CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG

CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG

CÔNG NGH SINH H C Đ I C CH NG 1: KHÁI NI M C NG B N V CÔNG NGH SINH H C 1.1 Khái ni m v công ngh sinh h c Có nhiều định nghĩa cơng nghệ sinh học (Biotechnology), tùy theo tác giả khác nhau, nh ng tất thống khái niệm sau đây: Công nghệ sinh học sản xuất sản phẩm quy mô công nghiệp, nhân tố tham gia trực tiếp định tế bào sống (vi sinh vật, thực vật, động vật) Mỗi tế bào sống c a thể sinh vật hoạt động lĩnh vực sản xuất đ ợc xem nh lò phản ng nhỏ Vào năm 1980, công nghệ sinh học chuyển sang giai đoạn là giai đoạn công nghệ sinh học đại với việc sử d ng thành tựu c a kỹ thuật gen, lĩnh vực công nghiệp sử d ng hoạt động sinh học c a tế bào đ ợc biến đổi di truyền Cơ sở sinh học đ ợc áp d ng bao gồm sinh học phân tử, sinh học tế bào, hóa sinh học, di truyền học, vi sinh vật học, miễn dịch học, nguyên lý kỹ thuật máy tính Có hai cách định nghĩa công nghệ sinh học cách tổng quát nhất: - Do UNESCO (1985) định nghĩa: Công nghệ sinh học công nghệ sử d ng phận hay tế bào riêng rẽ c a thể sinh vật vào việc khai thác sản phẩm c a chúng - Do Tr ờng Luật Stanford (1995) định nghĩa: Công nghệ sinh học công nghệ chuyển hay nhiều gen vào sinh vật ch nhằm m c đích khai thác sản phẩm ch c c a gen Sự khác biệt rõ rệt c a hai định nghĩa thuộc đối t ợng tác động c a công nghệ sinh học: UNESCO xem quan, phận, tế bào ch c riêng rẽ c a sinh vật đối t ợng, Tr ờng Luật Stanford lại coi gen đối t ợng tác động c a công nghệ Từ định nghĩa trên, phân biệt đ ợc hai nhóm công nghệ sinh học là: - Công nghệ sinh học truyền thống (Traditional Biotechnology) Bao gồm: + Thực phẩm lên men truyền thống (Food of Traditional Fermentations) + Công nghệ lên men vi sinh vật (Microbial Fermentation Technology) + Sản xuất phân bón thuốc trừ sâu vi sinh vật (Production of Microbial Fertilizer and Pesticide) + Sản xuất sinh khối giàu protein (Protein-rich Biomass Production) + Nhân giống vô tính ni cấy mơ tế bào thực vật (Plant Micropropagation) + Th tinh nhân tạo (In vitro Fertilization) - Công nghệ sinh học đại (Modern Biotechnology) Bao gồm: + Nghiên c u genome (Genomics) + Nghiên c u proteome (Proteomics) + Thực vật động vật chuyển gen (Transgenic Animal and Plant) + Động vật nhân (Animal Cloning) + Chip gen (DNA chip) + Liệu pháp tế bào gen (Gen and Cell Therapy) + Công nghệ sinh học nano (Nanobiotechnology) + Tin sinh học (Bioinformatics) + Hoạt chất sinh học (Bioactive Compounds) + Protein biệt d ợc (Therapeutic Protein) Sự phân loại công nghệ sinh học dựa vào tác nhân sinh học tham gia vào q trình cơng nghệ, chia thành nhóm sau: - Cơng nghệ sinh học thực vật (Plant Biotechnology) - Công nghệ sinh học động vật (Animal Biotechnology) - Công nghệ sinh học vi sinh vật (Microbial Biotechnology) - Công nghệ sinh học enzyme hay công nghệ enzyme (Enzyme Biotechnology) Gần đây, tác nhân sinh học d ới tế bào cịn hình thành khái niệm công nghệ protein (Protein Engineering) công nghệ gen (Gen Engineering) Công nghệ Protein công nghệ gen xun suốt trở thành cơng nghệ chìa khóa nằm công nghệ sinh học thực vật, công nghệ sinh học động vật công nghệ sinh học vi sinh vật Nhờ kỹ thuật đọc trình tự gen kỹ thuật DNA tái tổ hợp, công nghệ gen đạt đ ợc thành tựu hết s c to lớn mang tính định, mở giai đoạn phát triển Đó nghiên c u tồn genome c a nhiều sinh vật, đáng ý việc giải mã genome c a ng ời c a lúa Đó việc hình thành ph ơng h ớng nghiên