Ứng dụng DNA Tái tổ hợp

ỨNG DỤNG DNA TÁI TỔ HỢP
Nội dung
Khái niệm
Các ứng dụng của công nghệ DNA tái tổ hợp
ứng dụng trong nông nghiệp
ứng dụng trong công nghiệp, y dược
ứng dụng trong thực phẩm
ứng dụng trong xử lý môi trường môi trường
KẾT LUẬN
Tài liệu tham khảo
I. Khái niệm chung

Công nghệ AND tái tổ hợp là tập hợp các kỹ thuật tạo nên các phân tử AND tái tổ hợp để nhằm đưa các gen mong muốn mới vào các tế bào hoặc cơ thể sống.
Như vậy có thể nói, các GMO đều là sản phẩm của công nghệ DNA tái tổ hợp, Hay công nghệ DNA tái tổ hợp là cơ sở tạo nên các GMO .
Công nghệ DNA tái tổ hợp bao gồm các bước chính :
Tạo ADN tái tổ hợp
Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận
Tách dòng chứa ADN tái tổ hợp


II. Các ứng dụng của công nghệ DNA tái tổ hợp
Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp
Có thể nói đây là lĩnh vực được ứng dụng rộng rãi nhất của công nghệ DNA tái tổ hợp vì nó không chỉ tạo ra các sản phẩm GMO mang những tính trạng mong muốn như tăng năng xuất, tăng chất lượng, kháng lại sâu bệnh ...mà góp phần giải quyết các vấn đề xã hội xóa đói giảm nghèo, đảm bảo an ninh lương thực thế giới...
Dưới đây là các ví dụ ứng dụng công nghệ DNA tái tổ hợp :


1.Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp

Hạt Gạo Vàng:
Là một sản phẩm GM do Thụy Sỹ tạo ra có chứa “tiền sinh tố A” (beta-carotene) có thể giúp hàng triệu trẻ con thoát khỏi bệnh mù mắt và chết sớm tại nhiều nước đang phát triển.
Theo Tổ Chức WHO và FAO, mỗi năm có độ 2,4 tỉ đàn bà bị bệnh thiếu dinh dưỡng về chất sắt và hàng triệu trẻ con bị thiếu sinh tố A. Bệnh thiếu sinh tố A thường gây ra bệnh mù mắt .
Với giống lúa này người ta hy vọng cứu được nhiều người trong số 500 .000 người bị mù lòa trên thế giới hàng năm.
1.Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp
Hạt Gạo Vàng:
Các nhà khoa học đã đưa tất cả 7 gien lạ vào giống lúa TP 309 qua hai qui trình khác nhau, với phương pháp chuyển gen bằng vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens (Potrykus, 2003):
3 loại enzym có mã số từ gien carotene synthetase , gen phytoene synthase , và gen lycopene cyclase cùng một phân tử geranyl-pyrrhophosphate làm cho hạt gạo có khả năng tạo ra chất β-carotene màu vàng; và 3 emzym khác: một gen chuyển chất sắt ferritin làm tăng hàm lượng sắt gấp đôi, một gen để tạo ra chất giống protein - metallothionin có nhiều chất cystein để làm tăng hấp thụ chất sắt 7 lần, và enzym phytase chịu nhiệt độ cao ngăn phá hủy chất sắt để giúp hạt gạo tích tụ nhiều chất này mà cơ thể con người có thể hấp thụ được.


