Giáo án điện tử môn Sinh vật học : Nhập môn Công nghệ sinh học Chương 1 pot

- Lịch sử phát triển công nghệ sinh học - Khoa học mũi nhọn của thế kỷ XXI - Sự ra đời của công nghệ sinh học là tất yếu lịch sử • Tế bào: công cụ sản xuất và thử nghiệm của CNSH - Các t

Nhập môn Công nghệ sinh học

Lớp DH06SH HKII-2007-2008

Nguyễn Vũ Phong

nvphong@hcmuaf.edu.vn

Tel: 08 722 0295

Nội dung môn học

 Chương 1: Mở đầu

 Chương 2: Công nghệ sinh học phân tử

 Chương 3: Công nghệ sinh học vi sinh vật

 Chương 4: Công nghệ sinh học thực vật

 Chương 5 : Công nghệ sinh học động vật

 Chương 6: Ứng dụng và một số vấn đề xã hội liên quan

Chương 1: Mở đầu

• Công nghệ sinh học là gì?

- Lịch sử phát triển công nghệ sinh học

- Khoa học mũi nhọn của thế kỷ XXI

- Sự ra đời của công nghệ sinh học là tất yếu lịch sử

• Tế bào: công cụ sản xuất và thử nghiệm của CNSH

- Các tế bào

- Cải biến và sử dụng tế bào

Chương II: CNSH phân tử

• Các kỹ thuật công nghệ gene (Genetic engineering)

- Công nghệ protein tái tổ hợp

- Sinh vật chuyển gene

- Ứng dụng công nghệ di truyền (CNDT) đối với con người

• CNSH protein và enzyme

- Cấu trúc phân tử protein

- Các protein trị liệu (Therapeutic protein)

- Các enzyme công nghiệp

- Cố định enzyme và tế bào

Chương III: CNSH vi sinh vật

• Cơ sở công nghệ vi sinh vật

- Đặc điểm chung của vi sinh vật

- Kỹ thuật vô trùng, chọn tạo giống

- Các nhóm vi sinh vật công nghiệp chủ yếu

• Công nghệ lên men

- Khái quát sự lên men công nghiệp

- Sự tăng trưởng của tế bào trong nuôi cấy lên men

- Nguồn dinh dưỡng và vật liệu ban đầu

- Hệ thống thiết bị

- Vận hành quy trình lên men

Chương III: CNSH vi sinh vật

• Cơ sở công nghệ vi sinh vật

• Công nghệ lên men

• Các sản phẩm công nghệ lên men

- Sản xuất sinh khối

- Công nghiệp vaccine

- Protein đơn bào (SCP)

- Công nghiệp rượu bia và cồn nhiên liệu

- Thuốc kháng sinh

- Hợp chất thứ cấp

Chương IV: CNSH thực vật

• Khái quát

• Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật

• Các ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan

• Nuôi cấy tế bào thực vật

• Chọn giống dựa vào công nghệ tế bào

• Công nghệ gene thực vật

Chương V: CNSH động vật

• Khái quát

• Nuôi cấy tế bào động vật

• Hydridoma và kháng thể đơn dòng

• Nhân bản vô tính động vật (Animal cloning)

• Tế bào gốc (Stem cells)

• Ghép cơ quan động vật

• Sinh sản nhân tạo ở người

• Sự phát triển công nghệ gene ở động vật

Chương VI: Ứng dụng và các vấn đề xã hội liên quan

• Ứng dụng

- Trong nông nghiệp

- Trong môi trường

- Trong sản xuất thực phẩm

- Trong y dược

- Tạo năng lượng

- Trong hóa học

• Các vấn đề xã hội liên quan

- Đạo đức và an toàn sinh học

- Quản lý các ứng dụng của công nghệ gene

- Cấp bằng sáng chế cho phát minh công nghệ sinh học

Phân bố thời gian

• Từ buổi 1- 6: học lý thuyết trên lớp

Kiểm tra 15 phút/buổi (Quiz test)

