GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG SẢN XUẤT - PGS.TS. TRƯƠNG VĂN LUNG - 4 doc

67 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Lung Trương Văn Sản xuất giống nhân tạo trở thành nhu cầu thiết nuôi trồng thủy sản Để phát triển mở rộng ni đối tượng có hiệu quả, vấn đề giống trở thành mắt xích quan trọng Các thành tựu sinh sản nhân tạo đối tượng thủy sản nước khác giới Việt Nam to lớn Từ nhà khoa học nước Nga cho sinh sản nhân tạo thành công cá mở triển vọng tạo nguồn giống nhân tạo phục vụ vào việc nuôi trồng ngày mở rộng khắp nơi giới Ở Hawaii, Mĩ từ năm 1976, nhà nuôi trồng cho sinh sản nhân tạo số đối tượng cá biển Ở số nước Nhật Bản, Nga, Mĩ, Canada ứng dụng tính di cư hai chiều, cho sinh sản nhân tạo cá hồi, giống thả lại tự nhiên, sau cá lớn quay vào đất liền tổ chức đánh bắt Hình thức áp dụng cá chình đối tượng cá quí hiếm, lúc trưởng thành sống nước ngọt, đẻ di cư biển Ở Nga Iran cho sinh sản cá tầm, đưa vào thả tự nhiên khai thác chúng lớn lên Trong Na Uy nước sản xuất giống cá hồi phục vụ nuôi qui mô công nghiệp lồng biển, năm 1995 sản lượng đạt 220.000 tấn, giá trị tỉ USD Trung Quốc nước có nhiều lồi cá nước như: cá trắm đen, trắm cỏ, mè hoa, cá chép,… cho sinh sản nhân tạo thu số lượng lớn cá giống, phục vụ nghề nuôi phát triển Ở Nhật Bản, đối tượng tôm he, trai ngọc…được sản xuất giống phục vụ cho việc nuôi Ở khu vực Đông Nam Á, tập trung nghiên cứu nhiều đối tượng cá nước ngọt, cho sinh sản nhân tạo đem lại kết khả quan Riêng Thái Lan, sản lượng cá nước từ nuôi trồng năm 1993 161.600 tấn, ni lồi cá rô, cá trê, cá mè vinh Ở Philippines, cho sinh sản nhân tạo thành công nhiều đối tượng nuôi cá trắm, cá mè, đặc biệt cá măng biển sinh sản nhân tạo đưa vào nuôi đạt sản lượng lớn Ở Việt Nam việc cho sinh sản nhân tạo thành công cá mè hoa từ năm 1963, mở triển vọng việc sinh sản nhân tạo cá nước Tiếp theo năm 1967-1970, nước ta sinh sản thành công hầu hết giống cá nuôi, chủ yếu bao gồm cá địa phương cá nhập nội Năm 1996, nước ta có 375 trại giống, hàng năm sản xuất 4-5 tỉ cá bột phương pháp sử dụng hormone HCG, hypophyce ương 800-900 triệu cá giống Từ năm 1990-1998, Nam Bộ cho đẻ thành công cá tra, cá ba sa, cá bống tượng, cá trê lai, cá rô phi, tôm xanh Ngồi cịn cho sinh sản nhân tạo thành công nhiều đối tượng nước có giá trị khác ba ba, ếch Hàng năm nước ta sản xuất hàng trăm triệu giống thuộc đối tượng thủy sản nước đưa vào phục vụ cho nhân dân 68 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Lung Trương Văn Việc tiếp tục đa dạng hóa đối tượng ni để đưa vào ni, tận dụng mặt nước, cho sinh sản nhân tạo thành công nhiều đối tượng nước mặn Việc cho đẻ thành công đối tượng tôm sú ( Penaeus monodon) đưa vào nuôi qui mô nước, thành công phương pháp cắt mắt cấy tinh làm cho hiệu nâng cao Sau nhiều đối tượng ni nước lợ, nước mặn khác cho đẻ thành công cá chẽm, cá bớp, ốc hương, điệp quạt, trai ngọc, cá ngựa, bào ngư, hải sâm, v.v Việc hiểu biết phân bố, đặc điểm sinh học, sinh thái chúng cho phép tiến hành sinh sản thành công ương nuôi giai đoạn ấu trùng thành giống với tỉ lệ sống cao có chất lượng tốt mở rộng thành qui mơ nước Ví dụ: tơm sú: nước có 3000 trại cho đẻ từ bắc đến nam, riêng Khánh Hịa có đến 1000 trại Qui trình cho đẻ đối tượng khác Chẳng hạn, cá, người ta theo dõi giai đoạn phát triển buồng trứng cá tinh sào cá đực, giai đoạn tiêm hormone sinh dục để kích thích Sau cho thụ tinh xong, người ta cho vào bể ấp, lúc bắt đầu theo dõi trình phân chia tỉ lệ nở trứng, trình phụ thuộc nhiều vào kĩ thuật kinh nghiệm Trứng nở trải qua số giai đoạn Cá bột đến giai đoạn dinh dưỡng, người ta cho chúng ăn loại thức ăn phù hợp với lứa tuổi cá bột để có tỉ lệ sống cao Các yếu tố môi trường nhiệt độ, độ mặn, pH,…cũng có vai trị quan trọng không Đối với giáp xác, bắt tự nhiên ôm trứng Cho đực vào chung bể có kích thước thích hợp, trứng chín muồi, người ta kích thích cho chúng đẻ Sau thụ tinh, trứng đưa sang bể ấp, trứng phân chia Trải qua số giai đoạn biến thái đến giai đoạn giống khoảng 15 ngày, tùy thuộc vào giai đoạn, người ta cho ăn tảo, Artemia… Sau mơ hình Thái Lan tơm mẹ mua từ nguồn cung cấp giống, sau đó, cho vào bể từ 50-60 20-50 đực bể xi măng đường kính rộng m (cho ăn polychaete-Nercis spp mực ống), mang trứng đưa sang