c u, ng d ng kinh doanh sinh vật chuyển gen (Gentically Modified Organism-GMO) thực phẩm chuyển gen (Gentically Modified Food-GMF) Cơng nghệ protein có tiềm ng d ng lớn việc sản xuất protein tái tổ hợp (Recombinant Protein) dùng làm d ợc phẩm điều trị bệnh hiểm nghèo nh : interferon, interleukin, insulin Mặt khác, tùy vào đối t ợng ph c v c a công nghệ sinh học, phân lĩnh vực cơng nghệ sinh học khác nh : - Công nghệ sinh học nông nghiệp (Biotechnology in Agriculture) - Công nghệ sinh học chế biến thực phẩm (Biotecnology in Food Processing) - Công nghệ sinh học y d ợc (Biotechnology in Medicine-Pharmaceutics) - Công nghệ sinh học môi tr ờng (Environmental Biotechnology) - Công nghệ sinh học vật liệu (Material Biotechnology) - Công nghệ sinh học hóa học (Biotechnology in Chemical Production) - Công nghệ sinh học l ợng (Biotechnology in Energy Production) 1.2 Lĩnh vực nghiên cứu công ngh sinh h c Bốn lĩnh vực công nghệ sinh học đ ợc quan tâm nhiều là: Công nghệ sinh học nông nghiệp Là lĩnh vực cơng nghệ sinh học có nhiều đóng góp việc cải thiện giống trồng, xây dựng kỹ thuật canh tác mới, nghiên c u trình cố định đạm không thuộc họ đậu - Công nghệ sinh học cải thiện nhân nhanh giống trồng Lĩnh vực có bốn ng d ng chính: ng d ng kỹ thuật chọn dòng tế bào biến dị soma, nhân giống ống nghiệm (nhân giống in vitro), lai vơ tính hay cịn gọi dung hợp tế bào trần, kỹ thuật sản xuất đơn bội (1n) - Cố định đạm biến nạp gen nif Dùng kỹ thuật gen tách gen nif từ thể cố định đạm chuyển sang trồng quan trọng nh lúa, ngô mơ hình lý t ởng c a nhà tạo giống - Các ph ơng pháp canh tác mới, bao gồm: Ph ơng pháp màng dinh d ỡng, hệ thống th y canh - Công nghệ sinh học chăn nuôi, bao gồm: Kỹ thuật cấy chuyển phôi, tạo chế phẩm phịng tránh bệnh cho động vật Cơng nghệ sinh học y dược Nhiều cơng trình nghiên c u c a công nghệ sinh học đ ợc ng d ng thành công y d ợc, đặc biệt sản xuất thuốc chuẩn đoán bệnh Trong năm qua, lĩnh vực ng d ng công nghệ di truyền mạnh y tế nghành sản xuất thuốc kháng sinh, vác xin, kháng thể đơn dịng protein có hoạt tính sinh học Hiện nay, nghiên c u nhằm tìm kiếm chất kháng sinh tăng mạnh t ợng vi sinh vật kháng lại tác d ng c a kháng sinh ngày nhiều Phạm vi ng d ng c a kháng thể đơn dòng ngành y tế ngày tăng nh phân tích miễn dịch, định vị khối u, phát số protein có liên quan đến hình thành khối u, xác định có mặt c a loại vi khuẩn khác nhau, giúp cho bác sĩ xác định bệnh cách nhanh chóng xác Kháng thể đơn dòng tập hợp phân tử kháng thể đồng mặt cấu trúc tính chất Kháng thể đơn dòng đ ợc tạo cách cho lai tế bào lympho hệ miễn dịch c a động vật c a ng ời với tế bào ung th Một số thể lai có khả tạo kháng thể đặc hiệu kháng nguyên Chọn thể lai nhân lên sản xuất kháng thể đơn dịng Các tế bào lai có khả tăng sinh vĩnh viễn môi tr ờng nuôi cấy - tính chất nhận đ ợc từ tế bào ung th Nhờ công nghệ sử d ng DNA tái tổ hợp mà ng ời ta sản xuất số protein có hoạt tính sinh học dùng để chữa bệnh nh insulin chữa bệnh tiểu đ ờng, interferon chữa bệnh ung th , hormon tăng tr ởng cho ng ời Bản chất c a công nghệ làm thay đổi máy di truyền c a tế bào cách đ a gen mã hóa cho protein đặc hiệu bắt hoạt động để tạo l ợng lớn loại protein mà ng ời cần Công nghệ sinh học chế biến thực phẩm Công nghệ lên men lĩnh vực quan trọng sản xuất thực phẩm Việc tuyển chọn ch ng vi sinh vật có khả lên men tốt, đem lại hiệu cao cần thiết Các nghiên c u sử d ng công nghệ di truyền ph c v cho công nghệ lên men ch yếu vào hai h