CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỐI VỚI NGÀNH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM ppt

CHƯƠNG 1 VAI TRÒ CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỐI VỚI NGÀNH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM 1. Vai trò của Công nghệ sinh học trong việc tạo ra các giống cây trồng, vật nuôi có năng suất, chất lượng cao 1.1. Vai trò của Công nghệ sinh học trong việc tạo ra các giống cây trồng có năng suất, chất lượng cao * Công nghệ di truyền thực vật Sản phẩm của công nghệ di truyền thực vật là các cây trồng được tạo ra từ mô hoặc tế bào của cây, các cây trồng chuyển gen có những tính trạng mới phù hợp với lợi ích của con người. Công nghệ di truyền thực vật gồm 2 lĩnh vực cơ bản là công nghệ nuôi cấy mô tế bào và kỹ thuật chuyền gen vào thực vật. - Nuôi cấy mô tế bào thực vật: Là công nghệ sử dụng các kỹ thuật hiện đại thực hiện trên tế bào và axit nuclêic để nghiên cứu cấu trúc và điều chỉnh về biến đổi gen mong muốn vào tế bào nhằm tạo ra các cơ thể thực vật mang những đặc tính mới cũng như sản phẩm mới. + Nuôi cấy đỉnh sinh trưởng, chóp rễ +Nuôi cấy bầu noãn chưa thụ tinh hoặc bao phấn + Nuôi cấy phôi nhằm mục đích cứu phôi khi lai xa + Nuôi cấy mô sẹo ( callus) + Nuôi cấy tế bào.  Tính đến nay công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật trên thế giới đã có được những thành công nhất định: Vào đầu những năm 1960, Morel là người đầu tiên áp dụng thành công kỹ nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật trong nhân giống phong lan trong ống nghiệm. Morel và Martin (1952) đã tạo ra được những cây thược dược sạch virus bằng cách dùng đỉnh sinh trưởng để nuôi cấy. Hiện nay rất nhiều lòai phong lan, dâu tây, hoa cẩm chướng và một số cây cảnh được nhân lên theo phương pháp này. Ở Mỹ, Pháp , Đức, Trung Quốc, Bỉ và một số nước khác việc nhân giống thông qua con đường này đã trở nên phổ biến trên một số đối tượng là cây cảnh nhằm mục đích thương mại. Trên thế giới hiện có khoảng trên 300 phòng thí nghiệm nhân giống cây cảnh để bán theo con đường này * Kỹ thuật chuyển gen vào thực vật: Là kỹ thuật đưa một hay nhiều gen lạ đã được thiết kế dạng plasmide tái tổ hợp, hoặc gắn vào hệ gen của tế bào chủ. Trong tế bào chủ gen lạ hoạt động và tổng hợp lên protein đặc trưng, từ đó xuất hiện đặc tính mới của cơ thể mang gen di truyền. Muốn chuyển các gen lạ vào tế bào vật chủ, phải gắn gen muốn chuyển vào vector. Vector phải có khả năng tự sao chép, nhờ đó gen lạ cũng được sao chép với AND của vector. Đồng thời gen lạ phải được gắn gen chỉ thị hoặc chọn lọc. * Mục tiêu và ý nghĩa của việc chuyển gen cải tạo cây trồng: Mục tiêu Ý nghĩa Chống bệnh Tăng sản lượng và giảm mất mát do các tác nhân sinh học Chống thuốc diệt cỏ Chống côn trùng Chống virut Chịu lanh Cho phép trồng ở những vùng mà hiện không thích hợp Chịu hạn Chịu muối Giảm quang hô hấp Tăng hiệu quả chuyển hóa năng lượng Cố định đạm Mở rộng các loài có khả năng cố định Nitơ trong không khí Giá trị dinh dưỡng Tăng hà lượng protein, vitamin, khoáng chất… Đặc tính bảo quản Tăng thời hạn sử dụng cho rau quả Thu hút khách hành Hấp dẫn hơn bởi hình dáng, kích thước và màu sắc 1.1.1 Các phương pháp chuyển gen: 1.1.2.1 Các phương pháp chuyển gen gián tiếp: * Nhờ vi sinh vật Agrobacterium: Sử dụng vi sinh vật đất Agrobacterium để chuyển gen ở thực vật là phương pháp hiệu quả và phổ biến nhất hiện nay nhờ vào khả năng gắn gen ngoại lai vào hệ gen thực vật một cách chính xác và ổn định. - Agrobacterium là vi khuẩn gram âm xâm nhập vào