1.Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp

Lúa chuyển gen Bt
Bt ( bacillus thuringensis ) : là một loại vi khuẩn có khả năng sản sinh độc tố tiêu diệt ấu trùng và các loại sâu bệnh
Viện sinh học nhiệt đới đã "cấy" thành công gen độc tố Bt vào cây lúa, giúp lúa kháng lại sâu đục thân màu vàng. Công trình đã được công bố trên tạp chí quốc tế.
Các nhà khoa học đã sử dụng một gen hợp nhất Bt và đưa gien chuyển đổi này vào các tế bào cây mầm. Các tác giả đã chứng minh được gen dung nạp Bt tiêu diệt 100% ấu trùng sâu đục thân màu vàng và sọc nâu trong vòng 1 tuần bị nhiễm mà không gây bất cứ ảnh hưởng nào tới sản lượng.
Gen độc tố Bt (Ảnh từ trang web nước ngoài)
1.Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp
Ngô chuyển gen Bt
Ngô biến đổi gen Bt vốn xuất thân từ một loại ngô bình thường ở châu Âu và Mỹ. Nhưng sau đó ngô này được tích hợp một gen B.t từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis trở thành một giống có khả năng chống lại ấu trùng sâu bọ. Năng suất ngô từ giống ngô này được tăng lên rõ rệt.
TS Reynaldo V.Ebora, Giám đốc Viện Sinh học phân tử và công nghệ sinh học quốc gia Philippines, cho biết: “Nông dân Philippines bắt đầu trồng bắp chuyển gen Bt từ năm 2003, đến nay các số liệu tính toán cho thấy năng suất bình quân đạt khá cao, trên 4 tấn/ha. Thu nhập của 1 kg bắp GMF cao hơn so với các giống bắp lai trước đây, những trang trại trồng bắp Bt cho năng suất tăng 37%, lợi nhuận tăng khoảng 10.132 peso/ha, giảm khoảng 60% chi phí thuốc trừ sâu...”.


1.Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp
Cây bông chuyển gen Bt
Các nhà khoa học Monsanto, một công ty hóa chất toàn cầu, đã thu được một gen độc từ các vi khuẩn ở đất được gọi là BT (Tên gọi tắt của Bacillus Thuingiensis) và đưa nó vào cây bông để tạo một loài chống lại sâu bướm.
Gen đưa vào là một DNA giúp sản xuất các protein độc. Độc tính sẽ giết sâu bướm bằng cách làm tê liệt hệ tiêu hóa của sâu bướm khi chúng ăn phải chất độc này. Các cây có gen độc BT sẽ tự sản sinh ra chất độc và do đó có thể giết sâu bướm ở tất cả các mùa mà không cần phun thuốc trừ sâu.
Bởi vì chất độc làm chết sâu bướm nhưng không có hại tới các tổ chức khác nên nó an toàn cho con người và môi trường.
1.Ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp
Hoa hồng chấm bi
Nhóm nghiên cứu trồng hoa dưới sự dẫn dắt của giáo sư Winston Davies – một chuyên gia danh tiếng trong ngành vi sinh vật và hóa sinh học thực vật – đã phát triển một giống hoa hoàn toàn mới: hoa hồng trắng chấm bi hồng.








Bí quyết của sự diệu kì này là làm sao để các ADN của thực vật có thể sản sinh ra nhiều mảng màu sắc mà chúng ta chưa từng thấy trong tự nhiên. Điều đó phụ thuộc vào việc sử dụng công nghệ tái tổ hợp, trong đó các phân tử ADN từ các nguồn khác nhau được kết hợp lại thành một phân tử để tạo ra một bộ gen mới hoàn toàn.



3.ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Bò sản xuất ra ..."sữa người" như thế nào?
DNA nhân tạo (hoặc DNA tái tổ hợp) với gene mã hóa protein sữa người sẽ được tích hợp vào một dòng virus, dòng virus này được thiết kế đặc biệt có khả năng chèn DNA vào bộ gene bên trong tế bào bò sữa. Sau đó, vật liệu di truyền mới sẽ chuyển vào tế bào trứng của bò cái bằng một quy trình gọi là "Chuyển giao hạt nhân tế bào soma" (Somatic Cell Nuclear Transfer) - Bò con sinh ra sẽ mang gen "sữa người" và sản xuất được "sữa người"


