Công nghệ sinh học ứng dụng trong chăn nuôi và thú y doc

Công nghệ sinh học ứng dụng trong sinh sản vô tính vật nuôi để sản xuất sinh phẩm dƣợc và thực phẩm chức năng... - Sinh sản vô tính động vật chuyển gen Người ta hy vọng với kỹ thuật này,

Công nghệ sinh học trong chăn nuôi động vật

1 Công nghệ sinh học trong sinh sản vật nuôi.

2 Công nghệ sinh học trong kỹ thuật di truyền.

3 Công nghệ sinh học trong sản xuất thức ăn chăn nuôi và thực phẩm.

Công nghệ sinh học

trong sinh sản

động vật

Bioscope II

Atomic Force Microscope

MultiMode scanning probe microscope

Kính hiển vi quan sát có độ phóng đại lớn có khả năng

quan sát và chụp cắt lớp cấu trúc tế bào

Kính hiển vi thao tác có thể hút lấy nhân và cấy

chuyển

nhân tế bào

Công nghệ sinh học ứng dụng trong sinh sản vô tính vật nuôi để sản xuất sinh phẩm dƣợc và thực phẩm chức năng

Hai trường hợp nhân dòng

thành công trên thế giới

- Sinh sản vô tính cừu Dolly

- Sinh sản vô tính chuột Cumulina.

- Sinh sản vô tính động vật chuyển gen

Người ta hy vọng với kỹ thuật này, có thể tạo ra nhiều con giống sản xuất dược phẩm trong thời gian ngắn, hoặc tạo tế bào gốc để cung cấp các

cơ quan bộ phận cho cơ thể người.

Cừu Dolly ra đời bằng

phương pháp sinh sản vô tính

Chuột Cumulina ra đời bằng phương pháp sinh sản vô tính

1 Tạo ra giống động vật có khả năng kháng bệnh tốt:

 Bệnh bò điên: Trước hết cần tạo ra giống động vật có khả năng

chống lại bệnh bò điên BSE (bovine spongiform encephalopathy)

 Tạo ra giống chuột chuyển gen nhận biết nhanh PrP

 Phát hiện sớm những triệu chứng bệnh lý não

 Chọn, nhân giống đơn dòng kháng lại prion (PrP R ).

 Bệnh viêm vú:

 Thú sản xuất protein sữa có chứa lysostaphin, một loại

protein enzyme có khả năng chống lại staphylococcus, vi khuẩn gây viêm mủ trong vú Đây là hướng nghiên cứu rất khả thi.

 Nhân vô tính giống tự chữa bệnh (Therapeutic breeds) Những giống này có khả năng sản xuất protein kháng sinh chống khuẩn

Ý tưởng từ nghiên cứu khả năng tự đề kháng của trùn đất?

Mục tiêu của nghiên cứu chuyển gen, sinh sản vô tính là để tạo những động vật có nhiều ưu thế

• Tạo ra giống heo thải ít phosphate ra môi trường.

• Tạo giống heo cho thịt có chất lượng tốt trong bữa ăn.

• Tạo thành phần dinh dưỡng sữa và thịt tốt cho sức khỏe.

Xây dựng giống ở trang trại có chất lượng tốt

Có khả năng kháng khuẩn

Thay đổi những thuộc tính chế biến:

- Giảm thời gian làm kết vón

- Tăng sức kết vón đóng cục Sữa có hoạt chất chống khuẩn gây bệnh

và vi khuẩn làm cho sữa mau hƣ hỏng

Chất béo sữa thay đổi có lợi cho sức khỏe con người:

Giảm thấp acid béo no, Làm tăng acid CLA, linoleic biến đổi do vi khuẩn dạ cỏ, chống viêm, chống ung thƣ.

Giống dê sữa chuyển gen

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30

Loại Protein dược phẩm Chức năng chữa bệnh Loài thú

-1 - antitrypsin Có chức năng chống viêm Dê, Cừu Anti-thrombin III Chống sự nhiểm trùng và xơ cứng Dê

nghẽn mạch, cục máu đông.