cơ thể thực vật qua các chấn thương và kích thích tạo khối u tại đó hay bệnh túc rễ cõy. Ngoài một NST của nó, vi khuẩn còn chứa thể di truyền ngoài NST đó là Ti plasmide, đây là tác nhân gây nên khối u. Khi lây nhiễm vào tế bào thực vật, một phần nhỏ của plasmide Ti khoảng 25kb gọi là T- ADN được chuyển và gắn vào hệ gen của thực vật. Nhờ vậy đoạn T- ADN tồn tại trong hệ gen của tế bào thực vật mà nó chuyển vào. Trong plasmid Ti, đoạn T- ADN được giới hạn bởi bờ phải và bờ trái có các đoạn nucletit tương tự nhau. Đoạn T- ADN chứa các gen tổng hợp auxin, cytokinin, đó là các gen gây khối u và chứa các gen tổng hợp Opin (Opin là chất dinh dưỡng của vi khuẩn) . Ngoài đoạn T-ADN trên plasmid còn có vùng vir chứa các gen E, D, C, G, B, A tạo ra các enzym tương ứng. Các enzym này có chức năng cắt đứt bờ phải và bờ trái để giải phóng T-ADN, chịu trách nhiệm lây nhiễm như có chức năng bọc T-ADN, vận chuyển và gắn T-ADN và tế bào chủ thực vật.  Phương pháp chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium Chuyển gen vào cây lúa nước nhờ Agrobacterium: • Thân non, hoặc lá non của lúa được khử trùng bề mặt bằng dung dịch chlor, trong 20 phút. • Rửa bằng nước cất vô trùng 5 lần • Agrobacterium đã mang vetor nhị thể và plasmid Ti được nuôi cấy trong môi trường LB lỏng, nhiệt độ 25°C, có bổ sung các chất kháng sinh thích hợp. • Đo độ đục của dung dịch nuôi đến khi đạt OD 600 nm = 0,4 thì tiến hành ly tâm tốc độ 26000 vòng/phút, trong 30 phút để thu được cặn Agrobacterium. Hòa cặn Agrobacterium vào 4ml môi trương tạo mô sẹo IM rồi ủ ở nhiệt độ phòng, có lắc nhẹ 50- 100 lần/phút trong khoảng 1h. • Chuyển thân non, mô non đã chuẩn bị ở trên vào 4ml dung dịch có Agrobacterium đã được chuẩn bị. Sau đó để trên máy lắc 1-2h. • Chuyển mô vào môi trường tạo mô sẹo CIM rồi để vào bóng tối, ở nhiệt độ 19- 25°C trong 2- 3 ngày. • Rửa mô bằng nước cất vô trùng 4- 5 lần, sau đó rửa bằng dung dịch rửa. • Chuyển mô vào môi trường tạo mô sẹo có bổ sung các chất chọn lọc như kháng sinh Kanamycin 50mg/l, cetotaxin 50mg/l, sau đó để trong tối 20-30 ngày. • Chuyển mụ sẹo sang môi trường tạo chồi SIM có bổ sung 100mg/l Kanamycin và nuôi trong 3- 4 tuần. • Chuyển chồi sang môi trường tạo rễ với việc bổ sung 0,5 micro mol IBA, cùng với 25mg/l Kanamycin. Thời gian tạo rễ kéo dài vài tháng thì tạo cây con. * Chuyển gen gián tiếp nhờ virus: Virus làm vetor chuyển gen phải có những tiêu chuẩn sau: • Hệ gen của virus phải là ADN. • Virus có khả năng di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác qua các lỗ ở vách tế bào. • Có khả năng mang được đoạn gen mới, sau đó chuyển gen này vào tế bào thực vật. • Có phổ ký chủ rộng (trên nhiều loài cây). • Không gây tác hại đáng kể cho thực vật. Đối chiếu với các tiêu chuẩn trên, hiên nay có hai loại vetor được sử dụng làm vetor chuyển gen là caulimovirus và geminivirus. Tuy nhiên, việc sử dụng virus làm vetor chuyển gen còn ít vì ADN virut khó ghép nối với hệ gen thực vật. Caulimovirus (MaMV- Cauliflower mosaic virus) a. Genom: Khép vòng nhưng không sợi nào khép kín, 8Kbp, khối lượng phân tử 4- 5x106 dalton. Sợi âm có một chỗ đứt quãng, sợi dương có 2 chỗ đứt quãng. b. Cấu tạo: Capsid dạng khối, đường kính 50nm. c. Gắn và xâm nhập: Nhờ vectơr và rệp. d. Biểu hiện genom: ARN polymeraza của vật chủ tạo ra 2mARN, trùng nhau ở đầu 3. Sợi dài nhất dài hơn genom. e. Sao chép genom: Phiên mã ngược sợi mARN dài hơn để tạo AND(-), rồi sợi âm làm khuôn để tổng hơp sợi (+). f. Lắp ráp trong tế bà chất, giải phóng nhờ vectơr là rệp. g. Gây