bể 500 lít sợi thủy tinh, bể Những khơng có trứng kích cho đẻ phương pháp cắt mắt.Một đẻ khoảng 800.000-1.200.000 ấu trùng Nước bể kiểm tra chất lượng hàng ngày, yếu tố kiểm tra pH, độ mặn, nhiệt độ, ammonium (NH4+) Các bể sục khí Sau thụ tinh, ấu trùng tách khỏi vỏ trứng lắng xuống Dùng ống hút ấu trùng vào bể ương tích 4m3, giai đoạn đầu zoea – mysis cho ăn tảo Chaetoceros ngày, giai đoạn PI.4-PI.5 (post larvae) cho ăn Artemia Tôm nuôi từ 15-20 ngày, xuất bể để bán 69 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Lung Bể lọc nước → Bể đẻ Trương Văn → Bể ương → Bể xử lí nước thải ↑ Mơ hình ương Tơm sú Ngồi việc cho đẻ thành cơng đối tượng nuôi kinh tế, nghiên cứu phép lai kinh tế để ứng dụng tính ưu lai hệ F1 áp dụng Năm 1979, Viện Nuôi trồng Thủy sản cho lai kinh tế cá chép trắng Việt Nam với cá chép lai nhập nội, lai ngược lẫn lai xuôi cho ưu lai, tỉ lệ sống hệ F đạt cao từ 44-80% (trung bình 62%), cá chép trắng tỉ lệ sống trung bình 50,35% Ưu lai lớn nhanh hẳn bố mẹ từ 180-230% Các năm sau, đối tượng khác áp dụng lai kinh tế cá rô Phi loài Oreochromis mosambicus với loài O niloticus, cá trê loài Clarias garienpirus với loài C fuscus loài Clarias garienpirus với loài C macrocephlus, cá mè trắng Việt Nam với cá mè trắng Hoa Nam (Trung Quốc)… Ngoài loại cá ni, người ta trọng đến lồi cá cảnh nuôi aquarium Theo Thủy sản (1996), nước ta có đến 83 lồi cá cảnh ni 33 lồi cá khác có màu sắc đẹp chưa đưa vào ni 35 lồi nhập nội có nguồn gốc khác từ châu Mĩ, châu Phi, Ấn Độ, Malaysia Đông Nam Á Tổng số loài cá nước dùng làm cá cảnh lên đến 151 lồi Nhiều lồi số cho sinh sản thành công Nhiều địa phương thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh có nhiều gia đình nuôi kinh doanh cá cảnh Trong năm gần đây, nhiều lồi cá biển đưa vào ni aquarium phục vụ khách du lịch, rạn San hơ có màu đẹp (có đến 1000 lồi) Nhiều lồi bước đầu cho sinh sản nhân tạo, loài giống cá khoang cổ lồi sống cộng sinh với hải q Việc bước đầu ứng dụng thành tựu công nghệ sinh học đại vào lĩnh vực sinh sản nhân tạo có số kết Việc ứng dụng kĩ thuật di truyền bước đầu thử nghiệm cá hồi (Salmon) phương pháp chuyển gene sinh trưởng người cho ta thấy cá ni sau tháng có sức tăng trưởng nhanh cá đối chứng Ở Việt Nam Nguyễn Văn Cường cộng (1999) nghiên cứu phương pháp chuyển gene hormone sinh trưởng người cá vàng cá chạch cho kết tốt, mở triển vọng ứng dụng cho tạo giống thủy sản tương lai 70 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Lung Trương Văn Về việc nghiên cứu công nghệ sinh học ni trồng lồi rong tảo Sau sử dụng dịch huyền phù loài tảo lục đơn bào Chlorella, Emerson R., Lewis C.M., 1941; Dulton H.J., Manning W.M., 1941 phát thấy có số vi tảo tăng sinh khối mơi trường với số lượng 1-2 triệu tế bào/ml chất lỏng, sau vài mật độ huyền phù đạt tới 50-100 triệu tế bào/ml huyền phù, sinh khối chứa tới 50% protein thô Đầu thập kỉ 40 kỉ trước nhiều thực nghiệm nuôi cấy vi tảo qui mô lớn triển khai Đức Năm 1953, nhà nghiên cứu Đức trạm Kohlensffbiologische Froschungstation (vùng Essen CHLB Đức) nghiên cứu khả dùng CO2 phụ phẩm nhà máy vùng Rubirdder nuôi trồng tảo Chlorella loài tảo lục đơn bào khác Scenedesmus acutus Đầu năm 1970, phủ Đức mở rộng việc hỗ trợ nuôi trồng tảo nhiều nước phát triển Ấn Độ, Péru, Thái Lan,… Đầu thập kỉ 60 kỉ XX, việc nuôi trồng tảo Spirulina, lồi tảo cố định N2 lơi quan tâm nhà khoa học với cơng trình nghiên cứu tiên phong Clement G cộng Năm 1975, Oswald W J cộng trường Đại học California công bố kết nuôi trồng tảo qui mô lớn vừa để thu nhận sinh khối vừa để xử lí nước thải Sau có nhiều nước Mexico, Nhật Bản, Thái Lan, Pháp, Slovaki, Việt Nam tiến hành nghiên cứu nuôi trồng tảo Spirulins maxima S platensis Các nghiên cứu tảo lam cố định đạm Anabaena sianensis, Calothrix spp., Hapalosiphon spp.,đã tiến hành Ấn Độ, Myanmar, Trung Quốc, Philippines, Thái Lan, Việt Nam đưa vào ứng dụng sản xuất Các nhà khoa học Israel phịng thí nghiệm Cơng nghệ Sinh học Tảo đặt chương trình nghiên cứu nhằm phân lập loài tảo lam sống tự hay cộng sinh ruộng lúa, nghiên cứu điều kiện sinh trưởng tối ưu chúng Về tảo lớn, nhiều nước giới nuôi trồng sản xuất qui mô lớn để dùng nhiều lĩnh vực công nghiệp thực phẩm rong mơ (Sargassum), loài agarophyte, rong sụn (Kappaphycus alvarezii