Bài giảng Nhập môn Công nghệ sinh học

NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên: GS TS NCVCC Đặng Diễm Hồng Viện Công nghệ sinh học Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam ĐT: 091 534 3660; 02 379 11059; Email: ddhong60vn@yahoo.com; ddhong@ibt.ac.vn; ddhong@tlu.edu.vn TLU, 3.2.2020 NỘI DUNG TĨM TẮT MƠN HỌC -Người học hiểu Cơng nghệ Sinh học gì? Người học nắm công nghệ sinh học ngành khoa học ứng dụng hiểu biết người hệ thống sống để sử dụng hệ thống thành phần chúng cho mục đích cơng nghiệp Người học hiểu từ sản phẩm công nghệ lên men truyền thống đến sản phẩm công nghệ sinh học nhận thức phạm vi nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học ngày mở rộng, đa dạng hướng đến công nghiệp công nghệ sinh học Người học nhận thức cơng nghệ sinh học phối hợp khoa học công nghệ để khai thác kiến thức hệ thống sống cho ứng dụng thực hành -Môn học giúp cho người học nắm kiến thức từ định nghĩa, lịch sử hình thành ngành cơng nghệ sinh học đến thông tin công nghệ ADN tái tổ hợp, công nghệ lên men vi sinh vật, công nghệ sinh học thực vật, công nghệ sinh học động vật, công nghệ protein Mặt khác, sinh viên nắm ứng dụng công nghệ sinh học nông nghiệp, y-dược môi trường - Từ điều học, sinh viên vận dụng ưu vật thể sống để sản xuất hệ thống sống hàng loạt có suất phẩm chất tiến mang tính chất cơng nghiệp, phù hợp theo nguyên lý Công nghệ Sinh học GIÁO TRÌNH SỬ DUNG, TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình: - Nguyễn Hồng Lộc (2007), Giáo trình Nhập mơn Cơng nghệ sinh học Nhà Xuất Đại học Huế, năm 2007, 366 trang Các tài liệu tham khảo: - Nguyễn Như Hiền (2012) Sinh học phân tử tế bào- Cơ sở khoa học công nghệ sinh học Nhà xuất Giáo dục Việt Nam (Tập 1) - Vũ Văn Vụ, Trương Mộng Hùng, Lê Hồng Điệp (2012) Công nghệ sinh học tế bào (Tập 2) Nhà xuất Giáo dục Việt Nam 183 trang - Phạm Thị Trân Châu, Phan Tuấn Nghĩa (2012) Enzyme ứng dụng (Tập 3) Nhà xuất Giáo dục Việt Nam - Trịnh Đình Đạt (2012) Cơng nghệ di truyền (Tập 4) Nhà xuất Giáo dục Việt Nam - Phạm Văn Ty (2012) Công nghệ vi sinh môi trường (Tập 5) Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 175 trang - Lê Trần Bình (Chủ biên), Quyền Đình Thi (2009) Cơ sở công nghệ sinh học Tập 1- Công nghệ gen Nhà xuất Giáo dục Việt Nam 323 trang - Đặng Thị Thu (Chủ biên), Tô Kim Anh, Lê Quang Hòa, Đỗ Ngọc Liên, Nguyễn Thị Xuân Sâm, Lê Ngọc Tú, Đỗ Hoa Viên (2009) Cơ sở công nghệ sinh học – tập – Cơng nghệ hóa sinh Nhà xuất Giáo dục Việt Nam 315 trang - Nguyễn Quang Thạch (Chủ biên), Nguyễn Thị Lý Anh, Phạm Kim Ngọc, Trần Văn Minh, Nguyễn Thị Phương Thảo (2009) Cơ sở công nghệ sinh học Tập 3- Công nghệ sinh học tế bào, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 548 trang - Lê văn Nhương (Chủ biên), Nguyễn Văn Cách (Chủ biên), Quản Lê Hà, Trần Liên Hà, Nguyễn Thanh Hằng, Hồng Đình Hịa, Nguyễn Lan Hương, Ngơ Thị Mại, Đinh Kim Nhung, Khuất Hữu Thanh, Nguyễn Quang Thảo, Phạm Thị Thùy, Phạm Văn Tồn (2009) Cơ sở cơng nghệ sinh học Tập 4- Công nghệ vi sinh Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 513 trang - Hồ Huỳnh