bệnh khảm hoa lơ, bệnh khảm ở các cây họ cải. Geminivirus a. Genom: Khép vòng, 2,7-2,9. Khối lượng phân tử 1x106 dalton. Mỗi virion chứa 1-2 phân tử, ADN đơn, dương. b. Cấu tạo: Capsid dạng khối đa diện gắn với nhau thành đôi. e. Xâm nhập: Nhờ côn trùng bộ cánh trắng và bộ ăn lá d. Biểu hiện genom: Dùng ARN polymeraza của ký chủ. Phiên mã từ genom và từ sợi bổ sung của genom e. Biểu hiện genom: Có thể theo cơ chế vòng tròn xoay thông qua RF trung gian f. Lắp ráp trong nhân. Lan truyền nhờ côn trùng bộ cánh trắng và bộ ăn lá. g. Đại diện: Virus gây bệnh sọc lá ngô, khảm vàng đậu. 1.1.1.2 Các phương pháp chuyển gen trực tiếp * Chuyển gen bằng súng bắn gen Nguyên tắc chung của phương pháp này là ngâm các viên đạn nhỏ (vi đạn) bằng vàng hoặc tungsten có kích thước cực nhỏ (d= 0,5- 1,5 micromet) với dung dịch có chứa đoạn ADN ngoại lai cần chuyển vào tế bào thực vật. Các vi đạn này được làm khô trên một đĩa kim loại mỏng có kích thước 0,5- 0,9cm. Đĩa kim loại này được gắn vào đầu 1 viên đạn lớn bằng nhựa hoặc vật liệu nhẹ. Viên đạn lớn có kích thước vừa khít đầu nòng súng bắn gen. Khi bắn áp suất hơi sẽ đẩy viên đạn lớn đi với tốc độ cao. Tới đầu lòng súng viên đạn lớn bị cản lại bởi một lưới thép mịn, còn các vi đạn vẫn tiếp tục di chuyển với tốc độ lớn 1300m/s đến đối tượng bắn rồi xuyên vào tế bào. Sau khi bắn, tách các mô, tế bào và nuôi cấy invitro đê tái sinh cây. Các gen cần chuyển có thể tái tổ hợp vào hệ gen của cây, từ đó tạo thành cây chuyển gen. Chỉ có một tỉ lệ nào đó mang gen cần chuyển do đó phải chọn lọc. Người ta thường dùng khí helium áp lực cao để bắn gen. Phương pháp dùng súng bắn gen đã được sử dụng phổ biến trong chuyển gen vào thực vật một lá mầm bao gồm: ngô, lúa, lúa mỳ, đại mạch, mía … * Chuyển gen bằng xung điện (elctroporation) Dùng thiết bị xung điện tạp điện thế cao (200- 400V/cm) trong khoảng thời gian 4- 5 phần nghìn giây. Kết quả làm màng tế bào trần xuất hiện các lỗ thủng tạm thời giúp cho plasmid tái tổ hợp có thể xâm nhập vào và gắn vào hệ gen của thực vật. Quá trình được thực hiện trong cuvett chuyên dụng. Sau quá trình xung điện, đem nuôi cấy protoplas trong môi trường thích hợp, môi trường chọn lọc để tách các protoplas đã được biến nạp. Tiếp theo là nuôi cấy invitro, tái sinh cây và chọn lọc cây chuyển gen. Chuyển gen bằng xung điện có môt số trở ngại như: • Tỉ lệ các tế bào được chuyển gen còn thấp. • Sức sống của tế bào giảm đột ngột khi bị sốc điện. • Việc tái sinh ở một số loài còn rất khó khăn. Mặc dù còn có những hạn chế như trên nhưng phương pháp chuyển gen bằng xung điện đã được sử dụng trong chuyển gen ở một số loài thực vật một lá mầm như ngô, lúa … * Chuyển gen nhờ kỹ thuật siêu âm Kỹ thuật siêu âm dùng để chuyển gen vào tế bào trần protoplast. Sau khi tạo tế bào trần protoplast, tiến hành trộn protoplast với plasmid tái tổ hợp mang gen mong muốn để tạo hỗn hợp dạng huyền phù. Cắm đầu siêu âm của máy siêu âm ngập trong hỗn hợp huyền phù sâu khoảng 3mm. Cho máy phát siêu âm với tần số 20KHz theo từng nhịp ngắn, mỗi nhịp khoảng 100 miligiây. Số nhịp khoảng từ 6- 9 nhịp với tổng thời gian tác động từ 600- 900 mili giây. Sau khi siêu âm, đem protoplas nuôi trong môi trường thích hợp, chọn lọc để tách các protoplas đã được chuyển gen. Nuôi cấy invitro để tái sinh cây. Chọn lọc cây và đưa ra môi trường ngoài. * Chuyển gen bằng phương pháp hóa học Chuyển gen bằng phương pháp hóa học là phương pháp chuyển gen vào tế bào protoplas nhờ các chất hóa học như PEG. Khi có mặt của PEG, màng của protoplas bị thay