3.ứng dụng trong công nghệ thực phẩm
Cá hồi lớn nhanh
Năm 2010, hãng AquaBouty của Mỹ đã lai tạo thành công loại cá hồi có tốc độ lớn nhanh gấp 2 lần cá hồi hoang dã, chất lượng mùi vị, màu sắc lại không khác gì cá hồi hoang dã, chính điều này đã được Cục quản lý Thực - Dược phẩm Mỹ (FDA) phê duyệt cho phép lưu thông và trở thành thực phẩm GMO động vật đầu tiên được phê duyệt sử dụng cho con người. Để tạo được loại cá hồi này, người ta đã bổ sung thêm một gen tăng trưởng từ cá hồi Chinook giúp nó sản xuất được hormone tăng trưởng suốt quanh năm, ngoài ra còn bổ sung thêm một gen từ giống cá đại dương, giống như cá chình có tên là Pout để đảm nhận việc "đóng mở" các loại hormone tăng trưởng này.


2.Ứng dụng trong công nghiệp, y dược

Sản xuất insullin người
Insulin là một loại kích tố thuộc loại polypeptid do tụy tạng của người và động vật sinh ra. Thiếu insulin thì  không duy trì được đường huyết, không tích lũy được glycogen và lipid, không điều hòa và khống chế được nhiều quá trình trao đổi chất trong cơ thể.
Hiện nay, hầu hết những phương pháp sản xuất insulin thương mại đều dựa trên các chủng nấm men (Saccharomyces cerevisiae) hoặc vi khuẩn (E. coli) kết hợp với các kỹ thuật gene để sản xuất insulin người tổng hợp.
2.Ứng dụng trong công nghiệp, y dược
Sản xuất insullin người
Insulin gồm 2 chuỗi polypeptid, chuỗi A gồm 21 acid amin, chuỗi B gồm 30 acid amin. Người ta đã tách được gen mã hóa chuỗi A và chuỗi B rồi phân biệt chuyển vào plasmid pBR322 của vi khuẩn E.coli để bắt chúng tổng hợp một cách độc lập ra 2 chuỗi này (gắn với b-galactosidase), sau đó dùng phương pháp phá thành tế bào và tinh chế 2 chuỗi , rồi ôxy hóa để gắn hai chuỗi này lại thành phân tử insulin nguyên vẹn.
2.Ứng dụng trong công nghiệp, y dược
Sản xuất thuốc Artemisinin chống sốt rét:
Artemisinin là một loại thuốc chống bệnh rốt rét được chiết rút từ cây thanh hao hoa vàng. Cây này đã được trồng rộng rãi tại Trung Quốc, Việt Nam.
Tuy nhiên hiện nay vì giá thành của thuốc chiết rút từ Thanh hao hoa vàng là quá đắt cho nên người ta đã tiến hành tách được 2 gen từ cây này liên quan đến việc tổng hợp ra acid artemisinic. Acid này chỉ qua vài phản ứng hóa học sẽ dễ dàng chuyển thành Artemisinin. Sau đó người ta đã chuyển thành công 2 gen này vào tế bào men rượu (Saccharomyces cerevisiae).
Việc đưa chủng nấm men mang gen tái tổ hợp sinh Artemisinin vào sản xuất trong các nồi lên men đã làm hạ giá thành xuống chỉ còn 10% so với phương pháp tách chiết từ Thanh hao hoa vàng và không còn cần tới đất để sản xuất cây này nữa . Đây là một thành tựu tuyệt vời của nhóm nghiên cứu ở trường Đại học Berkeley (California, Hoa Kỳ)

2.Ứng dụng trong công nghiệp, y dược
vacxin viêm gan B:
Tác nhân gây bệnh là virus nhóm ADN mà tiểu phần HBs có trong máu bệnh nhân là kháng nguyên chính. Vì chưa có thể sản xuất lớn, việc thu nhóm HBs lúc đầu dựa vào nguồn máu bệnh nhân nên dễ lây nhiễm, số lượng có hạn và không an toàn.
Khắc phục điều này có hai nhà sản xuất Merck (Mỹ) và Matsubazơ (Nhật) đồng thời tìm ra phương pháp tái tổ hợp dùng nấm men sản xuất kháng nguyên HBs. ADN của virus viêm gan B được gắn vào nấm men thông qua plasmid và nuôi cấy nấm men tái tổ hợp sẽ sản sinh số lượng lớn kháng nguyên dùng pha chế vaccin.
2.Ứng dụng trong công nghiệp, y dược