Doly) Các nhà khoa học nghiên cứu sâu đặc điểm sinh lí sinh hóa để xác định thời vụ ni trồng phương pháp chế biến thích hợp với vùng sinh thái khác thủy vực Có nghiên cứu sâu để nhân giống bào tử tạo loài tách protoplast để dung hợp, tách tế bào từ Gracilaria nhằm tìm lồi agarophyte vừa có suất cao vừa có phẩm chất tốt 71 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Lung Trương Văn 8.3 Công nghệ sinh học kĩ thuật nuôi trồng thủy sản Để nâng cao sản lượng nuôi trồng thủy sản, tùy theo đối tượng có qui trình hình thức ni thích hợp Nhìn chung có hình thức ni sau: - Nuôi quảng canh - Nuôi quảng canh cải tiến - Nuôi bán thâm canh - Nuôi thâm canh Việc ứng dụng hiểu biết vào hình thức ni quan trọng nhằm đem lại hiệu cao, chi phí thấp, tận dụng điều kiện tự nhiên xã hội quốc gia địa phương Tùy thuộc vào hồn cảnh địa phương trình độ người ni mà có mơ hình ni khác nhau.Ví dụ: Khánh Hịa hầu hết ứng dụng hình thức thâm canh mơ hình ni tơm khép kín, cịn miền Nam dùng nhiều hình thức Ni trồng thủy sản cịn kết hợp với chăn ni, làm nơng nghiệp, lâm nghiệp, hình thành mơ hình VAC, VACR, v.v Các mơ hình đem lại hiệu tốt Ngồi có mơ hình khác nuôi kết hợp lúa-cá, lúa-tôm tôm-muối,… Gần hình thức ni tơm triều cách xây dựng ao nuôi bãi ngang, nuôi tôm cát,… đem lại hiệu Ninh Thuận, Quảng Ngãi, Thừa Thiên-Huế, Quảng Trị, Hà Tĩnh,… Việc tận dụng hồ ao sông suối nước ngọt, hồ treo nước đầu nguồn để thả cá nuôi bè đem lại hiệu lớn Ở thủy vực nước lợ mặn triển khai để nuôi trồng tôm sú, tôm hùm, vẹm xanh, ốc hương, ngọc trai, rau câu thắt, rau câu cước, rong sụn… Các đối tượng ni riêng lẽ có ni kết hợp có để sử dụng triệt để mặt nước để xử lí chất thải mơi trường nuôi 8.4 Ứng dụng công nghệ sinh học sản xuất thức ăn nuôi trồng thủy sản Sản xuất thức ăn giải khâu quan trọng nuôi trồng thủy sản qui mô công nghiệp, phục vụ sinh sản giống nhân tạo Người ta tìm nguồn thức ăn từ giai đoạn bào xác (cyst) tảo, Artemia, Rotifer … nhằm chủ động nguồn thức ăn chủ động cho giai đoạn phát triển ấu trùng vừa tiết kiệm thức ăn lại đem lại hiệu cao Ngoài ra, giai đoạn ấu thể naupli nhiều loài thực vật động vật phù du sản xuất làm thức ăn cho ấu thể tôm, cá, … Trong sản xuất thức ăn nhân tạo, người ta sản xuất Chaetoceros spp làm thức ăn cho Tôm sú giai đoạn mysis đến post larvac ngày tuổi (PL 4) môi trường KNO3 100 mg/m3, Na2HPO4 10 mg/m3, Na2SiO3 g/m3, FeCl2 2,5 g/m3 Hiện nhiều sở nghiên cứu nước ta có khả sản xuất sinh khối loại tảo, Rotifer Viện Hải Dương học 72 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Lung Trương Văn Nha Trang, Đại học Thủy sản Nha Trang, Trung tâm Nghiên cứu Thủy sản III dùng làm thức ăn nghiên cứu sản xuất giống Hầu hết trại sinh sản nhân tạo tôm sú sử dụng tảo Artemia làm thức ăn Để tạo dịng cá rơ phi đơn tính với tỉ lệ đực cao, người ta sử dụng chất kích dục methyltestosterone với thức ăn có hàm lượng đạm cao Ở số địa phương cịn ni trồng qui mô công nghiệp làm thức ăn phục vụ cho việc nuôi số đối tượng ba ba, cá chình,… Việc sản xuất thức dạng viên hỗn hợp vài năm gần phục vụ cho nuôi trồng qui mô công nghiệp, đảm bảo thành phần dinh dưỡng, độ tan nước mở rộng nhiều công ti liên doanh đầu tư dây chuyền sản xuất thức ăn phục vụ thủy sản CP group Thái Lan, cò… Ngày 24/3/1997 Nhà nước ta định số 138 tiêu chuẩn sản xuất thức ăn cho đối tượng thủy sản dạng viên Thành phần thức ăn phải đảm bảo chất dinh dưỡng acid amin, vitamin, chất khoáng,… Nhân dân ta biết chế biến loại thức ăn dạng hỗn hợp nguồn nguyên liệu sẵn có cám gạo, đậu nành, cá bột, nghêu, sò … ni cho nhiều đối tượng có giá trị kinh tế cá ba sa, cá tra, tôm xanh, tôm hùm… Chẳng hạn, tôm xanh cho ăn loại thức ăn gồm cá tạp 199 kg, thức ăn cho gà cô đặc 60 kg, đậu nành 15 kg, hỗn hợp vitamin khoáng chất 0,5 kg Để tạo màu sắc cho sản phẩm sau thu hoạch có màu sắc tươi, đẹp, nhằm nâng cao giá trị sản phẩm, người ta cịn cho ăn loại thức ăn có chứa sắc tố Theo Hiệp hội Đậu tương Mĩ, cho tôm sú ăn theo chế độ phần sắc tố chia làm thời kì sau: astaxine nồng độ 50, 100, 200 mg/g, β-carotene 50, 100, 200 mg/g tảo Dunaliella salina 100 mg/10 g phần thức ăn 8.5 Cơng nghệ sinh học phịng điều trị bệnh đối tượng thủy sản Trong nuôi trồng thủy sản, đối tượng nuôi thường hay nhiễm bệnh có bị chết hàng loạt, làm thiệt