đổi và protoplas có thể thu nhận ADN ngoại lai vào trong tế bào. Phương pháp này có thể áp dụng với nhiều loài thực vật nhưng khả năng chuyển gen với tần số chuyển gen rất thấp. Tuy nhiên, với khả năng tạo ra số lượng lớn protoplas có thể khắc phục được hạn chế của phương pháp này. * Chuyển gen trực tiếp thông qua ống phấn (polle tube) Là phương pháp chuyển gen không thông qua nuôi cấy mô invitro. Được các nhà khoa học Mỹ đề xuất năm 1988 trên đối tượng là cây lúa. Nguyên tắc của phương pháp này là ADN ngoại lai chuyển vào cây theo đường ống phấn, chui vào bầu nhụy cái. Thời gian chuyển gen là vào lúc hạt phấn mọc qua vòi nhụy và lúc bắt đầu đưa tinh tử vào thụ tinh. Theo các tác giả này, tốt nhất là sự chuyển gen xẩy ra đúng khi quá trình thụ tinh ở noãn và cho tế bào hợp tử chưa phân chia. Như vậy, sự chuyển gen chỉ xảy ra ở một tế bào sinh dục cái duy nhất và khi tái sinh cây sẽ không hình thành thể khảm. - Sau thời gian hoa nở 1- 2h, cắt ngang 2/3 hoặc 3/4 phần trên của hoa lúa. - Sau khi cắt hoa, dùng ống mao quản nhỏ có d= 0,2 mm đưa dung dịch ADN tái tổ hợp mang gen mong muốn vào đầu ống nhụy đã bị cắt. Nồng độ ADN tái tổ hợp khoảng 50 microgam/ ml. - Bao bông lúa lại chờ lúa chín thu hái. - Phân tích và xác định kết quả chuyển gen ở thế hệ sau. * Chuyển gen bằng vi tiêm Chuyển gen bằng vi tiêm là chuyển gen trực tiếp vào tế bào protoplas nhờ thiết bị vi thao tác và kim tiêm. Phương pháp này cần có thiết bị có độ chính xác cao, kỹ thuật và kỹ năng của người chuyển phải chính xác. 1.1.2.3 Một số thành tựu đã đạt được * Những mốc quan trọng trong sự phát triển kỹ thuật chuyển gen ở thực vật: - Năm 1980: Lần đầu tiên thực hiện chuyển ADN ngoại lai vào cây nhờ Agrobacterium. - Năm 1983: Tạo các marker chọn lọc như chỉ thị màu sắc, chỉ thị kháng với kháng sinh. Thiết kế lại plasmid Ti (loại bỏ gen gây khối u, cài các gen mong muốn vào plasmid Ti).  Năm 1984: Thực hiện chuyển gen trực tiếp và gián tiếp vào tế bào prôtoplast.  Năm 1985: Tạo các giống cây trồng kháng virut, đưa cây chuyển gen ra đồng ruộng.  Năm 1987: Chuyển gen kháng sâu bằng súng bắn gen.  Năm 1988: Tạo khoai tây chống nấm, cà chua chín chậm.  Năm 1900: Chuyển gen bất dục cho ngô vào phôi nuôi cấy vô tính.  Năm 1992: Chuyển gen cho lúa mỳ.  Năm 1994:Thương mại hóa cà chua chuyển gen. Đây là sản phẩm chuyển gen đầu tiên được thương mại hóa.  Năm 1998: Toàn thế giới có 48 giống cây trồng chuyển gen được thương mại hóa.  Năm 1999: Chuyển gen tạo giống lúa có giá trị dinh dưỡng và hàm lượng vitamin A cao. Từ năm 2000 tới nay, cây trồng chuyển gen không ngừng phát triển. Năm 2000 toàn thế giới có 44,2 triệu ha cây trồng chuyển gen thì đến năm 2003 tăng lên 67,6 triệu ha. * Một số thành tựu đạt được trong chuyển gen quy định độc tố Bt vào cây trồng - Thành tựu ở cây bông Cây bông được biến nạp gen Bt- toxin mã hóa cho độc tố Bt được trồng ở quy mô lớn tại Mỹ và úc, để kiểm soát sâu hại bông. Hạt cây bông được biến nạp gen đã thu được năm 1995 ở Mỹ và đưa ra trồng năm 1996 bởi công ty Delta và Pineland. Đến năm 2005, diện tích trồng bông mang gen Bt toàn cầu đạt 5,0 triệu ha. - Thành tựu ở cây ngô Cây ngô chuyển gen Bt kháng sâu đục thân được công bố tại Mỹ năm 1995. Năm 1996 chỉ riêng Mỹ đã có 180.000 ha ngô chuyển gen kháng sâu đục thân, chiếm 0,61% tổng diện tích ngô cả nước. Đến năm 2005, diện tích trồng ngô mang gen Bt toàn cầu đạt 11,3 triệu ha. - Thành tựu ở khoai tây Cây khoai tây chuyển gen kháng bọ cánh cứng thu được lần đầu tiên tại Mỹ năm 1995 và ở Canada năm 1996. Hiện nay