ớng là: - Phân tích di truyền loại vi sinh vật sử d ng trình lên men, xác định gen mã hóa cho tính trạng mong muốn nhằm tạo suất chất l ợng sản phẩm lên men - Tạo vi sinh vật chuyển gen ph c v cho qui trình lên men Ví d sản xuất r ợu, ngày ng ời ta dùng ch ng vi sinh vật có khả tạo r ợu cao cho h ơng vị tốt Phần lớn ch ng đ ợc nghiên c u, tuyển chọn, lai tạo công nghệ di truyền Để sản xuất r ợu vang, tr ớc đây, ng ời ta phải dùng hai loại vi sinh vật S Cerevisiae để tạo hàm l ợng r ợu dịch lên men sau đó, sử d ng Leuconostos lên men ph trình tàng trữ, nhằm nâng cao chất l ợng c a r ợu Ngày nay, ng ời ta tiến tới dùng ch ng vi sinh vật chuyển gen để thực hai trình Đối với sản phẩm lên men sữa nh phomat sữa chua, tr ớc kia, ng ời ta th ờng sử d ng vi sinh vật tự nhiên có mặt sữa để lên men, vậy, ng ời ta khó lịng kiểm sốt q trình lên men hiệu không cao Ngày ng ời ta tạo đ ợc ch ng với tính chất xác định điều khiển đ ợc trình lên men theo định h ớng mong muốn Bằng công nghệ vi sinh vật, công nghệ gen ng ời ta tạo ch ng vi sinh vật có khả tổng hợp enzyme chịu nhiệt, chịu axit, chịu kiềm tốt để sản xuất enzyme Enzyme λ-amylase chịu nhiệt đ ợc sử d ng nhiều để sản xuất nha, đ ờng glucose từ tinh bột Tr ớc đây, công nghiệp thực phẩm nghiên c u công nghệ sinh học đ ợc sử d ng ch yếu để hoàn thiện quy trình cơng nghệ lên men truyền thống Cịn nay, nghiên c u công nghệ sinh học ch yếu liên quan đến việc tạo ch ng có suất sinh học cao việc áp d ng chúng vào công nghệ lên men đại, sản xuất chế biến loại sản phẩm sau: - Công nghiệp sản xuất sữa - Công nghệ sinh học chế biến tinh bột - Sản xuất n ớc uống lên men, nh : bia, r ợu nho, r ợu ch ng cất - Sản phẩm ch a protein, nh : protein vi khuẩn đơn bào, protein từ tảo lam cố định đạm cyanobacteria vi tảo - Sản xuất chất tăng h ơng vị thực phẩm, nh : citric acid, amino acid, vitamin màu thực phẩm, chất tăng vị thực phẩm, keo thực phẩm - Chế biến rau Công nghệ sinh học bảo vệ môi trường Cùng với phát triển c a khoa học kỹ thuật, loài ng ời phải bắt đầu tìm cách giải vấn đề ô nhiễm môi tr ờng biện pháp khác Trong đó, biện pháp cơng nghệ sinh học ngày tỏ u việt so với biện pháp khác Nói chung, vấn đề bảo vệ môi tr ờng đ ợc giải theo ba h ớng sau: - Phân h y độc chất vô hữu - Ph c hồi chu trình trao đổi chất c a C, N, P S tự nhiên - Thu nhận sản phẩm có giá trị dạng nhiên liệu hợp chất hữu - Xử lý chất thải, nh : xử lý sinh học hiếu khí, xử lý lên men phân h y yếm khí - Thu nhận chất có ích từ lên men yếm khí, nh : xử lý dạng n ớc thải khác tái sử d ng chúng để ph c v cho ngành công nghiệp nặng - Xử lý chất thải công nghiệp, nh : xử lý chất thải công nghiệp chế biến sữa, xử lý chất thải công nghiệp dệt 1.3 L c sử phát triển cơng ngh sinh h c Lịch sử hình thành phát triển công nghệ sinh học trải qua giai đoạn sau: Giai đoạn th Đã hình thành từ lâu việc sử d ng ph ơng pháp lên men vi sinh vật để chế biến bảo quản thực phẩm, ví d : sản xuất mát, dấm ăn, làm bánh mì, n ớc chấm, sản xuất r ợu bia… Trong đó, nghề nấu bia có vai trị đáng kể Ngay từ cuối kỷ 19, Pasteur vi sinh vật đóng vai trị định q trình lên men Kết nghiên c u c a Pasteur sở cho phát triển c a ngành công nghiệp lên men sản xuất dung môi hữu nh aceton, ethanol, butanol, isopropanol… vào cuối kỷ 19, đầu kỷ 20 Giai đoạn th hai Nổi bật c a q trình phát triển cơng nghệ sinh học giai đoạn hình thành cơng nghiệp sản xuất thuốc kháng sinh penicillin, khởi đầu gắn liền với tên tuổi c a Fleming, Florey Chain (1940) Trong thời kỳ xuất số cải tiến mặt kỹ thuật thiết bị lên men vô trùng cho phép tăng đáng kể hiệu suất lên men Các thí nghiệm xử lý chất thải bùn hoạt tính cơng nghệ lên men yếm khí tạo biogas ch a ch yếu khí methane, CO2 tạo nguồn phân bón hữu có giá trị đ ợc tiến hành hoàn thiện Giai đoạn th ba Bắt đầu từ năm 50 c a kỷ 20, song song với việc hoàn thiện quy trình cơng nghệ sinh học truyền thống có từ tr ớc, số h ớng nghiên c u phát triển cơng nghệ sinh học hình thành phát triển mạnh mẽ nhờ loạt phát minh quan trọng ngành sinh học nói chung sinh học phân tử nói riêng Đó việc lần xác định đ ợc cấu trúc c a protein (insulin), xây dựng mơ hình cấu trúc xoắn kép c a phân tử DNA (1953) Tiếp theo việc tổng hợp thành công protein (1963-1965) đặc biệt việc tổng hợp thành cơng gen buộc thể tế bào vi sinh vật (1980) Chính phát minh tạo tiền đề cho phát triển nhanh chóng c a nghiên c u ng d ng thực tế sau lĩnh vực công nghệ sinh học đại Giai đoạn t tư Kể từ 1973, thí nghiệm khởi đầu dẫn đến đời c a kỹ thuật DNA tái tổ hợp đ ợc thực xuất insulin-sản phẩm c a vào năm 1982, thí nghiệm chuyển gen vào trồng năm 1982 thành cơng đến cơng nghệ sinh học đại có b ớc tiến khổng lồ lĩnh vực nông nghiệp (cải thiện giống trồng ), y d ợc (liệu pháp gen, liệu pháp protein, chẩn đốn bệnh ), cơng nghiệp thực phẩm (cải thiện ch ng vi sinh vật ) Công nghệ sinh học phát triển ngày ch yếu dựa ba công nghệ là: - Cơng nghệ vi sinh - Cơng nghệ tế bào (nuôi cấy mô tế bào ) - Công nghệ sinh học đại, t c công nghệ gen Cũng có tác giả gắn q trình phát triển công nghệ sinh học với ba cách mạng sinh học - Cách mạng sinh học lần th (đầu kỷ 20): sử d ng trình lên men để sản xuất sản phẩm nh acetone, glycerine, citric acid, riboflavin - Cách mạng sinh học lần th hai (sau chiến th 2): sản xuất kháng sinh, sản phẩm lên men công nghiệp nh glutamic acid, polysaccharide, có thành tựu đột biến, tạo ch ng vi sinh vật cho suất hiệu cao, phát triển trình lên men liên t c phát ph ơng pháp bất động enzyme để sử d ng nhiều lần - Cách mạng sinh học lần th ba (bắt đầu từ thập niên 1970): với phát quan trọng enzyme hạn chế, enzyme gắn, sử d ng plasmid làm vector tạo dịng, đặt móng cho cơng nghệ sinh học hồn tồn cơng nghệ DNA tái tổ hợp Hai giai đoạn đầu, công nghệ vi sinh công nghệ tế bào, sử d ng hoạt động sinh học c a tế bào tách biệt, nh ng ch a biến đổi đ ợc cấu trúc di truyền c a chúng, nên đ ợc xem hai giai đoạn c a công nghệ sinh học truyền thống Phải đến cách mạng sinh học lần th ba nh nêu trên, đời cơng nghệ sinh học đại, giai đoạn phát triển cao c a công nghệ sinh học, mở kỷ nguyên c a sinh học 1.4 V trí cơng ngh gen công ngh sinh h c Công nghệ gen mũi nhọn c a công nghệ sinh học Năm 1972-1973 kỹ thuật gen đời, mở đầu cho giai đoạn c a cách mạng công nghệ sinh học Con ng ời có khả v ợt giới hạn tiến hố, chuyển gen từ lồi sang lồi khác, điều mà khơng thể thực đ ợc đ ờng chọn lọc tự nhiên Đến ng ời ta giải mã gen c a mhiều sinh vật nh gen c a vi khuẩn E coli, c a nhiều virus, c a giun tròn, c a lúa đến năm 2003 giải mã đ ợc gen ng ời Trên sở kỹ thuật gen nhà khoa học tạo nhiều giống trồng có đặc tính u việt nh chống chịu hạn, chịu mặn, có suất cao góp phần tăng giá trị kinh tế cho xã hội Nhiều ch ng vi sinh vật có khả tổng hợp enzym cao đ ợc tạo công nghệ gen đ ợc sử d ng công nghiệp Sự hiểu biết cách chi tiết cấu tạo vận hành c a gen cho phép ng ời có khả can thiệp cách xác vào q trình sống để ph c v lợi ích c a Những thành tựu c a công