C1 inhibitor Chữa phù huyết quản do di truyền Thỏ

Cừu, heo Fibrinogen chữa “fibrin glue,” bỏng, phẩu thuật, Heo, cừu

trong hóa trị liệu, trong dược phẩm Human fertility hormones Triệt sản, vaccin ngừa thai Dê, bò

Human hemoglobin Thay thế máu người, truyền máu Heo

Human serum albumin Chữa bỏng, shock, chấn thương, Dê, bò

phẩu thuật…

Lactoferrin Trị vi khuẩn gây bệnh đường ruột Bò

LAtPA Tissue Plasminogen Activator (t-PA) Chữa loét do ứ máu tỉnh mạch Dê

Monoclonal antibodies (Mab) Chống ung thư kết tràng Dê

anti-TNF IgG1 (monoclonal) Chống lại cơ đau tim Dê

Tissue plasminogen activator Đột quị, deep vein Dê

thrombosis, pulmonary embolism

Trang trại nuôi giống động vật công nghệ sinh học dược phẩm

Table modified from GEN Co.

Loại sản phẩm chuyển gen Nơ sản xuất Thị trường Giai đoạn TN

h- Collagen Cattle** Pharming $500 M (+) Sáng chế

h- Fibrinogen Cattle** Pharming $600 M (+) Chưa đăng ký

h- Esterase Inhibitor **/ Cattle Rabbits Pharming $150 M Chưa đăng ký

h- Factor VIII Pigs ProGenics* $300 M (+) Chưa đăng ký

h- Alph- glucosidase Rabbits/ Cattle** Pharming $300 M (+) Phase II (Eur) h- AT- III Goats GTC ? Phase II (US)

h- SA Cattle** GTC $1B Chưa đăng ký h- SA Cattle** Argentina Chưa đăng ký Spider Silk Goats** Nexia Huge Device

h- AAT Goats PPL/ Bayer ? Phase II

h- Factor IX Sheep PPL ? Chưa đăng ký h- Lactoferrin Cattle Pharming ? Chưa chắc chắn

** Animals made using nuclear transfer.

Những nghiên cứu động vật chuyển gen có nhiều tìm năng

Đượdc ứng dụng vào sản xuất

Table modified from GEN

Động vật chuyển gen và sản lƣợng Protein sinh phẩm của nó

Ƣớc tính sản lƣợng protein sinh phẩm trong sữa và qui mô đàn thú chuyển gen trên Thế giới

Loại Protein sinh phẩm Ƣớc tính hàng năm cần, kg Ƣớc tính qui mô thú Loài thú

8,300 Dê The number of lactati ng animals may be calculated as: (expression in g/L) x (annual milk

production in L) x (purification efficiency)

Blood Clot

Cơ chế phá hủy huyết khối trong cơ thể bởi sinh

phẩm t-PA (Tissue Plasminogen Activator)

• t-PA là một enzyme, nó có thể phá tan huyết khối đông làm tắt nghẽn mạch máu

Tạo ra con dê nhận gen tái tổ hợp 1:

Vector cấu trúc (Construction)

Murine Way Acid Protein

Promoter

LAtPA cDNA

SV40 Poly A Signal

• Murine Way Acid Protein Promoter, tín hiệu biểu lộ

gen trong những tế bào thuộc động vật có vú.

• Qui tắc sắp xếp LAtPA cDNA cho điểm biến đổi từ tPA

(asn glu ở AA 117) được glycosylated với longer

acting (LA) tPA

• SV40 là virus được cung cấp poly A (đoạn cuối gen), tín hiệu tế bào mRNA để kết thúc.

Promoter sequence Gene sequencePoly A

Hợp tử Zygote

Tạo ra con dê tái tổ hợp 2:

Vector lồng ghép (Insertion)

Nucleus

Tạo ra con dê tái tổ hợp 2: Vector lồng ghép (Insertion)

Nucleus

Zygote

Nhi ều phiên

b ản của vector b ị bẻ gãy

M ột số vào

đ ược trong nhân

Tạo ra con dê tái tổ hợp 2:

Vector lồng ghép (Insertion)

Chromosome

Tạo ra con dê tái tổ hợp 2:

Vector lồng ghép (Insertion)

gh ép vào được

chromosome

Sinh sản vô tính tạo ra con dê tái tổ hợp 3: Dê con

lớn lên cho sữa có chứa tPA

Nhân vô tính bò chuyển gen có khả năng sản xuất protein chống bệnh viêm vú

Transgenic Cow Clone for Mastitis Disease Resistance

Tế bào tuyến vú bò Jersey này có khả

năng sản xuất Lysostaphin , là một loại

protein endopeptidase đặc hiệu là hư

màng tế bào của vi khuẩn gây viêm vú

http://www.ars.usda.gov/is/pr/2001/010110.2.htm

Những con bò chuyển gen này được nhân giống vô tính, nó có khả năng tổng hợp ra một loại men có tác dụng phá hủy màng tế bào

vi khuẩn gây viêm vú Do vậy bò ít bệnh nên ít dùng kháng sinh

để điều trị viêm vú, từ đó ít tạo ra dòng vi khuẩn kháng thuốc

Bò Holstein biến đổi gen có khả năng sản xuất protein lysostaphin kháng tụ

cầu khuẩn Staphylococcus aureus

gây bệnh viêm vú bò

Những con bò sữa sản xuất sữa giàu

thực phẩm chức năng.

Công nghệ chuyển gen

tạo ra giống gia súc có

khả năng sản xuất protein

có tác dụng chữa bệnh và phòng chống bệnh tật

Tạo ra giống động vật sản xuất thuốc

“Trang trại dược phẩm sinh học phân tử”

http://muextension.mi ssouri.edu/xplor/regp ubs/ncr552.htm

Tạo ra phôi từ thụ tinh trong ống nghiệm.

Đưa gen DNA có khả năng tổng hợp

ra dược phẩm vào phôi đã thụ tinh.

Cấy phôi đã chuyển Gen vào cừu cái cho mang thai phôi đã được chuyển gen

Cừu con chuyển gen sản xuất thuốc trị bệnh trong sữa

Những Protein có tác dụng chữa bệnh trong sữa

đƣợc sản xuất ra bởi thú cho sữa chuyển gen

Sản xuất chỉ Y khoa siêu nhỏ, siêu chắc, siêu mạnh… Dê

Spider silk

protein

Hợp chất kháng khuẩn để phòng bệnh viêm vú bò.

Bò Lysostaphin

Chữa bệnh xơ u nang và khí thủng.

Tên Protein

http://www.ext.vt.edu/pubs/biotech/443-003/443-003.html#L3

Sản xuất sữa bò giàu lactoferrin

Lactoferrin có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm,

kháng nội độc tố, và kháng họat động của các virus Lactoferrin tương tác với tế bào chủ, điều biến tiến trình viêm tấy, và tự bảo vệ của tế bào chủ

Lactoferrin trong sữa có vai trò hấp thu Fe, có thể coi đây là một loại sữa dược phẩm chức năng

Sản xuất trứng gà chữa bệnh ung thƣ

Một nhóm các nhà khoa học Anh

đã phát triển thành công loại gà Chuyên trứng biến đổi gen có khả năng đẻ ra những quả trứng chứa các loại protein chống ung thƣ.

Trung tâm sáng tạo ra cừu Dolly bằng sinh sản vô tính năm 1997,

đã lai tạo thành công khoảng

500 con gà biến đổi gen có khả năng đẻ trứng chống ung thƣ

Loại protein chữa bệnh nằm trong lòng trắng trứng, có thể chiết xuất

để sản xuất thuốc chữa ung thƣ có hiệu quả và tốn ít chi phí

Loại trứng gà này có chứa protein miR24 (một loại kháng thể cho phép chữa trị bệnh ung thư da) có khả năng ngăn chặn sự tăng sinh của virus trong tế bào Các nhà nghiên cứu vẫn còn phải mất khoảng 10 năm nữa để cung ứng đại trà cho thị trường một loại

protein chống ung thư giá rẻ.

68-nucleotide miRNA precursor, từ đây sản xuất

ra 2 miRNA, với 2 miRNA này sẽ tổng hợp ra

2 loại protein: smiR189 và miR24 Trong này có

protein miR24 tấn công tế bào ung thư

Trứng gà biến đổi gen có khả năng chữa bệnh ung thƣ

Chuyển gen tổng hợp protein của loài

nhện vào trong gen tổng hợp sữa của loài

dê núi, để nó sản xuất ra một loại protein sữa đặc biệt có thể kéo ra sợi tơ làm chỉ khâu Y khoa, tan đƣợc trong cơ thể.

Dê sữa Biosteel của Công ty Nexia Biotechnologies In C

Québec, Canada

Sản phẩm chủ yếu của Công ty Nexia của Canada là dược phẩm

và chất liệu sinh học Protein tái tổ hợp trong sữa dê BELE có đặc tính giống như sợi tơ của nhện núi Vì sợi nhỏ, chắc như thép nên người ta còn gọi sản phẩm đó là BioSteel, Với phương pháp này Công ty Nexia đã sản xuất trên 80 loại sinh phẩm dược.