chúng được trồng tại Mỹ và Canada. - Thành tựu ở cây lúa Hiện nay đã tạo ra được các cây lúa chuyển gen Bt có khả năng giết chết 100% sâu đục thân. 1.2 Vai trò của Công nghệ sinh học trong việc tạo ra các giống vật nuôi có năng suất, chất lượng cao Mục tiêu chính của công nghệ sinh học ở vật nuôi là nhằm tăng hiệu quả sinh sản và cải thiện di truyền ở vật nuôi. Cải thiện giống vật nuôi nội địa là một chiến lược phát triển chăn nuôi bền vững ở các nước đang phát triển. Công nghệ sinh học sinh sản ở thuỷ sản tạo cơ hội để tăng tỉ lệ nuôi trồng và tăng cường quản lý các loài thuỷ sản nuôi trồng và hạn chế tiềm năng sinh sản của các loài thuỷ sản biến đổi gen. * Thụ tinh nhân tạo và truyền cấy phôi - Tiến bộ trong thụ tinh nhân tạo và kỹ thuật rụng trứng kép để phục vụ cho truyền cấy phôi đã có tác động đáng kể đến các chương trình cải tạo giống vật nuôi ở các nước phát triển và nhiều nước đang phát triển vì các nước này đẩy nhanh được quá trình cải tạo giống, giảm nguy cơ lây truyền bệnh, nhân nhanh số lượng giống vật nuôi từ cá thể giống tốt hơn ví dụ như con đực trong thụ tinh nhân tạo và con cái trong trường hợp truyền cấy phôi. - Năm 1998 trên toàn thế giới có khoảng trên 100 triệu vật nuôi nhai lại được thụ tính nhân tạo (chủ yếu là bò sữa và trâu), 40 triệu lợn, 3,3 triệu cừu và 0,5 triệu dê. Việt Nam và Đông Nam châu Á có trên 60 triệu bò được thụ tinh nhân tạo trong khi châu Phi chỉ có hơn một triệu. Nuôi cấy phôi đã đi một bước xa hơn thụ tính nhân tạo kể cả trong thành tựu về di truyền, trình độ kỹ thuật và tổ chức cần có. Nuôi cấy phôi là các công nghệ cơ bản để áp dụng cho các công nghệ sinh học cao hơn trong sinh sản như sinh sản vô tính và chuyển gen. Trong năm 2001, tổng số phôi được cấy thành công trên toàn cầu là 456.000, chủ yếu cho bò, trong đó Bắc Mỹ và châu Âu chiếm 62%, Nam Mỹ 16% và châu Á là 11%. Khoảng 80% bò đực giống được sử dụng trong thụ tinh nhân tạo có nguồn gốc từ nuôi cấy phôi. Lợi thế tiềm năng chính của công nghệ nuôi cấy phôi ở các nước đang phát triển có thể là nhập khẩu phôi đông lạnh thay cho nhập động vật sống, ví dụ để thành lập các đàn giống hạt nhân thích nghi được với điều kiện sở tại và giảm thiểu rủi ro trong vệ sinh thú y * Biến đổi bộ nhiễm sắc thể và chuyển đổi giới tính ở cá Kiểm soát giới tính và khả năng sinh sản của cá có tầm quan trọng trong thương mại và môi trường. Trong chăn nuôi thuỷ sản có thể giới tính này quan trọng hơn giới tính khác, ví dụ chỉ có cá tầm cái đẻ trứng và cá đực Tilapia lớn nhanh hơn cá cái. Vô sinh ở cá đôi khi là một tính trạng được con người quan tâm vì khi sinh sản nó ảnh hưởng đến hương vị, ví dụ ở loài hầu hoặc các loài vật nuôi (chuyển gen hoặc không chuyển gen) có thể được nuôi cùng với các quần thể tự nhiên. Biến đổi bộ nhiễm sắc thể và chuyển đổi giới tính là một kỹ thuật đã được thiết lập để kiểm soát các yếu tố này. Biến đổi bộ nhiễm sắc thể, xử lý nhiệt, hoá chất và sốc áp suất đối với trứng cá để tạo ra các cá thể tam bội chứ không phải là lưỡng bội thông thường. Những cá thể cá tam bội không tập trung năng lượng cho sinh sản và như vậy chúng là dạng vô sinh. Sử dụng một số loại hóc môn cho cá ăn có thể chuyển đổi giới tính ở cá. Ví dụ cá đực tilapia chuyển thành cá cái khi sử lý với oestrogen. Loại cá đực này khi giao phối với cá cái bình thường sẽ đẻ ra toàn cá đực. * Kỹ thuật di truyền trong chăn nuôi và thuỷ sản Công nghệ gen ở vật nuôi có thể được sử dụng để đưa một gen lạ vào hệ gen của vật nuôi hoặc vô hiệu hoá một gen nào đó được chọn. Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là bắn đoạn AND vào tiền nhân của trứng đã thụ tinh. Hiện nay công nghệ này đã thành công với phương pháp mới là truyền nhân và sử dụng virút Lenti làm véc tơ truyền AND. Trong các thí nghiệm sử dụng kỹ thuật gen cho vật nuôi, các gen chịu trách nhiệm về tăng trưởng được cấy vào lợn để tăng trọng nhanh và tăng chất lượng thịt xẻ. Các nghiên cứu hiện nay đang tiến vào lĩnh vực công nghệ gen kháng bệnh ở vật nuôi như bệnh Marek ở gia cầm, Scrapie (bệnh truyền nhiễm), bệnh viêm vú bò và các bệnh khác có thể lây sang người như Salmonella ở gia cầm. Công nghệ gen còn được ứng dụng để tăng lượng cazein trong sữa bò, giảm chất tồn dư trong sữa và trong tinh trùng. Mặc dù thuật ngữ thì đơn giản nhưng công nghệ gen đòi hỏi phải có nguồn lực mạnh mới có thể áp dụng được. Cho đến nay chưa có ứng dụng công nghệ gen nào thành công trong lĩnh vực thương mại nông nghiệp. Ứng dụng công nghệ gen trong tương lai có thể chỉ giới hạn trong việc sản xuất các vật nuôi chuyển gen để sản xuất các sản phẩm công nghiệp hoặc dược phẩm. Công nghệ gen là một lĩnh vực năng động trong nghiên cứu và phát triển của ngành thuỷ sản. Kích thước lớn và sức chịu đựng tốt của nhiều loại trứng cá cho phép ứng dụng công nghệ truyền gen một cách thuận lợi bằng cách tiêm trực tiếp một gen lạ vào trứng hoặc nhờ thiết bị truyền từ để trợ giúp truyền gen thông qua sự chênh lệch từ trường. Truyền gen ở cá liên quan đến các gen sản xuất hóc môn sinh trưởng và các hóc môn này thúc đẩy tăng trưởng nhanh ở cá chép, cá tilapia và các loài cá khác. Hơn nữa, một gen của cá bơn mã hoá sản xuất loại prôtein chống băng giá được đưa vào cá hồi với hy vọng kéo dài mùa vị nuôi cá hồi. Gen này không sản xuất đủ loại prôtêin để kéo dài thời gian cá này sống trong vùng nước lạnh nhưng lại cho phép cá hồi tiến tục tăng trưởng trong mấy tháng mùa đông, trong khi cá hồi bình thường không thể tăng trưởng. Những ứng dụng này vẫn còn đang trong quá trình nghiên cứu và phát triển; hiện nay các sản phẩm cá chuyển gen vẫn chưa có mặt trên thị trường. * Công nghệ sinh học trong chuẩn đoán bệnh và dịch tễ Bệnh ở thực vật và động vật khó chuẩn đoán vì các triệu chứng thường không điển hình hoặc thậm chí hoàn toàn không thể hiện cho đến khi dịch bệnh đã lan rộng. Các loại kít thử dựa trên nền tảng công nghệ sinh học cao cho phép xác định các nhân tố gây bệnh và giám sát tác động của các chương trình kiểm soát bệnh ở mức độ chính xác cao mà trước đây chưa hề có. Dịch tễ phân tử đặc trưng bởi các mầm bệnh (vi rút, vi khuẩn, ký sinh và nấm) có thể xác định được nguồn lây nhiễm của chúng thông quan phương pháp nhân gen. Chuẩn đoán sớm có vai trò quan trọng trong kiểm soát dịch tễ vì nó giúp con người xác định được tâm điểm của vùng dịch để có phương thức phòng chống phù hợp. Ví dụ, phân tích phân tử đối với vi rút gây bệnh dịch tả ở trâu, bò (rinderpest) có ý nghĩa sống còn để xác định các chủng vi rút đang tồn tại trên thế giới và là công cụ hỗ trợ đắc lực trong Chương trình trừ diệt bệnh rinderpest trên toàn cầu. Kít thử ELISA (Thuốc thử enzim hấp phụ miễn dịch liên kết) đã trở thành một phương pháp chuẩn và giám sát nhiều loại bệnh dịch ở vật nuôi và cá trên toàn thế giới; kỹ thuật PCR (Chuỗi phản ứng đa phân tử) được sử dụng nhiều trong chuẩn đoán của ngành bảo vệ thực vật và đang được ứng dụng ngày càng nhiều trong chuẩn đoán bệnh ở vật nuôi và thủy sản. Hiệu quả của các chương trình bảo vệ thực vật và thú y ngày cang được nâng cao là nhờ vào những tiến bộ trong công nghệ di truyền tiên