nghệ gen gắn với ng d ng thực tiễn nhằm ph c v lợi ích c a ng ời Tóm lại nói cơng nghệ gen mũi nhọn, trung tâm phát triển c a công nghệ sinh học 1.5 Khái ni m v t bào gốc Tháng năm 1997, Wilmut cơng bố cơng trình nhân vơ tính động vật, tạo đ ợc cừu Dolly, đánh dấu mốc cho phát triển nhân giống nhiều loài động vật từ tế bào dinh d ỡng (tế bào soma) Năm 1999 tế bào gốc (Somatic stem cell) đ ợc phat Tế bào gốc tế bào giữ ngun tính chất nh tế bào phơi, t c chúng có khả phát triển thành nhiều loại tế bào chuyên biệt khác nh tế bào tim, tế bào thần kinh, tế bào thận vv từ phát triển thành thể Nh nhân vơ tính động vật từ tế bào gốc dễ dàng nhiều Từ đến việc nhân vơ tính động vật từ tế bào gốc đ ợc nhiều nhà khoa học giới quan tâm Những thành công nhân vơ tính động vật mở khả nhân vơ tính ng ời Đây vấn đề đ ợc nhiều nhà khoa học, nhà quản lý, ng ời đ ng đầu c a quốc gia quan tâm bàn cãi có số n ớc cấm khơng cho tiến hành nhân ng ời 1.6 Thực phẩm chuyển gen Cho đến nhiều loài sinh vật chuyển gen (GMO) xuất với qui mô sản xuất công nghiệp, nh ngô chuyển gen, đậu t ơng chuyển gen, cà chua, lúa vv Những chuyển gen th ờng có nhiều đặc tính u việt nh suất cao, chống chịu điều kiện ngoại cảnh bất lợi nh chống chịu sâu bệnh, chống chịu hạn, chịu mặn vv Nhờ trồng chuyển gen th ờng đem lại hiệu kinh tế cao Cây trồng thực phẩm cho ng ời động vật nên phải chịu giám sát c a tổ ch c quản lý an toàn sinh học, loại chuyển gen đ a sản xuất phải đảm bảo tiêu chuẩn định Ví d Mỹ nơi mà cơng nghệ sinh học đ ợc đầu t phát triển mạnh giới, vấn đề quản lý chặt chẽ Hệ thống quản lý c a Mỹ nhằm đảm bảo an tồn l ơng thực bao gồm Bộ Nơng nghiệp Mỹ (USDA), C c Bảo vệ Môi tr ờng (EPA), C c quản lý Thực phẩm D ợc phẩm (FDA), quản lý loại l ơng thực có nguồn gốc thực vật đ ợc tạo nhờ công nghệ sinh học Theo Đạo luật L ơng thực, D ợc phẩm Mỹ phẩm (FD&C), FDA có thẩm quyền bảo đảm độ an toàn c a tất l ơng thực n ớc nhập cho ng ời động vật thị tr ờng Mỹ Cơ quan Kiểm tra S c khoẻ Thực vật Động vật c a USDA (APHIS) có ch c giám sát an tồn nơng nghiệp an tồn mơi tr ờng trồng trọt thử nghiệm tr ờng giống trồng đ ợc tạo nhờ công nghệ sinh học Tuy cần l u ý việc tạo GMO, gen kháng kháng sinh nh kanamycine, ampicillin hygromycine th ờng đ ợc dùng kèm để làm gen thị Chúng tồn sản phẩm c a GMO có ảnh h ởng trực tiếp gián tiếp thông qua dây chuyền th c ăn c a sinh đến ng ời 1.7 Một số khía c nh v kinh t khoa h c công ngh sinh h c hi n đ i Các ph ơng tiện thông tin đại chúng đăng tải không ý kiến phản đối ng d ng số thành tựu công nghệ sinh học sản xuất, chí thành tựu đ ợc giới khoa học đánh giá sáng chói Thật vậy, cơng nghệ sinh học nh khoa học hạt nhân, bên cạnh ng d ng to lớn cho lợi ích phát triển c a lồi ng ời, cịn mang lại nhiều hiểm họa khơng thể l ờng tr ớc đ ợc hậu Sau tìm hiểu hiểm họa tiềm tàng c a công nghệ sinh học Về khoa học Sự dè dặt sử d ng sản phẩm chuyển gen làm thực phẩm cho ng ời gia súc nhiều lý khác nhau, nh ng chia thành hai nhóm sau: - Bộ máy di truyền c a sinh vật mang tính hồn thiện cao tiến hóa qua hàng trăm triệu năm, gen đ ợc lắp thêm vào cho trồng vật nuôi để tăng suất chất l ợng nông sản, phá vỡ tính hồn thiện, tính cân c a sống sinh vật Và ng ời khơng thể n tâm với việc hàng ngày nuốt vào thể số l ợng lớn sản phẩm thiếu tígnh hồn thiện, cân hay nói cách khác có dị tật - Cho đến việc tạo GMO, gen kháng kháng sinh nh kanamycine, ampicillin hygromycine th ờng đ ợc dùng kèm để làm gen thị Chúng tồn sản phẩm c a GMO