Chuyển đoạn gen nhện núi vào dê Giống dê cho

Sữa kéo sợi

Dê BELE sử dụng trong nghiên cứu chuyển gen của Công ty Nexiabiotech.

Dê BELE có đặc điểm là thành thục rất sớm, do đó rất thuận tiện trong công tác nghiên cứu di truyền.

Sản xuất sữa Sản xuất sữa Mang thai Gieo tinh

Không khác gì khi so sánh với protein truyền thống

Sữa dê chuyển gen của nhện núi đƣợc sử dụng để làm chỉ khâu tan, siêu chắc dùng trong Y khoa

Chỉ khâu Y khoa rất chắt, có thể câu cá lớn đƣợc

Thử nghiệm chỉ khâu Y khoa trong phòng TN

Kết quả những thử nghiệm chỉ khâu

Y khoa làm từ sữa dê nhận gen nhện núi

Nhóm các nhà khoa học thảo luận

các ý tưởng ứng dụng công nghệ mới này

Công nghệ sinh học ứng dụng trong sự sinh sản

Thụ tinh nhân tạo trong ống nghiệm Chuyển cấy phôi, nhân giống quí

http://www.scienceatstmarys.net/KS3 computer work/Variation/Selecting the best IV.ppt

Chuyển cấy phôi điều trị hiếm muộn

Thiết bị kính hiển vi thao tác

sử dụng trong công nghệ sinh học

– Micromanipulation

http://www.cvm.tamu.edu/CollegeHour/02 Spring 2005/08 Reproductive Sciences.ppt

Kính hiển vi thao tác lấy nhân và bơm nhân tế bào

Thao tác vi tiêm dưới kính hiển vi thao tác có độ phóng đại lớn để chuyển nhân tế bào

Chuyển nhân tế bào Nucleus Transfer

– Khoét lấy nhân tế bào

(removing the nucleus)

– Bơm nhân vào trong tế bào

Chuyển nhân tế bào Nucleus Transfer

Đƣa tinh trùng vào bên trong tế bào trứng

Sperm Injection

• Tiêm tinh trùng vào trong

tế bào chất của trứng, nuôi

trứng trong ống nghiệm

thành phôi và cấy vào tử

cung –

• Kỹ thuật này áp dụng cho

sinh sản thú quí hiếm, đàn

ông vô sinh không có khả

năng thụ tinh

http://ims.cos.edu:8081/Jim Sellers/Bio 20 PP-Frontiers in Biology Fall 2005/Weathers_Amanda.ppt

Giao tử Trứng Tinh trùng

Tiền nhân đực

Tiền nhân

cái

Vi pipet Tiêm gen

Chuyển gen

Trứng đã

thụ tinh

Gen đã tiêm vào trứng

Thụ tinh bằng phương pháp vi tiêm

Cải thiện nguồn gen

Kiểm tra đánh giá

Phổ biến sản xuất

Công nghệ sinh học có thể rút ngắn mô hình nhân giống, không cần trại nhân giống bố mẹ?

Giống Hạt nhân

Giống thương phẩm

Tháp giống Phân biệt giới tính,

nhân vô tính

AI, MOET, JIVET

Áp dụng cho giống cao sản, nhưng khả năng

sinh sản, nhân giống tự nhiên thấp.

Artificial insemination (AI)

In Vitro Fertilisation (JIVET)

Embryo transfer (MOET)

Tăng nhanh đời sau từ một gia đình

Phát huy đặc tính tốt từ gốc cha mẹ tốt đã chọn lựa kỹ lưỡng, tốn kém

Nhân nhanh cá thể có đặc tính tốt từ gốc cha mẹ phục vụ sản xuất.

http://centaur.vri.cz/docs/CENTAUR_3.PPT

http://www.cvmbs.colostate.edu/bms/640_RM_endangsld.ppt

LH FSH

GnRH

T = Testosterone

LH = Leuteinizing Hormone (regulates T secretion)

FSH = Follicle Stimulating Hormone (regulates seminiferous tubule function)

GnRH = Gonadotropin Releasing Hormone (regulates LH & FSH secretion)

