bài giảng công nghệ sinh học chương 1 mở đầu

Công nghệ sinh học- Định nghĩa: Công nghệ: là quy trình sản xuất quy mô công nghiệp có ứng dụng các thành tựu về khoa học kỹ thuật để làm ra các sản phẩm phục vụ con người.. Johann Frie

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU

Giới thiệu môn học

Định nghĩa: sinh học (biology) bios sự sống là ngành khoa học nghiên cứu về sự sống, là ngành khoa học nghiên cứu về sinh vật.

Công nghệ sinh học

- Định nghĩa:

Công nghệ: là quy trình sản xuất quy mô công nghiệp

có ứng dụng các thành tựu về khoa học kỹ thuật để làm ra các sản phẩm phục vụ con người.

CNSH: là những quy trình sản xuất hoặc các giải pháp

kỹ thuật sử dụng quá trình trao đổi chất của sinh vật để làm ra các sản phẩm hoặc để thực hiện những chuyển hóa có lợi cho cuộc sống của con người.

1 CNSH và các sản phảm truyền thống

1 CNSH và các sản phảm truyền thống

2 CNSH và những thành tựu khoa học đầu tiên

- 1680 Hà Lan Leeweenhook

- Nhà bác học Pasteur sống ở thế kỷ 19 người Pháp

- Hình thành ngành CN sản xuất sinh khối (nấm men bánh mì).

3 CNSH và các chất kháng sinh cùng với nhiều sản phẩm quý khác

4 CNSH và kỹ thuật gen - sinh học phân tử

- 1953 hai nhà bác học Mỹ Watson và Crick đã phát hiện

ra ADN và cấu trúc xoắn kép.

- Kỹ thuật gen (công nghệ gen) là làm thay đổi hệ thống gen trong các tế bào sinh vật để thu nhận những tế bào mới có những tính chất ưu việt hơn so với những tế bào ban đầu.

- Hoàn thiện các quy trình sx và tinh sạch sản phẩm.

 Con người thuần hoá cây trồng và động vật

 Lần đầu tiên khoai tây được trồng làm lương thực

8000 TCN

Sự kiện

Năm

(Nguồn: Nanocomputer (11/2001); timelinescience.org; Wood, Carl; IVF, In Vitro

Fertalisation; Hill of Content; Melb; ivfmeds.com; IVF Drugs); Công nghệ cấy truyền phôi

bò (NXB Khoa học và kỹ thuật, 2003); XY Files (2003); Genetics saving and clone, Inc (2003); Biotechnology Industry Organization & Blue House Publisihing (2004) /

Thuốc trừ sâu đầu tiên: bột hoa cúc (Trung Quốc)

100 sau CN

John Hunter lần đầu tiên làm thụ tinh nhân tạo cho người và em bé

ra đời trong cùng năm.

Johann Friedrich Miescher chiết suất từ nhân bạch cầu được một sản phẩm vềsau gọi là ADN.

1869

Khởi đầu khoa học di truyền: Gregor Mendel (một thầy tu người áo) khi nghiên cứu về đậu Hà Lan đã phát hiện ra rằng những tính trạng di truyền được chuyển giao từ thế hệ bố mẹ sang đời con theo cách có thể dự đoán được, đó là các định luật cơ bản về di truyền Mendel được xem là người cha

về Di truyền học

1865

Charles Darwin công bố lý thuyết tiến hoá bằng chọn lọc tự nhiên Quan điểm chọn lọc cẩn thận bố mẹ và loại thải đời con có thể biến đổi đã ảnh hưởng rất lớn đến các nhà nhân giống cây trồng và động vật vào cuối những năm thứ 1800, cho dù họ chưa biết gì về di truyền học

Có ý định cấy phôi cho loài có vú1880

Fleming phát hiện chromatin (có cấu trúc hình roi) trong nhân tế bào về sau trởthành nhiễm sắc thể (chromosome)

1880

NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ

Ruồi giấm được sử dụng trong những nghiên cứu ban đầu về gen

1900

Hans Dreich phân lập các phôi bào (blastomer) của phôi 2 và 4 tế bào của nhím biển và theo dõi sự phát triển của chúng thành những ấu trùng nhỏ nhưng hoàn chỉnh Thí nghiệm này và những thí nghiệm khâc đã bác bỏ lý thuyết của Weismann – Roux.