có ảnh h ởng trực tiếp gián tiếp thông qua dây chuyền th c ăn c a sinh đến ng ời Hiện nay, ng ời ta tìm cách thay gen chọn lọc cũ gen hại nh gen mã hoá protein phát huỳnh quang màu xanh l c (Green Fluorescence Protein-GFP) Gen GFP đ ợc coi gen thị tốt, làm cho GMO phát sáng xanh rực rỡ đặt d ới tia tử ngoại Nh ng dù nghi ngại cịn, gen GFP có nguồn gốc từ loài cá Bắc Băng D ơng, ch khơng từ động vật có nguồn gốc gần với ng ời Về kinh tế 2.1 Những công ty đa quốc gia công nghệ sinh học Tổ ch c quốc tế nông nghiệp tiến RAFI (Rural Advancement Foundation International) tổ ch c quốc tế phi ph Canada hoạt động nhằm hạn chế ảnh h ởng c a công ty đa quốc gia giống Theo RAFI, kỷ 21 năm tung hồnh ngang dọc c a cơng ty đa quốc gia công nghệ sinh học, cơng ty phát triển nhanh chóng nhờ thâu tóm cơng ty nhỏ tr ớc hết nhờ lợi nhuận khổng lồ thu đ ợc độc quyền bán sản phẩm GMO Chẳng hạn cách 15 năm, công ty Monsanto chuyên sản phẩm hóa dầu, thuốc trừ sâu, trừ cỏ Tuy nhiên thời gian gần đây, Monsanto đầu t lớn triển khai công nghệ gen thực vật để tạo giống GMO trở thành công ty giống lớn giới RAFI gọi Monsanto "Microsoft cơng nghệ sinh học" từ năm 1996 đến Monsanto mua lại nhiều công ty tr ớc vốn ng ời khổng lồ thị tr ờng hạt giống 2.2 Sự lệ thuộc vào công ty đa quốc gia công nghệ sinh học RAFI tiên đốn ng ời nơng dân hầu hết n ớc giới, kể n ớc công nghiệp phát triển, sẽ bị lệ thuộc vào nhóm nhỏ cơng ty công nghệ sinh học đa quốc gia Với quy chế ngặt nghèo quyền tác giả IPR (Intellectual Property Right) hành quan hệ kinh tế giới, ng ời nơng dân bị t ớc bỏ hồn tồn quyền tự trồng mảnh đất c a bán cho sản phẩm c a Lý để cơng ty nh Monsanto có đ ợc nhiều quyền hạn nh tiến c a công nghệ sinh học Chẳng hạn, gen terminator đ ợc quan đăng ký quyền c a Mỹ th c cấp phát minh cho công ty Delta Pine (3/1998) Khi chuyển gen vào bất c giống nào, hạt bán nảy mầm hệ Nếu ng ời nông dân lấy hạt để trồng v sau, gen tạo hợp chất giết chết mầm, hạt hồn tồn khơng nảy mầm đ ợc Với gen terminator tay, công ty đa quốc gia bắt nông dân n ớc hàng năm phải mua hạt giống c a họ Mặt khác, cơng ty giống thơn tính dần công ty chế biến l ơng thực, thực phẩm đầu c a sản phẩm nông nghiệp Một mặt độc quyền hạt giống GMO, mặt nắm công ty chế biến nông sản, công ty đa quốc gia công nghệ sinh học không chừa lối cho nơng dân n ớc phát triển 1.8 Những vấn đ pháp lý công ngh sinh h c hi n đ i Kỹ thuật tái tổ hợp DNA giúp nhà khoa học thay đổi chế tiến hóa c a tự nhiên, sáng tạo sản phẩm c a gen, tạo dạng sinh vật Ngày có nhiều ch ng hiển nhiên lợi ích c a kỹ thuật DNA tái tổ hợp Nh ng phải cân nhắc đến nguy tiềm tàng c a nó, thực tế nảy sinh số vấn đề pháp lý quan trọng buộc phải xem xét lại cách thận trọng Có nhiều vấn đề pháp lý công nghệ sinh học, nhiên phạm vi giảng đề cập đên số khía cạnh sau: Vấn đề an tồn sinh học M c đích c a cơng nghệ sinh học ph c v cho lợi ích c a ng ời Tuy nhiều vấn đề nảy sinh tác động đến sinh vật, số khơng c a chúng kẻ thù c a ng ời nh vi sinh vật gây bệnh Vấn đề an toàn sinh học đạo lý đ ợc quan tâm c a xã hội Công nghệ gen đem lại nhiều lợi ích cho ng ời, nhiên bên cạnh khơng nỗi lo ngại, vấn đề an toàn sinh học đ ợc đặt từ ngày đầu An tồn sinh học bảo vệ ng ời, xã hội môi tr ờng khỏi tác động có hại, tác động nguy hiểm độc tố hay sản phẩm c a công nghệ gen gây cho hôm hệ mai sau Nó địi hỏi phải đánh giá m c độ an toàn c a tất sản phẩm nh biện pháp sử d ng vật nuôi trồng, liệu pháp chữa trị ng ời Ngay từ năm đầu c a