Sản xuất interleukin-2 chữa ung thư
Interleukin_2 (IL-2) là một cytokin được sản xuất bởi các lympho bào T hoạt hóa . Nó gắn vào các thụ thể tế bào T để gây đáp ứng tăng sinh và biệt hóa thành các tế bào diệt, hoạt hóa bởi lymphokin (LAK ) trong máu và các lym pho bào thâm nhiễm vào khối u ( tế bào TIL ) tại các u đặc hiệu.
Bằng công nghệ gen tái tổ hợp, các nhà khoa học Việt Nam đã tạo ra được sinh phẩm Interleukin-2 tái tổ hợp làm tiền đề để tạo ra các loại thuốc chữa bệnh ung thư
IL-2 là sản phẩm protein trị liệu tái tổ hợp đầu tiên được tiến hành nghiên cứu trọn vẹn từ khâu thiết kế gien ban đầu đến tạo chủng vi khuẩn E. coli tái tổ hợp mang gien IL-2 của người và cả thử nghiệm sản xuất trong điều kiện tiêu chuẩn GMP.

4.Ứng dụng trong xử lý môi trường

Trong quá trình sống con người thải ra rất nhiều rác thải ra môi trường. Các sinh vật đặc biệt là sinh vật đất có khả năng phân phân hủy rác thải,nhưng hoạt tính enzyme của chúng thường rất thấp.vì thế phải kích hoạt được các enzyme đó của các loài sinh vật để ứng dụng chúng phục vụ nhu cầu con người.
Có thể sử dụng các vsv ADN tái tổ hợp đề hạn chế vấn đề ô nhiễm môi trường.tuy nhiên những vsv này phải biến đổi phù hợp với những yêu cầu của môi trường khắc nghiệt và chúng phải sống sót khi nhân lên cạnh tranh với sinh vật khác và điều kiện lý hóa luôn biến động.
4.Ứng dụng trong xử lý môi trường

Vi khuẩn biến đổi gen có khả năng chuyển hóa dioxide thành nhiên liệu lỏng

Đối tượng nghiên cứu là chủng vi khuẩn Synechoccus elongatus, đầu tiên nhóm nghiên cứu thực hiện biến đổi gen để tăng lượng enzyme RuBisCO có tác dụng cố định carbon dioxide, sau đó chuyển các gen từ các vi sinh vật khác, có khả năng hấp thụ carbon dioxide và sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra khí isobutyraldehyde, vào tế bào Synechoccus elongatus.
Isobutyraldehyde có nhiệt độ sôi thấp và khả năng tự bay hơi của khí nên cho phép khí nhiên liệu dễ dàng được tách ra khỏi hệ thống. Chủng vi khuẩn biến đổi gen có khả năng chuyển hóa trực tiếp tạo isobutanol, nhưng việc sử dụng các chất xúc tác hóa học khá rẻ hiện có trên thị trường để chuyển isobutyraldehyde thành isobutanol được xem mang lại hiệu quả kinh tế hơn.













Chủng Synechococcus elongatus thuộc họ Cyanobacteria được biến đổi gen.
(Ảnh: University of California – Los Angeles) 
4.Ứng dụng trong xử lý môi trường
Xử lý nước ngầm nhiễm phóng xạ
Vi sinh vật trên được đặt tên là Geobacter. Chúng có cơ chế trao đổi chất độc nhất vô nhị: chuyển các electron cho kim loại để lấy năng lượng từ thức ăn, giống như cách con người hít thở oxy để phân huỷ thức ăn. Trong quá trình chuyển electron, Geobacter biến kim loại từ dạng hoà tan thành dạng rắn, làm cho kim loại tách khỏi nước ngầm.