 Walter Heap cấy truyền phôi thành công cho thỏ.

1890

NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ

Lần đầu tiên Rous phát hiện virut gây ung thư.

1911

Xuất hiện thuật ngữ di truyền học.

1906

Herbert Webber (Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ) đưa ra thuật ngữ "clon"

(thậm chí trở thành "clone") để mô tả về "bất cứ một nhóm nào

đó của tế bào hoặc tổ chức được sinh ra một cách vô tính từ một tổ tiên được sản sinh một cách vô tính ".

1903

 Lần đầu tiên xuất hiện thuật ngữ miễn dịch học.

 Hans Spemann cắt một phôi kỳ giông ở giai đoạn 2 tế bào thành 2 mảnh riêng rẽ, mỗi nửa phôi phát triển thành một con kỳ giông Trong thí nghiệm này, Spemann đã "nhân bản" ("cloning") theo kiểu như vậy để tạo nên 2 hoặc 3 cá thể

1902

Hans Spemann cắt một phôi mới (giai đoạn 2 tế bào) thành 2 phần,

đã thành công khi cho sản sinh ra 2 ấu trùng.

1901

NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ

Evans và Long phát hiện hormon sinh trưởng người.

tế bào, một mảnh nhân trượt qua phần tế bào chất Sự phân chia tế bào cũng bắt đầu ở phần mà trước đây chỉ có tế bào chất, và nút buộc của sợi tóc được siết chặt lại không cho phần nhân tiếp tục cấy sang nữa ấu trùng sinh đôi đã phát triển, một con hơi già hơn (ở phía ban đầu là nhân), còn một con thì non hơn (ở phía ban đầu là tế bào chất) Điều này chứng tỏ nhân ở giai đoạn

16 tế bào có thể định hướng cho sự sinh trưởng của ấu trùng kia

1914

NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ

Cấy truyền phôi thành công cho dê1932

Một hội nghị của Hoa Kỳ đã thông qua đạo luật cấp bằng sáng chế về cây trồng, cho phép cấp bằng phát minh cho những sản phẩm từ nhân giống cây trồng

1930

Phoebus Levene đã phát hiện một chất đường mà trước đó chưa được biết đến (deoxyribose) trong các acid nucleic không chứa ribose Những acid nucleic ấy về sau được gọi là acid deoxyribonucleic, hoặc là ADN

1929

 Alexander Fleming phát hiện Penicillin là một kháng sinh tố

Một xét nghiệm quy mô nhỏ về trực khuẩn thuringiensis (Bacillus thuringiensis - Bt) dùng khống chế sâu đục thân ngô được bắt đầu ởchâu Âu

 Karpechenko lai cây cải củ với cải bắp tạo nên thế hệ lai sinh sản tốt

 Laibach lần đầu tiên dùng kỹ thuật tách phôi để có được nhiều thế hệ lai

trong cây trồng, mà ngày nay gọi là sự lai tạo

 Lần đầu tiên, Spemann dùng kỹ thuật chuyển nhân trong công nghệ sinh

sản kỳ giông

1928

NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ

Kính hiển vi điện tử được sử dụng để xác định và mô tả đặc điểm một thể thực khuẩn (một virut nhiễm vào vi khuẩn).