Thuỳ Dương (1997) Sinh học Phân tử Nhà xuất Giáo dục - Võ Thị Thương Lan (1999) Sinh học Phân tử Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà nội - Lê Đinh Lương (2000) Kỹ thuật Di truyền ứng dụng Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Nội dung: - Phần 1: Các khái niệm nguyên lý -Chương 1: Mở đầu -Chương 2: Công nghệ DNA tái tổ hợp -Chương 3: Công nghệ lên men vi sinh vật -Chương 4: Công nghệ sinh học thực vật -Chương 5: Công nghệ sinh học động vật -Chương 6: Công nghệ protein Phần 2: Các ứng dụng Công nghệ sinh học -Chương 7: Các ứng dụng nông nghiệp -Chương 8: Các ứng dụng Y-Dược -Chương 9: Các ứng dụng môi trường Tài liệu tham khảo: Giáo trình: PGS TS Nguyễn Hồng Lộc, 2007 Nhập môn Công nghệ sinh học Nhà xuất Đại học Huế, 2007, 355 trang Diễn biến Covid-19 giới 7AM, ngày 11/3/2020 Giới thiệu CoVid-19 Cách gọi tên chủng virus corona gây dịch viêm phổi Vũ Hán, Trung Quốc nhƣ sau: - Trƣớc ngày 12/2/2020: + 2019-nCoV: Novel Corona Virus 2019 + Trung Quốc gọi là: NCP Novel Coronavirus Pneumonia Virus corona chủng - Ngày 12/2/2020 WHO thống tên gọi: Covid-19 Đƣờng lây ca dƣơng tính Co: Corona nCoV Việt Nam (9/2/2020) Vi: Virus D: disease 19: 2019  Covid-19 đƣợc chọn khơng liên quan đến vị trí địa lý, lồi động vật chứa virus này, cá nhân hay nhóm ngƣời nào, đồng thời dễ phát âm liên quan đến bệnh  Thay cách gọi 2019-nCoV NCP 13/2/2020 Quá trình sinh học đƣợc phát triển để đồng thời khử sulfur hóa (desulphurisation) loại bỏ NO khỏi khí ống khói đƣợcc sản xuất thiết bị nhiệt VI Phân hủy chất rắn (solid remediation) Kích thích sinh học (biostimulation) tăng sinh học (bioaugenzymetation)  Các vi sinh vật có khả phân hủy sinh học chất gây ô nhiễm thường diện sẵn đất nhiễm bẩn nước ngầm Biện pháp: - Kích thích sinh học vi sinh vật, nơi có chất dinh dưỡng nhân tố sinh trưởng cần thiết khác chúng - Đưa quần thể vi sinh vật đặc hiệu (tăng sinh học) vào vị trí bị nhiễm định chất gây ô nhiễm phân tử phức tạp bị phá vỡ tổ hợp đặc biệt vi sinh vật đặc hiệu (được gọi consortium)  Các chất gây ô nhiễm: polyaromatic hydrocarbons (PAHs), hợp chất hữu halogen hóa, thuốc trừ sâu định, thuốc nổ TNT, polychlorobiphenyls (PCBs)  Các điều kiện chủng vi sinh vật thích hợp: ảnh hưởng lớn đến phân hủy sinh học hợp chất  Sự tăng sinh học: tiến hành nhờ kỹ thuật biến đổi di truyền vi sinh vật  giúp ngăn cản tạo thành sản phẩm trung gian độc gây ổn định quần thể ức chế trình phân hủy sinh học Thách thức: tăng khả sống sót chủng gây nhiễm Các kỹ thuật phân hủy chất rắn 2.1 Phân hủy sinh học chỗ (in situ bioremediation) - Sử dụng vi sinh vật chất dinh dưỡng để giải chất thải nguy hiểm - Ưu điểm: thực chỗ, tránh phải vận chuyển cất giữ chất thải nguy hiểm độc hại - Có nhiều vi sinh vật khác có khả phân hủy chất ô nhiễm công nghiệp đặc trưng 2.2 Landfarming - Kỹ thuật thiết lập sở phân hủy vi sinh vật nâng cấp cách trộn đất với gốc hữu (phân ủ) - Nhiệt độ cao, hoạt tính đa dạng vi sinh vật giúp tăng tốc độ phản ứng - Các hệ thống landfarming tăng hiệu cách tiền xử lý yếm khí, - Ứng dụng: khử nhiễm bẩn vùng đất bị ô nhiễm chloroethene