hại lớn cho người ni Để khắc phục tình trạng này, trước người ta dùng loại thuốc cho đối tượng thủy sản Người ta sử dụng thuốc kháng sinh như: tetracycline, nhóm sulfonamide, quilonone, erythromycine, (Nguyễn Phước Tuyên, 2002), oxytetracycline, sulpha… trộn vào thức ăn, thêm loại vitamin để điều trị bệnh, đồng thời tăng sức đề kháng đối tượng nuôi Chẳng hạn, người ta sử dụng kết hợp oxytetracycline + sulpha để điều trị nhiễm Areomonas hydrophilla cá mú (bộ Thủy sản, 1996) ganamycine chữa bệnh đen mang tôm xanh Theo Thái Bá Hồ (1998), số thuốc chữa bệnh tôm giới thiệu sử dụng có hiệu số bệnh Tuy nhiên, sử dụng loại kháng sinh chữa bệnh làm cho đối tượng nuôi chậm lớn, 73 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Lung Trương Văn dùng liều gây dư thừa kháng sinh sản phẩm thu hoạch, làm giảm chất lượng gây ngộ độc cho người tiêu dùng Để khắc phục tình trạng này, người ta dùng giải pháp sản xuất loại vaccine phòng bệnh, ứng dụng qui trình cơng nghệ sinh học để phịng bệnh Gần Thủy sản giới thiệu chế phẩm VIRUTO phịng bệnh đố trắng tơm sú số lồi tơm khác rrất kết (theo VTV2).Yu Chen Chi (Đài Loan) phát triển loại vaccine kết hợp nguyên lí chuỗi thực phẩm kết hợp với tái tổ hợp cơng nghệ Ơng cấy vi khuẩn E coli suy yếu để phát huy tác dụng lượng kháng thể đặc biệt tạo phản ứng miễn dịch Kết đem lại lợi ích cho ngư dân nuôi cá vùng châu Á, ước tính đạt lợi nhuận khoảng tỉ USD Trong chẩn đốn phát bệnh sớm có ý nghĩa Trong nuôi trồng thủy sản người ta ứng dụng công nghệ PCR phản ứng tổng hợp dây chuyền nhờ polymerase Karl Mullius cộng phát minh năm 1985 đưa vào chẩn đoán phát nhiễm bệnh, ;là loài thủy sản trước đưa vào nuôi thả Kĩ thuật cho phép tái tạo theo ý muốn mảnh DNA không theo phép nhân dịng vơ tính, nghĩa khơng đưa đoạn DNA vào thể sinh vật mà sử dụng mồi chuyên biệt Những mồi đoạn DNA ngắn, có khả bắt cặp với đầu mạch khn, vịng phút tạo lượng mạch DNA Hiện nước ta, số địa phương , viện nghiên cứu, trường đại học nhập công nghệ ứng dụng PCR vào quản lí nguồn giống kiểm sốt bệnh Ở số địa phương xẩy tình trạng tơm giống thả vào ao nuôi bị chết hàng loạt “stress” môi trường ni Cơng ti Long Sinh-Khánh Hịa có hướng dẫn số giải pháp tránh tăng độ pH ao ni, điều chỉnh độ oxygene hịa tan tránh sử dụng liều kháng sinh điều trị ni tơm Vaccine sử dụng phịng bệnh cho cá ni sử dụng phổ biến Các loại bệnh vi khuẩn gây công ti Thú y Thủy sản (Aqua healh Lid) Canada sản xuất Lipogen triple Lipogen forte cộng với Vibrogen-2, Furogen, Fry-vace, Ermogen, Renogen Gaffogen Sử dụng loại vaccine có hiệu rõ rệt Các loại vaccine khác sản xuất công nghệ chuyển gene gọi vaccine DNA Một chương trình nghiên cứu Viện Locb Osawa (Canada) tiến sĩ Heather Davis lãnh đạo nhóm nghiên cứu cho biết số thử nghiệm cá hepatits xem mơ hình chứng minh tiềm loại vaccine lồi cá ni (Seffon Dixon, 2000) 8.6 Cơng nghệ ni trồng xử lí mơi trường ni Trong ni trồng thủy sản, trước ương giống thả giống nuôi, địi hỏi phải xử lí mơi trường, bao gồm ao (bể nuôi), nguồn nước 74 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Lung Trương Văn cung cấp vào nước thải Đối với ao nuôi sau xong vụ nuôi, trước thả giống mới, người ta tiến hành xử lí ao ni biện pháp thủ cơng dùng số hóa chất tẩy diệt mầm bệnh Ví dụ ao ni tơm sú, người ta xử lí ao ni hai phương pháp sau: xử lí ướt xử lí khơ Tức là, ngâm nước vào ao phơi khô mặt ao, sau san đáy, xới đáy để diệt vi khuẩn gây hại làm cho khí độc gây hại bay lên Trước bơm nước vào ao ni để thả giống, người ta cịn dùng vơi để bón nhằm diệt loại địch hại điều chỉnh nồng độ pH ao Ngoài ra, việc quản lí nguồn nước ni, người ta cịn dùng ao lắng để xử lí zeolites dolomite để làm nguồn nước diệt loại vi khuẩn gây bệnh Theo Nguyễn Văn Toàn (chi nhánh Ven biển – trung tâm Nhiệt đới Việt-Nga) sử dụng hệ thống lọc sinh học phục vụ trại sản xuất giống tôm sú tôm xanh Nha Trang, Khánh Hòa mang hiệu tốt Hiện nay, chế phẩm sinh học dùng để xử lí lớp bùn bẩn đáy ao sử dụng rộng rãi Các chế phẩm có điểm chung hỗn hợp nhiều chủng vi sinh vật hữu ích enzyme phân hủy, chúng có khả hạn chế phát triển vi khuẩn gây bệnh dùng lớp bùn làm nguồn thức ăn Năm 2000, công ti Thương mại Dịch vụ Môi trường Việt Nam nhập sản phẩm ES.2 AQUA KIT hãng Enviroreps International (Hoa Kì) Chế phẩm bao