INHIBIN from Sertoli cells feedsback on the pituitary to regulate FSH secretion

PITUITARY/TESTIS FEEDBACK SYSTEM

http://depts.washington.edu/cfas/WHIN/2005_sanjuan/Bardeguez.ppt

GnRH (Gonadotropin releasing hormone)

PITUITARY

LH (Luteinizing hormone) FSH (Follicle stinulating hormone)

Công nghệ sinh học ứng dụng

trong sản xuất hormon

1 Sản xuất hormon tái tổ hợp: rBST, rBGH

2 Sản xuất Hormon IGF điều trị bệnh lùn.

3 Sản xuất Insulin tái tổ hợp: rInsulin

Công nghệ sinh

học sản xuất

Insulin

Nguyên lý:

- Lấy đoạn plasmid tổng

hợp insulin trong tế bào

người chuyển vào plasmid

Cấu trúc của Insulin

• Có 2 chuổi polypeptide; chuổi thứ nhất có 21 acid amin và chuổi thứ hai có 30 acid amin.

• Hai chuổi liên kết với nhau qua cầu disulfide

• Gene mã hóa protein insulin tìm thấy trong chromosome 11, dựa vào cấu trúc của gen

này, người ta tái tổ hợp DNA tổng hợp insulin

http://www.life.umd.edu/grad/MLfsc/res/RecombomamtDNA&Medicine.ppt

Cấu trúc của Insulin

http://www.fda.gov/cder/meeting/followOn/Ahn.ppt

Kỹ thuật tái tổ hợp DNA

• Những Enzyme giới

hạn được sử dụng để

cắt gen insulin và cắt

plasmid của vi khuẩn

(E coli) cũng giống

nhau ở đầu cuối nên

dính lại được “sticky

ends”

Kỹ thuật tái tổ hợp DNA

• Dòng biến đổi của E coli được sử dụng để

tránh sự tấn công gen lạ (“foreign” genes)

• Gen insulin gắn vào E coli là

B-galactosidase, nó kiểm soát sự sao chép.

• Những tế bào vi khuẩn sẽ tái tạo và sao

chép bản sao của gen insulin.

Kỹ thuật tái tổ hợp DNA

• Protein Insulin được tinh chế

Sử dụng insulin người chống

bệnh tiểu đường

• Trên thế giới có hơn 150.000.000 người mắc chứng bệnh

tiểu đường Hậu quả của nó rất nghiêm trọng, gây ra những biến chứng phức tạp,nguy hiểm đến tính mạng.

• Tổng chi phí cho chữa trị bệnh tiểu đường chỉ riêng cho

nước Pháp có đến 5,7 tỷ Euro trong năm trong 2002

• Insulin tái tổ hợp lần đầu tiên xuất hiện trên thị trường

năm 1982

• Những dòng sản phẩm insulin phát triển nhanh chóng

và đa dạng (insulin tác dụng nhanh- hoặc tác dụng kéo dài, hoặc insulin dạng hít)

• Trong năm 2002 tổng số bán ra là 4.2 tỷ Euro

Biến chứng có thể xảy ra khi

Sản xuất bovin somatotropin (bST)

http://www.monsantodairy.com/about/history/

Quá trình sản xuấtsomatotropin vàứng dụng trongchăn nuôi bò sữa,

đã nâng nao năngsuất, chất lượng sữa

Sản xuất bST bằng con đường công nghệ sinh học

Tái tổ hợp sản xuất bST và ứng dụng nâng cao năng suất sữa

4.IGF-1 tác động lên tuyến vú, phân cắt chất béo sinh năng lượng cho sản xuất sữa

A.Gen đáp ứng cho sản xuất BST được

cô lập từ DNA của bò B.Gen này được đưa vào vi khuẩn E Coli bằng kỹ thuật

đặc biệt C Vi khuẩn E.Coli có gen tổng hợp BST được nhân lên trong môi trường nuôi cấy D.Thu nhận BST trong môi trường

E.Tinh lọc BST từ VK tạo ra BST tổng hợp

http://www.avs.uidaho.edu/avs221-bio212/Past Team Presentations/Recombinant Bovine Somatotropin.ppt

Bò sữa đƣợc chích Kích tố tái tổ hợp rbST

Bò được chích hormon BST

có gì đặc biệt trong nuôi

dưỡng không?

Có, đó là nhu cầu dinh dưỡng cao hơn, nhưng tiêu hao dinh dưỡng cho sản xuất1 kg sữa thấp hơn bò bình thường.