Penicillin được sản xuất hàng loạt trong vi khuẩn

1942

Lần đầu tiên, A Jost (một nhà vi sinh vật học Đan Mạch) đưa ra thuật ngữ kỹthuật di truyền trong một bài giảng (tại Viện Kỹ thuật ở Lwow - Ba Lan) về sinh sản của men

1941

 Xuất hiện thuật ngữ sinh học phân tử

 Loại thuốc sinh học trừ sâu (có gen Bt - Bacillus thuringiensis) được sản xuất dưới dạng thương mại hoá tại Pháp

 Trên cơ sở nghiên cứu của mình, Spemann đưa ra "thí nghiệm diệu kỳ" vềcloning bằng chuyển nhân của những tế bào thể trưởng thành, nhưng còn thiếu công nghệ để xúc tiến

1938

Cấy truyền phôi thành công cho cừu

1934

 Cấy truyền phôi thành công cho chuột cống

 Ngô lai (do Henry Wallace phát triển trong những năm thứ 1920) đã được thương mại hoá

1933

NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ

Kỹ thuật pauling cho thấy bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm là một "bệnh phân tử" do có đột biến trong hemoglobin phân tử.

 Ghi nhận mối đe doạ do mất tính đa dạng di truyền; một hội nghị của

Mỹ tài trợ cho việc tập hợp, bảo tồn và sử dụng cây trồng một cách có hệthống và rộng rãi

Bản thảo của James Watson (hoá sinh học) và Francis Crick (sinh học) đăng trên tạp chí khoa học Nature mô tả vòng xoắn kép của ADN, đánh dấu cho sự bắt đầu của kỷ nguyên di truyền Công trình này được lĩnh giải Nobel sinh lý học năm 1963.

1953

Robert Briggs và Thomas J King đã cấy nhân tế bào thể của phôi ếch vào một trứng chưa thụ tinh đã loại bỏ nhân Những trứng đã được cấy nhân này phát triển thành nòng nọc và nhiều con biến đổi thành ếch con Kỹthuật cấy nhân này đã trở thành thí nghiệm nguyên mẫu cho cloning những

cơ thể đa bào Tuy thí nghiệm thành công, các nhà khoa học cho rằng phải hơn 40 năm nữa cũng chưa có thể dùng tế bào thể trưởng thành trong cloning động vật cấp cao

1940 - 1950

NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ

 Xác định nguyên nhân của bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm là do

sự biến đổi của một amino acid đơn

 Lần đầu tiên ADN được tạo ra trong ống nghiệm

 Nhà sinh học F.E Steward đã trồng một cây carôt hoàn chỉnh (do 1 tếbào rễ carôt đã được biệt hoá trong phòng thí nghiệm Sinh lý tế bào - Đại học Cornell) Điều này làm cho người ta tin rằng có thể cloning từ những tế bào trưởng thành

John B Gurdon và Robert G McKinnell cấy nhân cho các giống ếch

(Xenopus và Rana, tương ứng) đã tạo ra đời con bình thường Điều này

chứng tỏ tính toàn năng của nhân phôi

 Phát triển thuốc diệt nấm ngấm qua mầm

 Xác định các bước sinh tổng hợp protein

 Từ 1 phôi thỏ, Seidel đã cắt và nhân lên thành 4 phôi

1959

NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ

Hoàn thiện chiếc máy đầu tiên tự động giải trình tự protein.

1967

Marshall Niremberg, Heinrich Mathael và Severo Ochoa đã xác định những chuỗi mã nào đã quy định cho từng acid amin, bằng cách đó giải được mã di truyền và mở ra cánh cửa để tiến vào công nghệ gen

1966

Robert G McKinnell, Thomas J King, và Marie A Di Berardino đã tạo ra được những con nòng nọc từ những tế bào trứng đã loại bỏ nhân được tiêm nhân tế bào biểu mô ung thư của thận ếch trưởng thành Điều này chứng tỏmột số tế bào ung thư có thể bị khống chế trong quá trình biệt hoá và làm cho

tế bào ung thư đang biệt hoá có thể ngừng tiến triển

 Paul Berg (Đại học Sanford) đã tạo nên những phân tử ADN tái tổ hợp đầu tiên bằng cách tổ hợp ADN của 2 cơ thể khác nhau Công trình này được nhận giải thưởng Nobel hoá học năm 1980.