gồm nhiều chủng vi sinh vật hữu ích như: Bacillus lichenformis, B megatirium, B subtilis, B polymixa Aspergillus oryzae enzyme như: α-amylase,… Các hệ sinh vật sản phẩm có khả cạnh tranh với vi khuẩn có hại gây bệnh, đồng thời chúng tiết chất BDC dạng tự nhiên có khả ức chế sinh vật có hại ao ni Cho đến nay, thị trường Việt Nam có đến hàng chục loại sản phẩm có dạng tương tự Về sử dụng mơ hình ni ni xen canh: ni tơm-sản xuất muối, ni tơm-ruộng lúa; mơ hình ni kết hợp tơm-sị huyết, tm-rong sụn, tơm-cá đối xem hình thức làm chất thải q trình ni Gần nhất, nhóm nghiên cứu Trương Văn Lung, Vũ Tiến Lãng số người khác dùng rau câu cước (một đối tượng có nhu cầu nhiệt độ độ mặn trùng hợp với tôm sú) với mật độ thích hợp ni chung với tơm sú Khi quang hợp, rau câu cước cung cấp O2 cho tơm sú hơ hấp làm giảm bớt sục khí cho tôm Rau câu cước lại hút thức ăn thừa mà tôm không sử dụng hết làm cho môi trường khỏi bị ô nhiễm, số lượng Coliforms (loại vi sinh vật gây bệnh) giảm Vì vậy, tơm chóng lớn khai thác hai đối tượng (tôm sú rau câu cước) có giá trị kinh tế cao, mặt khác, lợi diện tích ao ni (khỏi 75 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Lung Trương Văn phải dùng ao lắng) Cơng trình Khoa học Công nghệ phối hợp với hãng Sony (Nhật Bản) tặng giải “Xanh Sony” năm 2003 8.7 Triển vọng ứng dụng công nghệ sinh học nuôi trồng thủy sản - Ứng dụng công nghệ sinh học sản xuất giống nhân tạo có chất lượng cao, có hệ số đồng hóa thức ăn cao, tạo dòng chất lượng tốt kháng bệnh phương pháp chuyển gene - Ứng dụng công nghệ sinh học vào việc xây dựng mơ hình ni trồng phù hợp, kết hợp với việc làm môi trường nước thải, mang lại hiệu kinh tế cao, đầu tư thấp Sản xuất vaccine phòng bệnh kĩ thuật tái tổ hợp DNA tạo dịng đơn tính - Ứng dụng công nghệ sinh học để sản xuất loại protein đơn bào phục vụ chế biến thức ăn hỗn hợp, sản xuất loại thức ăn “tươi sống” hình thức tế bào xác tảo, Artemia, Rotifer v.v làm thức ăn phục vụ sản xuất giống nhân tạo - Phân lập tạo hỗn hợp vi sinh vật, enzyme sử dụng hệ thống lọc sinh học, xử lí nước thải chất cặn bã từ nuôi trồng TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Trần Bình, Lê Thị Muội, 1998.Cơng nghệ gene Lúa.Hội nghị tồn quốc lần thứ công nghệ sinh học Lúa Huế Nxb Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Trần Quốc Dung 2001 Nghiên cứu chuyển gene hormone sinh trưởng người vào cá Chạch (Misgurnus anguillicaudatus) vi tiêm Luận án Tiến sĩ sinh học, Hà Nội Đái Duy Ban, Lữ Thị Cẩm Vân, 1994 Công nghệ gene công nghệ sinh học ứng dụng nông nghiệp đại Nxb Nơng nghiệp Hà Nội Lê Dỗn Diên, 1994 Công nghệ sau thu hoạch nông nghiệp Việt Nam: Thực trạng triển vọng Nxb Nông nghiệp Hà Nội Nguyễn Mộng Hùng 2004 Công nghệ tế bào phôi động vật Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Đặng Hữu Lanh Trần Đình Miên Trần Đình Trọng 1999 Công nghệ sinh học với công tác giống vật ni, Bị Trong: “Cơ sở di truyền chọn giống động vật” (Đặng Hữu Lanh, chủ biên), Nxb Giáo dục Hà Nội, tr 433-469 Trương Văn Lung, 2004 Công nghệ sinh học số loài Tảo kinh tế Nxb Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 76 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Lung Trương Văn Lê Đình Lương, Quyền Đình Thi 2003 Kỹ thuật di truyền ứng dụng Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Bernard R.Glick, Jackj Pasternak 1994 Molecular BiotechnologyPrinciples and Application of Recombinant DNA ASM Press Washington D.C 10 Chopra V.L, Anwan Nasin 1990 Genetic Engineering and Biotechnology, Oxford and IBH Publishing CO.PVT, Ltd 11 Dalton D.C 1982 An Introduction to Practical Animal Breeding Granada Publishing Limited, Great Britain 12 Peregrino G Duran 2002 Technical aspects of the recovery, handling and transfer of embryos Copyright FFTC1970-2002 (http://www.fftc.agnet.org/library/article/tb151a.html) 13 Tạp chí Thế giới mới, Nxb Giáo dục Hà Nội, Số 613, tr: 39-42 14 Clive James, 2004 Tóm tắt báo cáo số 32 ISAAA tình trạng trồng chuyển gene/cơng nghệ sinh học trồng mua bán thị trường giới năm 2004 Bản tin Công nghệ Sinh học tháng 01 năm 2005 www.biotechvn.com,vn 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng 77 Trương Văn Lung CÔNG NGHỆ SINH HỌC VỚI VIỆC BẢO VỆ SỨC KHỎE CỘNG ĐỒNG Chương III Công nghệ sinh học đại chữa bệnh