chất thơm BTX (hỗn hợp benzen, toluene xylene) Mặt cắt ngang hệ thống landfarming Xử lý chất thải rắn 2.3 Các bể phản ứng sinh học pha bùn (slurryphase bioreactors) - Giúp làm thời gian ngắn Trong trường hợp này, đất khai quật bị ô nhiễm xử lý điều kiện tối ưu kiểm soát, đảm bảo tiếp xúc hiệu chất nhiễm bẩn vi sinh vật - Yếu tố ảnh hưởng: lớp cát, đất bị ô nhiễm mương (ống dẫn), lớp lót tháo Các chất dinh dưỡng nuôi cấy đặc hiệu vi sinh vật thích nghi - Hiệu quả: Tốc độ phân hủy phạm vi 0,2-2 g dầu/kg đất/ngày, thời gian lưu chất rắn 30 ngày VII Xử lý nước ngầm Sự phục hồi hoạt động  Phương thức phục hồi nước ngầm ứng dụng nhiều Mỹ châu Âu kỹ thuật “bơm xử lý” (pump-and-treat) Hướng sử dụng chủ yếu kỹ thuật hóa-lý để loại bỏ chất ô nhiễm hệ xử lý mặt  Các kiểu thiết kế bể phản ứng sinh học phát triển để loại bỏ dung mơi polychloro hóa chất thơm  Phương thức “bơm xử lý” làm trường hợp thời gian làm dài ngày Công nghệ phục hồi “bơm” “ xử lý” Sự phân hủy tự nhiên giám sát (monitoring)  Các kỹ thuật phân hủy thường không đáp ứng mục tiêu làm thật  Đánh giá lại mức độ nhiễm ban đầu tính tốn lại việc sử dụng điểm cuối (sau xử lý) dựa rủi ro (risk-based end-points)  Khái niệm điểm cuối dựa rủi ro đòi hỏi phát triển cơng cụ phân tích để đánh giá lại giá trị sinh học (khái niệm nồng độ ô nhiễm tổng số)  Các công cụ đặc trưng dựa vào xét nghiệm sinh học phương pháp phân tích truyền thống khơng thể phân biệt chất gây ô nhiễm yếu tố có giá trị hệ thống sinh học chất gây ô nhiễm yếu tố tồn dạng khơng có giá trị phức tạp trơ  Xét nghiệm sinh học dựa ức chế phát huỳnh quang sinh học tự nhiên sinh vật biển Photobacterium phosphoreum: - Không đặc hiệu ức chế ánh sáng xuất tiếp xúc với chất độc  Khắc phục: sử dụng biosensor vi khuẩn đặc trưng cho loại chất độc định Ví dụ: biosensor phát kim loại có giá trị sinh học, xây dựng cách gắn gen thị lux Vibrio fischeri với gen kháng kim loại nặng vi khuẩn Alcaligenes eutrophus Các chủng tái tổ hợp phối trộn với đất bị ô nhiễm kim loại nước phát sáng tỷ lệ với nồng độ kim loại có giá trị sinh học đặc trưng  Nhược điểm phân hủy sinh học: giá thành cao tốc độ chậm  Sự phân hủy tự nhiên (hoặc phân hủy sinh học nội tại-intrinsic bioremediation): Dựa vào trình tự nhiên để loại bỏ, cô lập khử độc chất gây nhiễm mà khơng có can thiệp người  Sự phân hủy sinh học nội tại: trường hợp nước ngầm bị nhiễm bẩn hydrocarbons Phương thức yêu cầu đơn giản hóa việc giám sát từ xa (remote monitoring) để theo dõi nồng độ nhiễm bẩn lớp bề mặt điều kiện in situ, sử dụng radar nhìn xuyên qua mặt đất để kiểm tra phá vỡ ô nhiễm lớp bề mặt dựa sở tăng độ dẫn dung dịch  Sử dụng kỹ thuật biến đổi di truyền VSV để phản ứng với diện chất nhiễm bẩn đặc biệt Khi VSV gắn vào tế bào quang điện kết nối với chip sóng vơ tuyến (radio chip), tín hiệu ánh sáng biến đổi sóng vơ tuyến phát khoảng cách xa Các cảm biến (sensor) rải khắp địa điểm bị ô nhiễm để giám sát tiến triển phá vỡ chất gây ô nhiễm Tài liệu tham khảo Nguyễn Hồng Lộc (2007) Giáo trình nhập mơn cơng nghệ sinh học Nhà xuất Đại học Huế  Tài liệu trang web/google 