 Đã phát hiện 99% thành phần ADN của người là giống với tinh tinh (chimpanzee) và khỉ đột (gorillas)

 Khởi đầu của cấy phôi đông lạnh cho bò

1972

Lần đầu tiên hoàn thành việc tổng hợp một gen.

1971

 Norman Eorlaug nhận giải thưởng Nobel sinh lý học.

 Phát hiện những enzym hạn chế dùng cắt và nối gen, mở ra con đường cho cloning gen

 Thành công trong bảo quản phôi bò đông lạnh1970

 Lần đầu tiên James Saplero (Đại học Havard) cùng với Jonathan Beckwith đã phân lập được gen đầu tiên.

 Lần đầu tiên một enzym được tổng hợp in vitro

 Lần đầu tiên thụ tinh in vitro cho người

1969

NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ

 ADN tái tổ hợp lần đầu tiên được áp dụng cho người.

 Sự lai phân tử được dùng chẩn đoán bệnh thiếu máu vùng biển alpha trước khi sinh

 Gen của men bia được đưa vào vi khuẩn E coli

 Đã xác định trình tự những cập base ADN cho một gen đặc biệt

 Những hướng dẫn đầu tiên cho những thí nghiệm ADN tái tổ hợp đã được công bố do Hội đồng cố vấn ADN tái tổ hợp -Y tế

1976

 Chính phủ bắt buộc trước hết phải đưa ra những hướng dẫn để điều hoà những thí nghiệm về ADN tái tổ hợp (Hội nghị Asilomar Conference, California)

 Kháng thể đơn dòng đầu tiên được sản xuất

 Nhóm nghiên cứu ở Melbourne (Australia) công bố 2 trường hợp có chửa nhờ IVF.

 Lần đầu tiên tổng hợp được hormon sinh trưởng người

 Những con thỏ ra đời bằng cấy truyền phôi đầu tiên ở Việt Nam

 Nghiên cứu sinh (Việt Nam) Nguyễn Mộng Hùng (nay là GS TS) công bốthành công cloning cá chạch (lần đầu tiên thế giới) trên tạp chí "Nature" (Anh).1979

 Lần đầu tiên trên thế giới, bé gái Louis Brown được sinh ra nhờ IVF Đây

là công trình tiên phong được tiến hành bởi Bob Edwards và Patrick Steptoe ởAnh

 Lần đầu tiên định dạng được cấu trúc bậc cao của virut

 Lần đầu tiên sản xuất insulin tái tổ hợp cho con người

 Theo các nhà khoa học Bắc Carolina, có thể đưa những đột biến nào đóvào những phân tử ADN

1978

 Một trường hợp mang thai do IVF nhưng chửa ngoài dạ con

 Lần đầu tiên đưa gen người vào vi khuẩn

 Fred Sanger dùng điện di để nhanh chóng giải trình tự những chuỗi ADN dài Nhờ đó, về sau các nhà nghiên cứu có thể vẽ bản đồ gen của nhiều loài khác nhau

1977

NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ

 Những con bê đầu tiên do IVF được sinh ra ở Mỹ.

 Các nhà khoa học Trường Đại học Ohio tạo ra một con vật đầu tiên được chuyển gen từ những động vật khác vào chuột nhắt

 Các nhà khoa học Trung Quốc lần đầu tiên cloning cá (cávàng)

1981

 Hai nhóm nhà khoa học Australia đã IVF thành công sau khi dùng thuốc gây rụng nhiều trứng cho một bà mẹ

 Cohen và Boyer được nhận bằng phát minh về cloning gen

 Lần đầu tiên máy tổng hợp gen được triển khai

 Các nhà nghiên cứu đã đưa thành công một gen người (gen này mã hoá cho interferon protein) vào trong một vi khuẩn

 Berg, Gilbert, Sanget nhận giải Nobel về Hoá học cho công trình vềphân tử tái tổ hợp đầu tiên

 Alan Trounson và Linda Mohr (Trung tâm điều trị vô sinh - IMC) đã đông lạnh phôi người, cho sinh ra một em bé từ phôi được đông lạnh đầu tiên trên thế giới.