• Từ buổi 7-10: seminars

Mỗi buổi 02 seminar

30 phút /seminar + 30 phút thảo luận

Đánh giá – Hình thức đánh giá

• Đánh giá quá trình (60 điểm)

- Kiểm tra nhanh: (10 điểm): 15 phút

- Seminar (50 điểm): 10 sinh viên/01 seminar

(dịch tài liệu và trình bày bài seminar)

• Đánh giá cuối khóa (40 điểm): thi trắc nghiệm/60 phút

Điều kiện hoàn thành môn học

• Đạt 5/10 điểm kiểm tra nhanh

• Đạt 30/50 điểm seminar

• Đạt 25/40 kiểm tra cuối khóa

Tài liệu tham khảo

• Tài liệu làm seminar

• Phạm Thành Hổ 2006 Nhập môn Công nghệ sinh học Nhà xuất bản giáo dục 311 trang

• Nguyễn Văn Uyển, Nguyễn Tiến Thắng 2000 Những kiến thức cơ bản về công nghệ sinh học

• Aluzio Borem, Fabricio R Santos, David E.Bowen 2003 Understanding Biotechnology, 240p

Chương I: Mở đầu

Học tiếp sau đại học 12,05 13,48 Tốt nghiệp tháng 12/2007

Việc làm Kỹ sư Công nghệ sinh học

• Nâng cao trong các lĩnh vực

dự báo những khả năng kiểm soát tiến trình cuộc sống

Cơ hội nghề nghiệp

Khoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX

1865

Học thuyết tiến hóa

Quy luật di truyền

Khoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX

• Các phát minh chủ yếu

Khoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX

• Phát minh nền tảng của thế kỷ XX

1953

1910-1920

Thuyết di truyền NST

(Animal cloning)

Tế bào gốc soma (Somatic Stem Cell)

26/06/2000 Giải chuỗi ký tự (Sequencing) bộ gen người (Human Genome Projet –HGP)

Khoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX

• Phát minh nền tảng của thế kỷ XX

Wilmut và Dolly

Khoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX

• Ứng dụng trong các cuộc cách mạng mới

- 1960: Cách mạng xanh : tăng vọt sản lượng lúa

- 1970: Công nghệ di truyền phát triển dẫn đến cách mạng công nghệ sinh học.

genomics, proteomics,

bioethics, biosafety

• Cải thiện chất lượng cuộc sống

- 1975: y sinh học phân tử tạo dòng gene, xác định gene bệnh, tạo protein tái tổ hợp (insulin, interferon,…), cơ chế chết của tế bào (apoptosis)

- 1995: Y học bộ gene (Genomic medecine)

Khoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX

• Mối liên quan với những ngành khoa học công nghệ trong tương lai

Công nghệ thông tin:

• Những ý tưởng sáng tạo từ phía sinh học

- Công nghệ siêu nhỏ: mỗi protein và enzyme là một đơn vị siêu nhỏ

- Công nghệ tự động: chế tạo hệ thống tự động hoàn hảo từ cấu trúc và hoạt động của tế bào

- Công nghệ vật liệu: lotus effect, chất bám dính như hệ thống chân thằn lằn

Khoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX

• Mối liên quan với những ngành khoa học công nghệ trong tương lai

• Những ý tưởng sáng tạo từ phía sinh học

• Bộ phận của nền kinh tế tri thức

Công nghệ sinh học là gì?

• Công nghệ sinh học : về cơ bản là công nghệ sử dụng những hệ thống sinh vật (thường là các vi sinh vật) tạo ra sản phẩm phục vụ cho các mục tiêu sức khoẻ, xã hội và kinh tế

• Công nghệ sinh học được đánh giá là công nghệ phát triển của thế

nghệ sinh học công nghiệp và thúc đẩy những cơ hội học tập

• Sự phát triển của sinh học phân tử và mối liên hệ với các kỹ thuật công nghệ là kết quả của sự nâng cao hiểu biết và dùng những tiến trình sinh học cơ bản phục vụ lợi ích thương mại

Công nghệ sinh học là gì?