Mặc dầu sinh sau đẻ muộn thành tựu mà CNSH đem lại lớn Những bước phát triển nhanh chóng lĩnh vực như: điều chế dược liệu, tạo kháng thể đơn dịng, tạo vaccine, thành cơng giải mã gene người góp phần đắc lực với người công đấu tranh chống lại bệnh tật không ngừng cải thiện nâng cao chất lượng sống Sản xuất dược chất mĩ phẩm vô hại cho người từ sản phẩm tự nhiên tái tổ hợp gene sản xuất vaccine Trung Quốc, đất nước sử dụng y học thực vật từ 3.000 năm nay, khởi xướng chương trình nâng cao dược điển y học cổ truyền cách hướng tới CNSH Đã có chương trình nghiên cứu tác dụng sinh lí hóa sinh hoạt chất thực vật động vật thí nghiệm; chương trình nhằm vào lĩnh vực mà hoạt chất có tác dụng mạnh Theo Kuang An Kun, cựu Giám đốc trường Đại học Y số Thượng Hải, người khởi xướng cho đại hóa y học cổ truyền Trung Hoa (Cần nhấn mạnh rằng, Trung Quốc, bác sĩ sau năm đào tạo trường Đại học Y, phải học thêm năm cấp thức Đơng y Trong số 600.000 bác sĩ hành nghề, có 1/3 có Chương trình đào tạo chuyên khoa kéo dài khác hẳn chương trình đào tạo năm vào đầu năm 1960, cung cấp kiến thức tối thiểu cho hàng nghìn “thầy thuốc chân đất”, làm cho họ thực săn sóc nhất, ghi đơn vài chục loại thuốc cổ động cho phong trào vệ sinh vùng nông thôn Trung Quốc) Những nghiên cứu gần nhằm vào việc phân lập từ thực vật hoạt chất, để sản xuất thuốc với số lượng lớn sử dụng với liều lượng xác Bởi rằng, thực vật thường sản xuất 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng 78 Trương Văn Lung hoạt chất với số lượng ỏi, khơng liều lượng không giống sản xuất Trong viện Hóa sinh Hóa hữu thuộc viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc Thượng Hải, nơi mà insulin tổng hợp từ năm 1966, người ta cố gắng chiết xuất loại dược liệu nhằm tổng hợp chúng tổng hợp có chất có cấu trúc tự có tác dụng điều trị cịn mạnh Một ví dụ loại phổ biến Trung Quốc tiếng tác dụng gây sẩy thai, hoạt chất xác định mơt protein có 230 acid amin Protein tinh khiết có hiệu lực với liều cần vài microgram Hơn triệu phụ nữ sử dụng Người ta nghiên cứu phận có hoạt tính phân tử protein chí tổng hợp chúng (Nature, vol 318, No 6043, 21-23/11/1985) Qua ứng dụng CNSH, thực vật có múi mà đồng thời thường có tính chất chữa bệnh (các tinh dầu) trở thành nguồn nguyên liệu tốt cung cấp chất cho việc sản xuất dược chất Artemisinine hay Quinghaosu (QHS) loại thuốc từ nhiều kỉ dùng để chống sốt rét nhà khoa học Trung Quốc chiết xuất từ ngãi hoa vàng năm (Artemisia annua) Ngoài quinine, alcaloid nhà khoa học người Pháp Pellétier chiết xuất năm 1934 từ vỏ Cinchona succirubra (Canhkina) dùng để chữa bệnh sốt rét tận năm 1950, thuốc chữa sốt rét tổng hợp hóa học đời, nhiều thực vật khác sử dụng vào mục đích này, Dichroa febrriusa (cây thường sơn, có mọc miền Bắc nước ta), lồi thực vật Trung Quốc Alcaloid febrriugine Tuy lại độc không dùng cho người Năm 1967, theo định Chính phủ nước CHND Trung Hoa, nhằm bắt đầu chương trình tổng quan đầy đủ thuốc nước, người ta tập trung ý đến Artemisia annua (cây ngãi hoa vàng năm) Quinghao, thuộc họ Compositeae, bao gồm A abisinthium (cây ngãi trắng) mà năm 1920 dùng sản xuất rượu apxin Cây A dracunculus (cây ngãi giấm) biết đến gia vị để chế giấm thơm Cây A tridentata (cây ngãi ba răng) miền tây Hoa Kì, A apiacea (cây hao), A capillaris (nhân trần Trung Quốc) loài ngãi dùng dân gian để chữa sốt QHS sesquiterpene lactone có chứa nhóm feroxide khác với phần lớn thuốc chống sốt rét khác không chứa dị vòng N Các dẫn xuất màu QHS hydroquinghaosu artemether sodium artesunate tác dụng nhanh bệnh nhân thể não hướng tới hôn mê; quinine hay chloroquinine tác dụng chậm sodium arsunate làm khỏi hôn mê sau 12 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng 79 Trương Văn Lung Về mĩ phẩm, chất màu thực phẩm vô hại cho người Trong thời gian qua, nhiều cửa hàng bán mĩ phẩm chất màu thực phẩm gây tai hại đến sức khỏe người khơng Bề ngồi quảng cáo chất màu thực phẩm tự nhiên mĩ phẩm có chứa vitamin, cysteine, chất diệt khuẩn có lá, hoa v.v thực chất dùng chất màu mĩ phẩm chất hóa học Các chất màu hóa học có ưu điểm màu tươi hơn, giữ màu lâu giá thành rẻ so với chất màu tự nhiên Nhưng nhiều người dùng mĩ phẩm bị dị ứng, lở loét da, phát sinh nhiều bệnh khác, đưa đến hậu khôn lường.