Vai trò của CNSH trong bảo vệ môi trường

VAI TRÒ CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG
 
1. CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ NGUYÊN LÝ CỦA KỸ THUẬT TÁI TỔ HỢP GEN ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ SINH HỌC
1.1. Công nghệ sinh học cổ điển (hay CNSH đại phân tử) và công nghệ sinh học hiện đại (hay CNSH phân tử)
          CNSH đại phân tử là lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng sinh vật và vi sinh vật (VSV) ở mức độ nguyên trạng, tức là chưa đi sâu vào tìm hiểu và ứng dụng ở mức độ cấu trúc phân tử mà chỉ tận dụng những đặc tính kiểu gen (genotype) và kiểu hình (phenotype) của chúng để sử dụng và chọn lọc loại tối ưu cho mục đích đặt ra.
          CNSH phân tử (Molecular Biotechnology) là một lĩnh vực tổng hợp có liên quan rất lớn đến các ngành di truyền phân tử, tế bào học, VSV học, sinh hoá học....
CNSH phân tử có hai lĩnh vực chính là CNSH phân tử cơ bản và CNSH phân tử ứng dụng.
CNSH phân tử cơ bản: bao gồm các thao tác DNA ở mức độ phân tử như cắt, nối, ghép, chuyển nạp, dẫn truyền các loại gen ngoại lai hữu ích vào các dòng tế bào chủ thích hợp để duy trì gen đó.
CNSH phân tử ứng dụng: chọn lọc, nhân lên, sản xuất...những dòng tế bào đã được tái tổ hợp để thu được những sản phẩm có ích cho con người.
CNSH phân tử cơ bản và CNSH ứng dụng là hai bước kế tiếp nhau để đưa nguyên lý tái tổ hợp gen thành hiện thực, sản xuất các thành phẩm hữu ích theo công nghệ mới- Công nghệ sinh học.
1.2. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật tái tổ hợp gen ứng dụng trong CNSH    
1.2.1. Mở đầu và khái niệm:
Năm 1970, lần đầu tiên, Baltimore và Temin độc lập phát hiện loại enzyme có tác dụng sao chép ngược (reverse transcriptase) có tác dụng tham gia hoạt hoá cho quá trình tổng hợp ngược DNA từ khuôn RNA (reverse transcription). Điều này cho phép một khi đã có một RNA thông tin (mRNA) của một gen ở dạng sợi đơn, chúng ta có thể chuyển đổi thành 1 gen hoàn toàn (ở dạng DNA chuỗi xoắn kép) theo cơ chế bổ sung sao chép ngược, có sự tham gia của enzyme nói trên. Đây chính là nguyên lý tạo DNA bổ sung (complementary DNA-cDNA) từ mRNA.
          Cũng trong năm 1970, Smith và Wilcon công bố đã tách chiết được một loại enzyme nội bào từ vi khuẩn Haemophills influenzae, có khả năng cắt DNA ở những điểm nhất định, tạo nên nhiều đoạn DNA rời nhau, đã mở hướng cho một kỹ thuật thao tác mới ở mức độ phân tử, đó là có thể cắt và nối các đoạn DNA thích hợp để tạo nên các hỗn hợp lai DNA khác nhau. Về sau một loạt các loại enzyme có hoạt tính như trên đã được phân lập, người ta gọi đó là các enzyme hạn chế (restriction enzyme)
          Cũng trong những năm 70 tiếp theo, song song với sự phát triển và hoàn thiện những kỹ thuật thao tác vật liệu thông tin di truyền, việc phát hiện và sử dụng một số thực thể vi sinh sống cộng sinh trong các loại tế bào vi sinh vật như nấm men, vi khuẩn...có một ý nghĩa ứng dụng hết sức to lớn. Đó chính là các loại plasmid. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn truyền các gen ngoại lai đã được tái tổ hợp vào tế bào vi sinh vật chủ tương ứng của chúng.
          Gần đây, trong những năm 80, phản ứng nhân bản gen  (Polymerase Chain Raction-PCR) đã được phát hiện trên nguyên lý: deoxyribonucleic acid (DNA) có cấu trúc chuỗi xoắn kép, gồm hai mạch nucleotide bổ sung cho nhau theo quy luật A-T và G-C bằng các mối liên kết hydro. Giữa A-T có 2 và G-C có 3 mối liên kết hydro. Liên kết này không phải là liên kết hoá học bền vững, do đó dưới một tác dụng nào đó (ví dụ nhiệt độ cao trên 90oC, gần đến 100oC) thì hai mạch nucleotide sẽ tách nhau ra, nhưng khi hạ nhiệt thì hai mạch lạ xoắn trở lại. Sự phát hiện này đã nâng cao hơn nữa kỹ thuật tái tổ hợp DNA và ứng dụng thành quả của kỹ thuật đó.
          Như vậy, bằng enzyme hạn chế, ta có thể cắt một chuỗi DNA nào đó thành nhiều đoạn, rồi ghép một đoạn nào đó vào plasmid cũng đã bị cắt bằng một enzyme tương tự để tạo nên một plasmid mới mang đoạn DNA ngoại lai. Nếu đoạn DNA đó là một gen hoàn chỉnh chúng ta có một plasmid mới mang gen ngoại lai. Kỹ thuật cắt-nối-ghép và tạo nên một thực thể vi sinh mới, mang một hay nhiều đoạn DNA ngoại lai, được gọi là kỹ thuật tái tổ