Cong nghe DNA tai to hop chuẩn

Công nghệ DNA tái tổ hợp được ra đời trên cơ sở các thành tựu của sinh học phân tử và hiện nay đang đóng vai trò cách mạng đối với sự phát triển của sinh học cũng như cải tạo sinh giới..

1 Mở đầu

1.1 Công nghệ DNA tái tổ hợp là gì?

Công nghệ DNA tái tổ hợp (còn gọi là kỹ thuật di truyền hay kỹ thuật gen) là một bộ phận quan trọng và là công nghệ chìa khóa (key technology) của lĩnh vực công nghệ sinh học

Công nghệ DNA tái tổ hợp được ra đời trên cơ sở các thành tựu của sinh học phân tử và hiện nay đang đóng vai trò cách mạng đối với sự phát triển của sinh học cũng như cải tạo sinh giới

Các kỹ thuật tái tổ hợp DNA đã cho phép các nhà công nghệ sinh học phân lập và khuếch đại một gen đơn

từ genome của một sinh vật để có thể nghiên cứu, biến đổi và chuyển nó vào trong một cơ thể sinh vật khác Các

kỹ thuật này còn được gọi là tạo dòng gen do nó có thể sản xuất ra một số lượng lớn các gen xác định

1 Mở đầu

Sự khám phá ra các enzyme hạn chế trong những năm đầu của thập kỷ 70, thế kỷ XX là sự phát triển then chốt, không chỉ cho việc phân tích DNA hiệu quả hơn, mà còn cung cấp khả năng cắt phân tử DNA

để tạo ra các đoạn DNA tái tổ hợp mới, mà ngày nay gọi là tạo dòng gen Phương pháp tạo dòng này đã báo hiệu một kỹ năng mới trong thao tác phân tích và khai thác các phân tử nucleic acid.

1.2 Mục đích tạo DNA tái tổ hợp

DNA tái tổ hợp được chế tác với mục đích là để thực hiện một quá trình gọi là sự tách dòng Tách dòng là sự tách lập và thu nhận nhiều bản sao đồng nhất của một gen hay của một mảnh đoạn DNA Tách dòng có thể được đi kèm hoặc không được đi kèm với sự biểu hiện protein Những áp dụng này của DNA tái tổ hợp dùng để thiết lập các ngân hàng bộ gen, cDNA hoặc tổng hợp protein, enzyme, hormone,

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử DNA tái tổ hợp

1.3 Quy trình tạo DNA tái tổ hợp

Quy trình công

nghệ tạo DNA tái tổ

hợp gồm 4 bước:

- Tách đoạn gen

- Ghép đoạn gen với

vector

- Nhân dòng phân tử

trong tế bào vi

khuẩn

- Sàng lọc dòng vi

khuẩn mang gen

mong muốn Hình 1.2 Quy trình tạo DNA tái tổ hợp

1.4 Một vài công trình nghiên cứu về công

nghệ DNA tái tổ hợp

- Năm 1972, phân tử DNA tái tổ hợp đầu tiên được tạo ra tại trường Đại học Stanford ( Mỹ ) do nhà khoa học Paul Berg và các cộng sự thực hiện bằng cách sử dụng đặc tính cắt của enzym giới hạn (Restriction enzym) và khả năng nối các mạch DNA với nhau của enzym nối ligase

- Năm 1973, Staley Cohen và Boyer đã tạo ra những phân tử DNA tái tổ hợp từ các loài khác nhau, có nhiều ưu điểm và đã được biến nạp vào tế bào chủ Và từ đây, công nghệ DNA tái tổ hợp ra đời

- Hoormone sinh trưởng người (hGH-human growth hoocmon) là thành tựu đầu tiên của công nghệ DNA tái tổ hợp

- Vào những năm đầu của thập kỷ 80 thế kỷ XX, người ta đã sản xuất interferol, sản xuất protein chống đông máu v.v… nhờ kỹ thuật ADN tái tổ hợp

- Năm 1979, đã sản xuất và thương mại hóa hoormone insulin người bằng công nghệ DNA tái tổ hợp bằng cách chèn gen mã hóa hoormone insulin của người vào plasmid và chuyển vào vi khuẩn để sản xuất insulin người

2 Công nghệ DNA tái tổ hợp và những thành tựu đã đạt được

2.1 Khái niệm

DNA tái tổ hợp là một

phân tử DNA nhỏ, được

lắp ráp từ các đoạn DNA

lấy từ thể truyền và gen

cần chuyển.

Năm 1973, Staley Cohen

và Annie Chang đã tạo ra

những phân tử DNA tái tổ

hợp từ các loài khác nhau,

có nhiều ưu điểm và đã

được biến nạp trong tế bào

chủ Và từ đây, công nghệ

DNA tái tổ hợp ra đời Hình 2.1 Quy trình tạo

phân tử DNA tái tổ hợp

2 Công nghệ DNA tái tổ hợp và những thành

tựu đã đạt được

2.2 Một số thành tựu đã đạt được:

- Vaccine DNA: đây là loại nucleic acid vaccine,

dựa trên nguyên lý một gen mã hóa cho protein kháng nguyên đặc hiệu được tiêm vào vật chủ (tế bào động vật hoặc vi sinh vật) để sản xuất các kháng nguyên này

và khởi động một phản ứng miễn dịch Nhiều vaccine phòng virus hiện nay (sởi, bại liệt, dại…) đều được sản xuất từ nuôi cấy tế bào động vật mà không phải là tế bào vi sinh vật