công nghệ gen (1972-1973) mối lo ngại xuất loại vi sinh vật nguy hiểm cho ng ời động vật xảy làm cho nhà nghiên c u dừng thí nghiệm c a Ngay từ vấn đề an toàn sinh học đ ợc đặt Ngày nhà nghiên c u phải tuân th theo nguyên tắc đạo quản lí th c đ ợc đ a nhằm đảm bảo vi sinh vật tái tổ hợp nghiên c u không phát triển bên ngồi phịng thí nghiệm, đồng thời nhân viên phịng thí nghiệm phải đ ợc bảo vệ để không xảy bất c r i ro Các sản phẩm chuyển gen đ ợc kiểm tra, thử nghiệm cách nghiêm ngặt tr ớc đ a vào sử d ng Ví d năm 1999, có khoảng 6000 thử nghiệm ngồi thiên nhiên đ ợc thực Mỹ số đ ợc chấp nhận Tuy nhiên nhà môi tr ờng ln lo lắng có nghiên c u cho chuột ăn khoai tây chuyển gen hệ thống miễn dịch c a bị tổn th ơng, hay hạt phấn từ bắp chuyển gen Bt huỷ hoại quần thể b ớm "hoàng hậu", hay bi kịch c a bệnh viêm não bò Anh số n ớc Kết c a thông tin dấy lên phản ng chống lại chuyển gen Quản lý đánh giá độ an toàn c a thực phẩm Tại Mỹ số n ớc phát triển vấn đề quản lý đánh giá độ an toàn c a thực phẩm nghiêm ngặt Tính an tồn c a l ơng thực từ trồng nh thành phần thực phẩm, bao gồm h ơng vị, chất ph gia, thành phần dinh d ỡng, chất gây dị ng vv phải đ ợc đánh giá kỹ tr ớc cho phép tiêu th Tuy đơi có lỗ hỗng quản lý, nh lợi nhuận cao làm giảm phần tính nghiêm ngặt, vấn đề tranh cãi tồn nh việc sử d ng tryptophan gây hội ch ng đau bị nghi ngờ đ ợc sản xuất từ dòng vi khuẩn tạo công nghệ gen hay việc sử d ng hormon tăng tr ởng bò (Somatotropin bò viết tắc BST) Ng ời ta thấy tiêm BST cho bị sữa làm tăng đáng kể l ợng sữa l ợng BST tồn d sữa khơng cao so với đối chúng nên khơng có hại cho ng ời, nhiên BST tự nhiên thu nhận với giá thành cao nên BST sản xuất nằng công nghệ gen đời (rBST) Các nhà quản lý nhà khoa học Mỹ kiểm tra kỹ có kết luận thịt sữa bị đ ợc xử lý với rBST an tồn cho ng ời Tuy nhiên ng ời phản đối sử dung rBST cho việc sử d ng rBST làm gia tăng nhiễm vi khuẩn vào tuyến sữa gây ch ng viêm vú Tranh cãi sâu nh sử dung rBST phải dùng kháng sinh cao để ổn định s c khoẻ c a gia súc dẫn đến làm tăng d l ợng kháng sinh thịt sữa, điều gây dị ng nhiều ng ời tiêu đ ng cạnh (Hình 6-2) Trong sinh học phân tử, ng ời ta coi DNA ligase nh chất keo phân tử để kết dính mẫu DNA lại với 1,- Nối đầu bằng: Nối đầu đ ợc xảy hai đoạn DNA đầu đ ng cạnh D ới tác d ng c a enzyme ligase, liên kết phosphodiester đầu 5’(P) đầu 3’(OH) đ ợc hình thành hai nucleotide đ ợc nối lại với (Hình 6-3a) Khả nối hai đoạn DNA đầu thấp Để tăng hiệu suất phản ng, th ờng ng ời ta phải tăng nồng độ c a đoạn DNA 2,- Nối đầu lệch: Đầu tiên, hai mảnh DNA đầu lệch có bazơ bổ sung nên chúng tiến gần lại để tạo liên kết hydro bazơ nitơ bổ sung Sau đó, hai nucleotide c a hai đầu nối tạo liên kết este OH(3’) P(5’) d ới tác d ng c a enzyme DNA ligase Phản ng nối đ ợc thực theo sơ đồ đ ợc biểu diễn Hình 2-3b Plasmid đ ợc tách từ tế bào E Coli tế bào nấm men theo ph ơng pháp chiết tách DNA plasmid Sau đó, dùng enzyme RE II (nh EcoRI) cắt để tạo plasmid hở có hai đầu lệch 2.3 Các ph ng pháp t o AND tái t h p 2.3.1 Phương pháp đơn giản dùng đầu lệch 1,- Chọn xử lý AND plasmid Plasmid đ ợc tách từ tế bào E coli tế bào nấm men theo ph ơng pháp chiết tách AND plasmid Sau dùng enzym RE II cắt để tạo plasmid hở có hai đầu lệch 2,- Chọn xử lí đoạn cài: DNA đoạn cài đ ợc thu nhận lựa chọn, tinh chế theo m c đích c a nghiên c u Cắt DNA enzyme RE loại II loại với enzyme cắt plasmid (EcoRI) để tạo vết cắt giống 3,- Tạo plasmid tái tổ hợp: Ghép đoạn cài vào