Xử lý dầu tràn :
Alcanivorax Borkumensis là tên một loài vi khuẩn chuyên sống trong những vùng nước bị nhiễm dầu. Sinh vật biển nhỏ bé này hầu như không được tìm thấy trong các vùng nước sạch, nhưng lại có mặt ở dòng thủy triều đen nhỏ nhất. Việc trao đổi của nó dựa vào các hydrocarbon là nguồn cung cấp duy nhất carbon và năng lượng. 




Vi khuẩn Alcanivorax Borkumensis chuyên ăn dầu
Geobacter.
5.ứng dụng trong khai thác kim loại, khai thác dầu mỏ

khai thác kim loại bằng vi sinh vật
Rất nhiều vsv được dùng để khai thác quặng như : vi khuẩn Thiobacillus ferroridans, T.thiooxidans oxi hóa một số kim loại cũng như chất khoáng đòng sulfit. Ngày nay sử dụng vsv để lọc đồng ,uran từ quặng với số lượng lớn. cho đến nay rất nhiều quặng đã được khai thác đến độ mà không thể dùng phương pháp cổ truyền được nữa. Do đó mà kỹ thuật khai thác bằng vi sinh vật được áp dụng để khai thác KL từ các mỏ sắp cạn kiệt với giá thanh rẻ.
=> Lợi ích sử dụng kỹ thuật ADN tái tổ hợp là ở chỗ phát triển các vi sinh vật có khả năng chống chịu điều kiện sống khắc nghiệt như độ axit, độ mặn cao, nhiệt độ cao hoặc thấp và có khả năng khai thác lượng lớn kim loại.
5.ứng dụng trong khai thác kim loại, khai thác dầu mỏ
Tăng khả năng khai thác dầu mỏ
Một lượng lớn dầu mỏ trên thế giới nằm trong lòng đất và rất khó khai thác vì nó nằm trong các núi đá hoặc dầu quá nhờn nên không thể bơm lên được.
Có một phương pháp sinh học để cải thiện quá trình này bằng cách sử dụng vi sinh vật (chủng vi khuẩn Acinetobacter calcoaceticus hoặc các chủng vi khuẩn khác) đã được tái tổ hợp ADN để tối đa hóa khả năng khai thác dầu. Hướng khai thác này được thực hiện bằng cách đưa trực tiếp vi khuẩn vào trong giếng dầu, khi vào giếng dầu, vsv có thể sản xuất ra khí để điều hòa áp suất trong giếng hoặc tạo ra các chất hoạt động bề mặt ,các chất nhũ hóa để làm giảm bớt độ nhớt của dầu. Nhờ vậy mà quá trình hút dầu lên dễ dàng hơn
Vì thế phải sử dụng kỹ thuật ADN tái tổ hợp để tạo các vsv có khả năng sống sót trong điều kiện nóng, mặn, áp cao ... Điều này là vô cùng quan trọng để tăng lượng dầu trên thế giới.
Kết luận
Hiện nay công nghệ ADN tái tổ hợp không chỉ cho thấy những lợi ích to lớn mà còn được ứng dụng khá phổ biến trong các lĩnh vực. Tạo nên các GMO rất hữu dụng, tuy nhiên vẫn còn có nhiều lo ngại về khả năng tiềm ẩn của chúng có thể gây hại cho người ,sinh vật và môi trường sống. Song, có thể thấy đây là xu thế tất yêu trong tương lai khi các vấn đề xã hội ngày càng tăng và VN nên bắt kịp xu thế chung của sự phát triển công nghệ này.
Tài liệu tham khảo
Sách An toàn sinh học_ Nguyễn văn mùi  
http://vietsciences.free.fr  và http://vietsciences.org Nguyễn Lân_ Dũng
http://www.sembiosys.com
http://www.wur.nl/UK/newsagenda/news/Phytophthora080807.htm
http:// khoahoc.baodatviet.com
http://www.goldenrice.org
http://bsc.com.vn
http://vietbao.vn