 1782, đặc biệt từ 1949 đã sử dụng chất chống đông để đông lạnh và rã đông tinh trùng ĐV thành công.
Sản xuất tinh đông viên: thu nhận tinh trùng loại bỏ nước, pha loãng trong môi trường thích hợp và nhờ chất chống đông, chất bảo quản lạnh có thể bảo quản tinh trùng lâu dài trong nitơ lỏng.
Người: tách tế bào trứng cho thụ tinh với tinh trùng trong ống nghiệm hoặc đĩa petri, sau đó chuyển phôi vào tử cung người. Đứa bé sinh ra trong ống nghiệm đầu tiên năm 1978 tại Mỹ, hiện đã lấy chồng và có con theo cách thức tự nhiên.
Năm 1995 kĩ thuật tiêm tinh trùng vào tế bào chất ra đời tăng khả năng thành công.
2.2 Tạo sinh vật chuyển gen
Một số phương pháp chuyển gen động vật: tải nạp, vi tiêm, bắn vi đạn đạo…




Ứng dụng:
+ Sản xuất các loại pro quý.
+ Tạo động vật lấy các cơ quan cấy ghép cho con người
+ Tạo động vật có tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh…

Hình 11: Kĩ thuật vi tiêm
2.3 Tế bào gốc
Khái niệm: Tế bào gốc là những tế bào có khả năng phân chia mạnh, có khả năng biệt hóa thành các tế bào khác nhau.
Có thể bắt nguồn từ tế bào sinh dưỡng hoặc tế bào phôi (phôi nang hoặc thai 8 tuần)
Các ứng dụng:
+ Nuôi cấy tế bào động vật (SX pro, vac-xin…)
+ Liệu pháp chuyển gen
+ Nhân bản vô tính
+ Tạo kháng thể đơn dòng
+ Tạo mô thay thế (xương, máu…)
Hình 12- Ứng dụng tế bào gốc trong trị bệnh liên quan về máu
2.4 Nhân bản vô tính
- Phương pháp:
+ Lấy nhân của một tế bào dinh dưỡng
+ Loại nhân khỏi tế bào trứng
+ Dung hợp tế bào trứng với nhân tế bào dinh dưỡng
+ Nuôi cấy tế bào dung hợp trong ống nghiệm
+ Cấy chuyển vào một cơ thể mẹ
>> Ứng dụng:
+ Giữ các giống động vật quý hiếm
+ Động vật chuyển gen sản xuất protêin trong y học
+ Nhân bản động vật vô tính
Hình 13 - Động vật nhân bản đầu tiên – Cừu Dolly
Hình 14 - Một số loài động vật đã nhân bản thành công