Phân lập một hoặc nhiều gen

từ tác nhân gây bệnh

(pathogen), đưa các gen này

vào trong vòng DNA của

plasmid và đóng lại (a) Các

vòng DNA sau đó được đưa

vào trong các nhóm tế bào

nhỏ, thường bằng cách tiêm

vào tế bào cơ (b) hoặc đẩy

vào da nhờ súng bắn gen (c)

Các gen được chọn lựa mã

hóa cho các kháng nguyên,

các chất có thể gây ra một

đáp ứng miễn dịch, thường

được sản xuất bởi tác nhân

gây bệnh

Hình 2.2 Mô hình sản xuất DNA vaccine

Có tính an toàn cao, nhất là tránh được độc tính của virus

Một số vaccine DNA tái tổ hợp đã được ứng dụng rộng rãi như: viêm gan B, viêm não Nhật Bản, dịch tả, sởi, bại liệt, dại, sốt rét, lỡ mồm long móng

- Vaccine thực phẩm

Giá thành rẻ

Ổn định

Dễ dàng sản xuất trên quy mô lớn

Dễ quản lý

Không cần tinh sạch

Bảo quản lâu

Dễ vận chuyển

Hình 2.3 Mô hình sản xuất vaccine thực phẩm

Ứng dụng của vaccine thực phẩm kháng bệnh IBDV trên gàHình 2.4 Ứng dụng của vaccine thực phẩm

kháng bệnh IBDV trên gà

- Sản xuất insullin bằng kĩ thuật plasmit

Phân lập gen sản xuất insulin ở người, chuyển vào tế bào vi khuẩn E.Coli thông qua plasmit.

Tổng hợp nhân tạo các gen mã hóa chuỗi A và B của insulin người và đưa vào E.Coli thông qua kĩ thuật tạo plasmit tái tổ hợp.

- Sản xuất xomatostatin bằng công nghệ plasmit tái tổ hợp

Xomatostatin là loại hormon được tổng hợp ở não người và động vật với lượng cực nhỏ, có vai trò điều hòa hormon sinh trưởng và insulin đi vào máu và kiểm tra xự tổng hợp 2 hormon trên.

Gen mã hóa xomatostatin được tổng hợp invitro, sau đó gắn vào plasmit Plasmit tái tổ hợp được biến nạp vào tế bào E.Coli và xomatostatin được tổng hợp

- Sản xuất interferon bằng công nghệ plasmit tái tổ hợp

Interferon là loại prrotein đặc biệt, có vai trò bảo vệ cơ thể động vật khi bị nhiễm virut Người ta đã tách gen mã hóa interferon từ cơ thể sống và ghép vào plasmit, đưa vào E.Coli để sản xuất interferon

- Ứng dụng công nghệ ADN tái tổ hợp trong sản xuất nông nghiệp

Công nghệ AND tái tổ hợp đã tạo nên trên 40 giống cây trồng mới có năng suất cao, mang gen chống chịu sâu bệnh Thành công trong việc tách dòng gen Nif là gen tổng hợp enzyme xúc tác cho quá trình cố định nitơ phân tử, có trong plasmit của vi khuẩn nốt sần cây họ Đậu chuyển vào các cây không phải họ Đậu, tạo ra giống mới cho năng suất cao

mà không cần đến phân đạm

Tạo ra giống thuốc lá mới mang gen kháng virut TMV ( tobaco mosaic virus)

Hình 2.5 Tạo dòng vi khuẩn mang DNA tái tổ hợp

có chứa gen insulin người

Hình 2.6 Tạo vaccine virus H5N1,

cơ chế loại độc tính ở gen HA của virus H5N1

Hình 2.7 Vaccine tái tổ hợp HBsAg

- Sản xuất các protein tái tổ hợp

+ Hormone sinh trưởng người (N tabacum) + Albumin huyết thanh người (N tabacum và

S tuberosum)

+ Nhân tố sinh trưởng biểu mô ở người (N tabacum)

+ α-interferon người (O sativa) + Hirudin (chống đông máu) (N tabacum) + Erythorpoetin (N tabacum)

+ α and β haemoglobin người (N tabacum) + Interleukin-2 và Interleukin-4 (N tabacum) + α1-antitrypsin người (O sativa)

+ mGM-CSF (N tabacum), hGM-CSF + Kháng thể đơn dòng IgG1 của chuột (N tabacum)

3 Kết luận

Khi những thí nghiệm khởi đầu dẫn đến sự ra đời của kỹ thuật DNA tái tổ hợp được thực hiện và sự xuất hiện insulin-sản phẩm đầu tiên vào năm 1982, và thí nghiệm chuyển gen vào cây trồng năm 1982 thành công thì đến nay công nghệ DNA tái tổ hợp đã có những bước tiến khổng lồ trong các lĩnhvực nông nghiệp (cải thiện giống cây trồng ), y dược (liệu pháp gen, liệu pháp protein, chẩn đoán bệnh ), công nghiệp thực phẩm (cải thiện các chủng vi sinh vật, vaccine thực phẩm )

Với những kỹ thuật hiện đại, công nghệ DNA chắc chắn sẽ phát triển mạnh mẽ trong tương lai với nhiều thành tựu quan trọng mà hiện nay vẫn còn đang được nghiên cứu