phong cho phép xác định các mầm bệnh ở dạng mô, dạng vật sống hoặc thậm chí là mẫu nước hoặc mẫu đất. * Nghiên cứu và phát triển vắc xin Các loại vắc xin tạo ra nhờ công nghệ gen đang được phát triển để bảo vệ cá và vật nuôi khỏi mầm bệnh và các loại ký sinh. Mặc dù, các loại vắc xin được sản xuất theo cách thức truyền thống có tác động to lớn đến kiểm soát dịch Lở mồm long móng và các bệnh do trực khuẩn, rinderpest và các bệnh khác ảnh hưởng đến vật nuôi nhưng các vắc xin tái tổ hợp có thể đem lại những lợi ích vượt trội so với vắc xin sản xuất theo phương thức truyền thống về tính an toàn, tính đặc thù và tính ổn định. Quan trọng hơn, các vắc xin này thường đi kèm với kít chuẩn đoán tương ứng sẽ cho phép phân biệt giữa động vật được tiêm vắc xin và động vật bị lây nhiễm tự nhiên. Điều này rất quan trọng đối với các chương trình quốc gia phòng chống bệnh khi kỹ thuật này có phép sử dụng vắc xin liên tục khi chuyển từ giai đoạn kiểm soát sang giai đoạn diệt trừ. Ngày nay vắc xin có chất lượng cho các bệnh như Niư cát xơn, bệnh sốt truyền thống ở lợn và bệnh rinderpest. Hơn nữa, với tiến bộ kỹ thuật trong công nghệ sinh học sẽ sản xuất ra vắc xin rẻ hơn và vì vậy có thể cung cấp cho các hộ chăn nuôi nhỏ. * Dinh dưỡng vật nuôi Công nghệ sinh học đã hỗ trợ tích cực cho lĩnh vực dinh dưỡng vật nuôi như các loại enzim, các loại probiotics, các loại prôtein đơn bào và các chất phụ gia thức ăn chăn nuôi có nguồn gốc kháng sinh mà được phép sử dụng rộng rãi trong hệ thống chăn nuôi thâm canh trên toàn cầu nhằm nâng cao tính chủ động về dinh dưỡng trong thức ăn chăn nuôi và tăng năng suất vật nuôi và thủy sản. Các công nghệ biến đổi gen ngày càng được áp dụng rộng rãi nhằm cải thiện dinh dưỡng vật nuôi như thông qua việc biến đổi thức ăn để vật nuôi dễ tiêu hoá hơn, hoặc là kích thích hệ thống tiêu hoá và hô hấp của vật nuôi để chúng có thể sử dụng thức ăn hiệu quả hơn. Mặc dù vậy thì tiến bộ trong trong phương pháp thứ 2 vẫn chưa giúp chúng ta hiểu đầy đủ về di truyền, sinh lý và an toàn sinh học. Ví dụ, trong hệ thống sản xuất có mức độ đầu tư cao như hệ thống quản lý chăn nuôi thâm canh có sử dụng tái tổ hợp tropin của tế bào sô ma, một loại hóc môn có thể giúp tăng sản lượng sữa ở bò, khích thích tăng trưởng và tăng tỉ lệ thịt nạc trong thịt xẻ ở vật nuôi hướng thịt.  Công nghệ sinh học góp phần nâng cao hiệu suất chế biến thực phẩm  Công nghệ sinh học làm đa dạng mẫu mã sản phẩm tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, giá thành hạ  Công nghệ sinh học tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao từ các nguyên liệu tận dụng [...]...CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM 2.1 Công nghệ lên men rượu, bia, nước giải khát 2.1.1 SẢN XUẤT RƯỢU Rượu đã được con người sản xuất và sử dụng từ cách đây rất lâu - vào khoảng 6000 năm trước Công nguyên Do nhu cầu và lợi ích của sản phẩm này nên cho đến nay, việc nghiên cứu và mở rộng sản xuất chúng ngày càng... một số vi sinh vật, trong đó nấm men là đối tượng chính được sử dụng để sản xuất rượu ở quy mô công nghiệp Lên men rượu là một quá trình sinh học phức tạp chuyển đường thành rượu, có sự tham gia của nấm men trong điều kiện kị khí Phương trình tổng quát của sự lên men rượu: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 27kcal Trong quá trình lên men, dịch lên men thu được sau khi kết thúc quá trình lên men ngoài sinh khối... học Antonius Van Leeuvenkoek (1680) là người đầu tiên quan sát các yếu tố cấu tạo nên bia Nhà bác học Pháp Louis Pasteur (1822-1895) đã