plasmid cách DNA đoạn cài với plasmid với có mặt c a enzyme DNA ligase, ta thu đ ợc DNA tái tổ hợp Phản ng nối xảy theo sơ đồ đ ợc biểu diễn Hình 2-4 Nối đầu bằng: OH C C G G P 3’ 5’ + 5’ 3’ A T T A OH P OH P C C A T T A G G DNA ligase OH P C C A T G G T A Nối đầu lệch: G C C T A G + G A T C T A B¾t cặp bazơ bổ sung P OH G G A T C T DNA ligase C C T A G A G A T C T G A C C T A G 3’ P Hình 2-3: DNA ph n ứng nối 5’ OH 2.3.2- Các ph ng pháp sử dụng đo n nối 1,- Chọn xử lí vector plasmid: (t ơng tự nh trên) 2,- Chọn xử lí đoạn cài: Linker đoạn DNA dài 10 đến 15 nucleotide, đ ợc tổng hợp ph ơng pháp hóa học, cho linker phải có trình tự nhận biết enzyme cắt hạn chế loại II Ví d nh EcoRI có chuỗi đích G/AATTC cDNA đầu đ ợc tổng hợp từ mRNA nhờ enzyme chép ng ợc theo chế nuclease S1 Metyl hóa vùng hạn chế có đoạn cDNA sợi đơi đ ợc nhận biết enzyme EcoRI linker có ch a chuỗi đích G/AATTC với cDNA enzyme DNA ligase để tạo phân tử lai Cắt phân tử DNA lai enzyme EcoRI, ta đ ợc phân tử lai có hai đầu lệch DNA lạ Cắt Eco RI (REH ) Aatt Aatt C¾t bëi Eco RI (REH ) TtAa TtAa a Tt Aatt a TtAa Tt aa DNA ligase Aa Aa tt tt aa Tt Tt aa DnA tái tổ hợp Hình 2-4: Ph ng pháp dùng đầu l ch §iĨm nhËn biÕt cña Eco RI C C G A A T T C GG GG C T T A A G C C Các phân tử linker Linker DNA lạ (cDNA) DNA ligase DNA plasmid Eco RI Eco RI DnA tái tổ hợp Hỡnh 2-5: Dựng cỏc o n ni linker t o DNA tái t h p 3,- Tạo vector tái tổ hợp: Để tạo vector tái tổ hợp, ng ời ta ghép phân tử DNA lai đầu lệch vào plasmid mà đ ợc cắt enzyme EcoRI Nhờ tác d ng c a enzyme DNA ligase mà vector tái tổ hợp đ ợc tạo thành (Hình 6-5) 2.3.3- Phương pháp sử dụng enzyme terminal transferase (ETT) Nguyên tắc: Dựa vào đặc tính c a enzyme terminal transferase có khả gắn loại nucleotide vào đầu 3’(OH) c a phân tử DNA Cách tạo DNA tái tổ hợp ph ơng pháp đ ợc tiến hành theo b ớc sau (Hình 6-6): 1,- Bước 1: Chọn phân lập DNA lạ đầu plasmid, giả sử ta phân lập plasmid có ch a chuỗi đích đ ợc nhận biết enzyme BamHI (G/GATCC) Cắt plasmid enzyme BamHI để tạo plasmid hở có hai đầu dính Cắt DNA lạ enzyme exonuclease theo h ớng 5’→ 3’ để tạo DNA có hai đầu lệch 2,- Bước 2: DNA lạ với loại nucleotide dCTP với có mặt c a enzyme terminal transferase để tạo đuôi polyC đầu 3’(OH) c a DNA lạ plasmid với loại nucleotide dGTP với có mặt c a enzyme terminal transferase để tạo đuôi polyG đầu 3’(OH) c a plasmid hở 3,- Bước 3: Đ a DNA lạ vào plasmid với có mặt c a enzyme DNA ligase, đầu mút c a homopolymer có trình tự bổ sung ( -GGGG 3’/3’CCCC -) bắt cặp với 4,- Bước 4: Bổ sung enzyme DNA-polymerase I để gắn nucleotide t ơng ng vào chỗ trống theo nguyên tắc bổ sung Enzyme ligase nối liên kết phosphodiester cuối tạo đ ợc plasmid tái tổ hợp có hai chuỗi đích đ ợc nhận biết enzyme BamHI u điểm c a ph ơng pháp ghép DNA lạ đầu vào plasmid để tạo DNA tái tổ hợp chế tác đ ợc DNA đầu lệch từ DNA đầu ... đến cách mạng sinh học lần th ba nh nêu trên, đời công nghệ sinh học đại, giai đoạn phát triển cao c a công nghệ sinh học, mở kỷ nguyên c a sinh học 1. 4 V trí cơng ngh gen cơng ngh sinh h c Công... thuốc kháng sinh, vác xin, kháng thể đơn dịng protein có hoạt tính sinh học Hiện nay, nghiên c u nhằm tìm kiếm chất kháng sinh tăng mạnh t ợng vi sinh vật kháng lại tác d ng c a kháng sinh ngày... trúc xoắn kép c a phân tử DNA (19 53) Tiếp theo việc tổng hợp thành công protein (19 63 -19 65) đặc biệt việc tổng hợp thành cơng gen buộc thể tế bào vi sinh vật (19 80) Chính phát minh tạo tiền đề