Các giai đoạn của công nghệ sinh học

Các lĩnh vực của công nghệ sinh học

• CNSH theo đối tượng nghiên cứu

Các lĩnh vực của công nghệ sinh học

• CNSH theo đối tượng nghiên cứu

• CNSH theo lĩnh vực kinh tế xã hội

Ứng dụng của công nghệ sinh học

 Phát triển các đầu dò cảm ứng sinh học (biosensors) trong nghiên

 Phát triển trong các quá trình xử lý chất thải và phương pháp giải độc

 Sản xuất các sinh vật biến đổi di truyền ứng dụng trong sản xuất dược liệu, tăng sự thành công trong di thực các loài cây trồng, vật nuôi

Công nghệ sinh học là gì?

• Công nghệ sinh học : con người áp dụng các nguyên lý sinh học để tạo ra sản phẩm và cung cấp các dịch vụ phục vụ cuộc sống

• Công nghệ sinh học được định nghĩa một cách chung nhất là sử dụng và/hoặc sản xuất các sinh vật để phục vụ lợi ích cho con người

Công nghệ sinh học là gì?

• Trong thời gian dài, công nghệ sinh học được xem là những tiến trình sử

- Người xưa đã dùng vi sinh vật và phương pháp lên men tạo ra bánh

mì, fromage, yogurt, rượu, bia,

- Một trong những hiểu biết và ứng dụng rộng rãi của công nghệ sinh học là sản xuất kháng sinh Penicillin từ nấm Penicillium (A.Flemming, 1928) Năm 1940, Penicillin được sản xuất rộng rãi ở quy mô công nghiệp

và thương mại hóa

Công nghệ sinh học là gì?

• Khoảng 2 thập kỷ trở lại đây, công nghệ sinh học trở thành ngành khoa học

phát triển với tốc độ rất nhanh và đạt được những thành tựu to lớn

- Kể từ năm1960, sự phát triển nhanh chóng những hiểu biết về di truyền học và sinh học phân tử dẫn đến nhiều phát minh và ứng dụng trong công nghệ sinh học

- Những bí mật về cấu trúc của phân tử DNA và hoạt động của nó đã dẫn đến phát minh nhân bản gene và công nghệ di truyền

- Thông tin di truyền chứa trong các genes được tìm ra và nghiên cứu hoạt động của chúng từ đó phát triển sự nghiên cứu tổng hợp những protein đăc biệt

Công nghệ sinh học là gì?

- Escherichia coli (E coli),vi khuẩn sống trong dạ dày trở thành sinh vật

kiễu mẫu cho nghiên cứu trong công nghệ sinh học, nhất là trong nghiên cứu tổng hợp protein.

- Những kỹ thuật được dùng trong nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học bao gồm:

(a) tách chiết gene mã hóa cho protein quan tâm,

(b) cloning gene trong tế bào ký chủ thích hợp, và

(c) tăng cường sự thể hiện của gene này bằng cách dùng promoters mạnh hơn, cách điều kiện điều hoà sự biểu hiện gene

DNA recombinant technology

Công nghệ sinh học là gì?

• Thông qua công nghệ di truyền, người ta có thể kết hợp nhiều nguồn DNA khác nhau và tiến trình này gọi là Kỹ thuật tái tổ hợp DNA

(recombinant DNA technology)

• Khoảng 1 thập kỷ trước, công nghệ protein (protein engineering) trở

thành hướng nghiên cứu mới đầy triển vọng nhờ phát triển dựa trên những thành tựu của công nghệ tái tổ hợp DNA

• Công nghệ tái tổ hợp DNA đã tạo ra hàng ngàn ứng dụng trong tạo các giống cây trồng kháng bệnh hại và có năng suất và chất lượng cao; những vi sinh vật tái tổ hợp có khả năng phân hủy những chất ô nhiễm môi trường (bioremediation)

Công nghệ sinh học là gì?