…Ngay Việt Nam năm 2000, có tới 45 người chết 3800 người bị ngộ độc thực phẩm dùng chất màu thực phẩm hóa chất Những năm gần đây, người ta sâu vào việc nghiên cứu số chất có hoạt tính sinh học tảo ứng dụng Một chất có hoạt tính sinh học phát phycobiliprotein Nói chung, phần lớn sắc tố thu nhận ánh sáng nằm quan tử đặc biệt, phycobilisome Phycobilisome tách chiết từ tế bào dạng nguyên vẹn Ở số loài tảo tảo lam cố định N khơng có chloropyll b Vai trị quang hợp thực biliprotein Các protein có màu rõ nét nhờ nhóm mang màu liên kết hóa trị với chuỗi polypeptid Tảo đỏ tảo lục thường chứa hai loại biliprotein phycocyanin phycoerythrin thường gọi dạng C hay R (tùy theo nguồn gốc chúng Cyanophyceae hay Rhodophyceae) Dạng BR phycocyanin (B tảo đỏ hồng miên Euchema) biliprotein độc mang hai nhóm màu Ở hầu hết tảo lam chứa allophycocyanin C-phycocyanin C-phycoerythrin, nhiên số lồi tảo lam khơng phát thấy phycoerythrin (Donalt A., Bryant et al., 1976) Qua nghiên cứu quang phổ hấp thụ giúp cho ta tạo điều kiện tách, tinh nhóm màu để dùng vào nhiều lĩnh vực khác có việc sản xuất mĩ phẩm chất màu thực phẩm Hãng Dainippon Chemical and Ink Co (Nhật Bản) đầu tư sở vật chất đại trà tảo Spirulina platensis (18.000 m2) Thái Lan chủ yếu để khai thác nguyên liệu cho chế phẩm “Linablue A” Chế phẩm chứa 30% phycocyanin dùng chất màu thực phẩm mĩ phẩm có nguồn gốc tự nhiên.Thị trường giới 10 chế phẩm/năm với giá bán 170 USD/kg, nhu cầu 200 tấn/năm Theo chuyên gia hãng Cyanotech (Mĩ) hãng sản xuất phycobiliprotein từ Spirulina Porphyridium nhiều năm bán khoảng 40.000 USD chế phẩm (Report of Cyanotech Inc., 1985) 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng 80 Trương Văn Lung Viện Dầu mỏ Pháp, công ti Soda-Texcoco Mexico nước sản xuất Spirulina maxima để xuất Nhật Bản, Mĩ nước châu Âu nước chủ yếu nhập bột Spirulina bổ sung nguồn dinh dưỡng cho thực phẩm mĩ phẩm Khơng lồi vi tảo mà tảo lớn nuôi trồng qui mô rộng Sản phẩm ngồi việc sử dụng cơng nghiệp khác nhau, cịn dùng thực phẩm mĩ phẩm nước gội đầu , kem bôi mặt, thuốc đánh móng tay, thuốc xịt tóc, son bơi mơi, sáp kẻ lông mày, v.v Các mĩ phẩm sản xuất ngun liệu từ thực vật an tồn cho việc tiêu dùng người Bởi vì, chất màu tự nhiên trình chiết xuất có nhiều chi phí tốn nên bị đắt Chúng ta cần nghiên cứu cải tiến để giá thành hạ giữ màu lâu màu tươi Nuôi cấy mô tế bào thuốc có giá trị cao 2.1 Sản xuất kháng sinh Nền công nghiệp sản xuất thuốc kháng sinh đời từ năm 40 kỉ trước phát triển mạnh lí sau: Nhu cầu sử dụng thuốc kháng sinh lớn có xu ngày gia tăng; Thuốc kháng sinh penicilline G (benzylpenicilline) kháng vi khuẩn gây bệnh gram dương Streptococcus Straphylococcus, mà thực tế địi hỏi phải có thuốc kháng sinh vi S CH3 khuẩn gây bệnh gram âm E coli Pseudomonas; Thuốc kháng sinh hay gây dị ứng, cần CH có C CH3 kháng -CH2CO – NHCH - phải nhiều loại sinh khác để khắc phục tượng trên; N a OC CH –COOH Penicilline không bền mơi trường acid dày, b cần phải cải biến sở tạo thuốc kháng sinh Benzylpenicilline có hiệu lực phổ tác H H2N động rộng hơn; Trong thực C phải tạo thuốc kháng sinh mới, vi khuẩn tế ` S gây bệnh nói chung CH2lờn 2thuốc làm giảm hiệu CH2 thuốc CH CH2CONH –CH – CH lực HOOC nhanh Thí dụ: Straphylococcus làm quen penicilline nhanh, có OC N C-CH2OCOCH3 khả tổng hợp enzyme penicilinase (β-lactamase) thủy phân liên kết C amide vòng lactam làm hoạt tính penicilline (hình III.1.) Từ năm 1940 Cephalosporia suất tạoCOOH đến nay, penicilline gia tăng chủ yếu thông qua việc tạo chủng Penicillium chrysogeneum đột -CH-COCl biến (nhờ chiếu xạ tia UV, tia X sử dụng chất gây đột biến (hình III.3.) NH2 C C-CON C Ampicilline CH3 O Cloxacilline Hình IV.2 Benzylpenicilline số penicilline bán tổng hợp a- Vị trí cắt mạch bên penicilline acid b- Vị trí cắt vịng lactam 81 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng Trương Văn Lung Đơn vị penicilline 100.000 50.000 đơn vị/ml 1.000 10 2đơn vị 1940 /ml 1950 1960 1970 1980 S CH Hình III.1 Quá trình phân2 lập chủng sản xuất CH2CO – NHCH – CH C CH2 a OC N CH - COOH b Benzylpenicilline H2N HOOC H C S CH2CH2CH2CONH–CH–CH CH2 OC N C– CH2OCOCH3 C Cephalosporine -CH-COCl ↓ USDA bang Illinois NH C C-CONRRL-1951-B25 N C ↓UV Viện Cargenie X-1612 trường CH2 Tổng hợp ĐH Ampicilline O Cloxaccilille ↓UV bang Minesota V Hình