 Con nghé đầu tiên ra đời bằng cấy truyền phôi tại Mỹ

 Kary Mullis (Liên hiệp Cetus) đưa ra kỹ thuật Polymerase Chain Reaction (PCR) nhờ đó sao chép nhanh chóng ADN và giúp các nhà khoa học vẽbản đồ gen, chẩn đoán tế bào và nghiên cứu những chức năng gen

 James McGrath and Davor Solter đã phát triển công nghệ cấy nhân cho phôi loài có vú Đã tạo ra những con chuột nhắt có khả năng thụ tinh khi dùng một ít tế bào chất bao quanh nhân của trứng đã thụ tinh ở giai đoạn 1 bơm vào một trứng khác đã thụ tinh và được loại bỏ nhân

1983

 Liên hiệp hệ thống sinh học ứng dụng lần đầu tiên đưa ra một máy dạng thương phẩm giải trình tự protein pha khí, đã làm giảm rõ rệt số mẫu protein cần cho giải trình tự

 Lần đầu tiên phát triển văcxin ADN tái tổ hợp cho gia súc

 FDA phê chuẩn thuốc công nghệ sinh học đầu tiên: insulin cho người được sản xuất trong vi khuẩn đã biến đổi gen

 Lần đầu tiên chuyển gen của tế bào cây trồng: cây thuốc lá cảnh

 Lần đầu tiên trồng sống nguyên cây thuốc lá cảnh cấy mô

 Lần đầu tiên chứng minh được cây trồng biến đổi gen đã truyền đạt những tính trạng mới cho đời con (đó là bằng chứng về cây thuốc lá cảnh)

1982

NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ

 Kỹ thuật fingerprinting ADN được phát triển.

 Genome hoàn chỉnh của virut gây khiếm khuyết miễn dịch cho ngươì đã được cloning và giải trình tự

 Lần đầu tiên trên thế giới một em bé được sinh ra nhờtrứng của một bà mẹ khác Một nhóm của IMC, lần đầu trên thế giới,

đã làm cho một phụ nữ (không có các buồng trứng) sinh hạ được một

em bé bằng cách sử dụng những trứng của bà mẹ khác, tạo nên chu

kỳ kinh nguyệt nhân tạo và bố trí một lịch tiêm hormon đặc biệt trong

10 tuần đầu tiên mang thai

 Những phụ nữ không có trứng hoặc trứng không thích hợp (cũng là nguy cơ gây nên bệnh về nhiễm sắc thể hoặc bệnh di truyền) đã được điều trị

 Cấy truyền phôi thành công sau khi một phôi bò được chia đôi

 Steen Williadsen (Hội đồng nghiên cứu nông nghiệp Anh)

đã cloning một con cừu bằng cách sử dụng những tế bào cho của phôi, lần đầu tiên kiểm chứng việc cloning động vật có vú thông qua chuyển nhân

1984

NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ

 Văcxin tái tổ hợp đầu tiên dùng cho người để phòng viêm gan B.

 Thuốc chống ung thư (interferon) lần đầu tiên được sản xuất bằng công nghệ sinh học

 Ca mang thai và sinh hạ đầu tiên thế giới từ phẫu thuật hồi phục tinh trùng được tiến hành trên một bệnh nhân đảo ngược giới tính thất bại

 IMC giúp xây dựng bệnh viện lâm sàng IVF đầu tiên của Australia ở Mỹ

1986

 Lần đầu tiên ở Australia đã sinh ra một cặp song sinh từ phôi được IVF (thụ tinh trong ống nghiệm) và đông lạnh

 Lần đầu tiên con dê được IVF ra đời

 Đã phát hiện những tín hiệu di truyền đối với bệnh thận và u xơ

 Fingerprinting gen được sử dụng trong toà án như là vật chứng

 Lần đầu tiên thử nghiệm những cây trồng đề kháng sâu bọ, virut