 Từ những năm 80 đến đầu những năm 90 người ta đã tạo ra những sinh vật biến đổi di truyền GMO (genetically modified organism ) có vai trò quan trọng trong sản xuất thực phẩm như bò sữa, cừu , cà chua, khoai tây,

thuốc lá và bông vải.

• Việc chuyển gene mong muốn tạo nên những sinh vật biến đổi gene

(GMO) có khả năng chống chịu lại dịch bệnh , tăng năng suất và chất

lượng dinh dưỡng

• Kỹ thuật tái tổ hợp và công nghệ di truyền dẫn đến sự phóng thích những sinh vật biến đổi gene vào môi trường Điều này đòi hỏi phải có những

biện pháp kiểm soát chặt chẽ nhằm đảm bảo an toàn sinh học (biosafety)

Công nghệ sinh học là gì?

 HGP hoàn thành vào năm 2003 là sự kết hợp của rất nhiều quốc gia

(Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Pháp, Đức …)

Dự án bộ gen người (Human Genome Project (HGP))

Những thành tựu của HGP

• Xác định được gần toàn bộ 20,000-25,000 genes trong DNA người,

• Xác định được chuỗi 3 tỉ cặp base cấu thành chuỗi DNA người,

• Nghiên cứu và hoàn thiện thêm nhiều công cụ nghiên cứu, phân tích

dữ liệu

sở tư nhân

• Cho biết vị trí chính xác trên nhiễm sắc thể và mã di truyền của mỗi gene trong bộ gen người cũng như những tiến trình trong tế bào do những gene này kiểm soát Những tính trạng như màu tóc, màu mắt, chiều cao và những bệnh di truyền…

• Định danh và vẽ bản đồ vị trí của mỗi gen nằm trên từng nhiễm sắc thể

Những thành tựu của HGP

Hình: Bản đồ gen của Chromosome

13 & 21 với những gene quy định những căn bệnh di truyền.

Hình: Cây CNSH : những lĩnh vực khác nhau tạo nên công nghệ sinh

CNSH là một khoa học bao gồm nhiều lĩnh vực

Những lĩnh vực ứng dụng Công nghệ sinh học

Công nghệ lên men

• Lĩnh vực quan trọng nhất trong công nghệ sinh học Phát triển rộng rãi với những sản phẩm mới như thuốc chữa bệnh, dung môi, protein

…

• Bên cạnh những sản phẩm tạo ra, còn những nghiên cứu nhằm thiết

kế những hệ thống lên men (bioreactor) hiện đại và hữu hiệu và tối ưu hóa hệ thống lên men

Công nghệ enzyme

được tạo ra bao gồm L-amino acids, đường cao năng, penicillins bán tổng hợp, tinh bột và cellulose thủy phân, etc

Những lĩnh vực ứng dụng Công nghệ sinh học

Công nghệ xử lý chất thải

Chuyển hóa, phân hủy chất thải trong đời sống hàng ngày và trong sản xuất công nghiệp và tái tạo những nguồn nguyên liệu mới

Công nghệ sinh học trong môi trường.

Ứng dụng công nghệ sinh học trong giải quyết những vấn đề như kiểm soát ô nhiễm, xử lý chất thải độc hại, khám phá kim loại nặng từ chất thải khai khoáng, quặng mỏ và những phế phẩm từ khai thác quặng

mỏ …

Những lĩnh vực ứng dụng Công nghệ sinh học

Công nghệ tạo nguồn năng lượng mới

EX: Dùng lignocellulose tạo ra những nguồn năng lượng thô mới không thông qua khai thác tự nhiên như ethanol, methane, và hydrogen, biofuel

Mỗi lĩnh vực ứng dụng công nghệ sinh học đều sử dụng những kiến thức:

- Sinh hóa (Biochemistry),

- Di truyền học (Genetics),

- Hóa học (Chemistry),

- Vi sinh ứng dụng (Applied Microbiology),

- Công nghệ và quá trình hóa học (Chemical and Process Engineering),

- Toán học (Mathematics) và

- Công nghệ máy tính (Computer Technology)

Chúc ăn trưa ngon và vui vẻ ! See you next time !