thành công trong việc chứng minh sự lên men bia không phải chỉ là phản ứng hóa học, mà còn có sự tham gia của các sinh vật cực nhỏ sống kỵ khí, đó chính là men bia Những phản ứng lên men rượu từ đường cần phải có sự xúc tác của các enzyme, đó là các loại men sinh học. .. được nhiều loại đường khác nhau và đạt được tốc độ lên men nhanh - Chịu được độ cồn cao: 10 – 12% - Thích nghi được với những điều kiện không thuận lợi của môi trường, đặc biệt là đối với chất sát trùng Riêng đối với chủng nấm men ở Việt Nam đòi hỏi phải có khả năng lên men ở nhiệt độ tương đối cao ≥ 35˚C, có khả năng hoạt động ở pH = 3,5 – 5(môi trường acid) b) Quá trình lên men: Môi trường lên men sau... sản phẩm được đánh giá có giá trị dinh dưỡng cao nhờ quá trình lên men của vi sinh vật và rất phù hợp với thế hệ trẻ Cho đến nay đã có một số sản phẩm từ trái cây như: BLUEBIRD, TREETOP là các sản phẩm không cồn của Florida (Mỹ) được sản xuất từ 100% dịch trái nho, táo mà thành phần có nhiều loại vitamin, muối khoáng, độ đường khoảng 1518% đóng trong hộp kim loại có dung tích 160-180ml Một số sản phẩm. .. cơ bị dư thừa do thiếu công nghệ chế biến phù hợp Việc nghiên cứu để sản xuất nước giải khát lên men từ trái cây là hoàn toàn phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới và khu vực Chúng ta hy vọng được đóng góp một phần nhỏ vào việc tạo ra loại sản phẩm mới có chất lượng tốt đáp ứng được yêu cầu của thị trường nội địa, từng bước hoà nhập với xu thế phát triển chung của ngành sản xuất nước giải... Cấy từ ống giống thuần khiết qua khâu nhân giống các cấp cấy vào dịch lên men với tỷ lệ giống cấy từ 3 – 10% + Bánh men khô: Cấy vào dịch lên men với tỷ lệ 15 – 20g/l dịch lên men Dịch lên men đang ở giai đoạn lên men mạnh với tỷ lệ 1/3 – 1/5 thể tích nồi lên men (lấy từ lần lên men trước) Người ta sử dụng nguồn giống này đối với các chủng nấm men: Saccharomyces ellipsoideus, Saccharomyces cerevisiae,... nho thực chất rượu Brandy được chưng cất từ rượu vang và tuỳ thuộc vào tên vùng Cognac hay Armagnac mà đặt tên cho rượu * rượu rum làm từ mật mía sản phẩm của Cuba- Rượu mùi (liquor) * rượu tequila chưng cất từ nhựa xương rồng, sản phẩm nổi tiếng của Mexicô (40 %) * Rượu Gin chưng cất từ ngũ cốc có mùi bưởi đặc trưng, sản phẩm của Anh (43 %) * Vodka chưng cất từ khoai tây (hặc lúa mì), sản phẩm của... dù đã thu được những tiến bộ đáng kể, đặc biệt là có sự trợ giúp của sinh học phân tử nhưng còn xa mới đạt được một hệ thống phân loại hoàn thiện Do vậy, cần thiết phải có một phương pháp xác định đáng tin cậy để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau, trong đó có sự tuyển chọn các vi sinh vật thích hợp cho các quá trình lên men công nghiệp, như quá trình lên men bia Tại các trung tâm lưu giữ nấm men,... thành nhu cầu tất yếu không thể thiếu được đối với cuộc sống của con người Ngành sản xuất nước giải khát đang phát triển với tốc độ rất nhanh cả về chủng loại và sản lượng đã mau chóng chiếm lĩnh và được thị trường chấp nhận, trong số đó phải kể đến các hãng sản xuất nước giải khát nổi tiếng như: Cocacola, Pepsicola, Nestle có doanh thu đạt hàng chục tỷ USD/năm, với mặt hàng truyền thống là loại nước giải . CHƯƠNG 1 VAI TRÒ CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỐI VỚI NGÀNH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM 1. Vai trò của Công nghệ sinh học trong việc tạo ra các giống cây. hướng thịt.  Công nghệ sinh học góp phần nâng cao hiệu suất chế biến thực phẩm  Công nghệ sinh học làm đa dạng mẫu mã sản phẩm tạo ra sản phẩm có chất