III.2 Benzylpenicililline số penicilline bán tổng hợp Wis.Q-176 a-Vị ↓UV trí cắt mạch bên penicilline acid b- Vị trí cắt Wis.B13-D10 vịng lactam Trường ĐH Tổng hợp Ngồi ra, người ta tạo bang Wiscosin cephalosporine streptomycine ↓S Wis.47-638 kháng sinh kháng vi khuẩn gram âm vi khuẩn dạng sợi Actinomyces ↓S nấm Cephalosporium tạo Tuy Các phương pháp kháng sinh thuộc cephalosporine tạo đột biến Wis.47-1564 S- Chọn lọc sử nhóm penicilline, khơng gây dị ứng tự nhiên dụng (Hình III.2.) Ngồi ra, bằng↓S cách thay nhómUV- chiếu xạ tia UV chức mạch bên vòng β-lactam, Wis.48-701 nhiều loại kháng sinh bán tia X có đặc tính tác X- Chiếu xạ tổng hợp người ta tạo NM- xử lí methyl-bisđộng đa ↓NM Thí dụ ampicilline sản phẩm bán tổng hợp dạng Wis.40-133 chỗ chứa thêm nhóm –NH mạch bên (B-chloroethyl)-amin penicilline, khác Wis.51-20 Tuy nhiên, thay đổi làm cho có phổ hoạt động ↓UV rộng, chí cịn kháng số vi khuẩn gram âm gây bệnh E-1 Từ E-1 đến E-15 thông qua xử lí đột biến methyl-bisCơng ti Lilly (B-chloroethyl)-amin ↓S Chủng cuối 82 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng Trương Văn Lung đường hô hấp (Haemophillus influenza), tiêu hóa (Schigella Salmonella) tiết (E coli Proteus) Đặc biệt khơng hoạt tính môi trường acid dày, nên ampicilline loại thuốc uống được, tiêm penicilline Tương tự cloxacilline không phân hủy dày enzyme β-lactamase, nên thường định sử dụng kèm theo ampicilline để chữa trị bệnh Staphylococcus (vi khuẩn gây bệnh có khả tạo enzyme β-lactamase) gây Penicillium chrysogenum NRRL-1951, Peoria, IL Chủng Phịng thí nghiệm E-15-1 Hình III.3 Tạo chủng Penicillum chrysogeneum đột biến nhờ chiếu xạ tia UV, tia X sử dụng chất gây đột biến 2.2 Sản xuất thuốc công nghệ nuôi cấy tế bào Trong thực tế nhiều chất có họat tính sinh học khác (chủ yếu chất thứ cấp) thường sử dụng ngành y tế tạo 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng 83 Trương Văn Lung q trình ni cấy tế bào động thực vật nguyên vẹn (với nhiễm sắc thể khơng thay đổi) Chúng tạo thành q trình ni cấy mơ tế bào thực vật Thí dụ cụ thể tổng hợp interferon trình ni cấy tế bào ngun bào bạch huyết (lymphoblaste), kĩ thuật tạo kháng nguyên làm nguyên liệu để sản xuất vaccine tạo kháng thể đơn dòng Tất chúng sản phẩm y học cao cấp có tương lai to lớn 2.3.Sản xuất thuốc nhờ trình biến đổi sinh học đặc biệt Bàn chất cơng nghệ sử dụng vi sinh vật để thực cơng đoạn khó khăn định chuỗi biến đổi hóa học số chất có hoạt tính sinh học sử dụng làm thuốc chữa bệnh Các công đoạn nói nguyên tắc khó thực đường biến đổi hóa học túy tốn kém, Thí dụ chủng nấm mốc Rhizopus arrhizus thực phản ứng hydroxyl hóa vị trí C11 nhân progesterone phản ứng tốn khó thực mặt hóa học Bằng biện pháp biến đổi sinh học đặc biệt này, ngày người ta có khả sản xuất nhiều loại thuốc chữa bệnh có nguồn gốc từ steroid tự nhiên với giá thành rẻ nhiều so với trước Một số thuốc có nguồn gốc steroid Thuốc steroid Cơng dụng Glucocorticoid Cortisone Bệnh thiếu máu, thiếu huyết, ức chế tủy não Hydrocortisone Bệnh tâm thần addison Prednisone Bệnh dị ứng, hen suyễn, lở loét cục Dexammethasol Hormone steroid Thuốc ức chế miễn đích dùng ghép quan người Testosterone Estradiol Chữa bệnh khớp viêm loét dày Progesterone Chữa trị bệnh tâm thần, bệnh rối loạn kinh nguyệt, điều trị ung thư vú chứng rỗ xương Công nghệ sản xuất sản phẩm y học tế bào cải tiến Bàn chất vấn đề việc sử dụng tế bào sống cải biến (bằng cách lai thay đổi máy di truyền) để sản xuất sản phẩm đặc hiệu cần thiết cho đời sống người Sau 84 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng Trương Văn Lung xem xét hai cơng nghệ điển hình nhất: cơng nghệ sản xuất kháng thể đơn dịng cơng nghệ sản xuất thuốc protein nhờ DNA tái tổ hợp 3.1 Công nghệ sản xuất kháng thể đơn dòng (monoclonal antibody) Về bàn chất kháng thể đơn dòng tập hợp phân tử kháng thể đồng mặt cấu trúc tính chất, tạo dòng tế bào lai tế bào ung thư myeloma với tế bào lymphocyte hệ miễn dịch động vật người, trước xuất công nghệ sử dụng tế bào lai để sản xuất kháng thể Việc tạo lượng lớn kháng thể có tính chất xác định cơng việc khó khăn Lí chủ yếu phân tử kháng ngun (antigene) kích thích tế bào động vật có xương sống tạo nhiều phân tử kháng thể (antibody) khác Việc tách riêng phân tử kháng thể việc khó khăn tốn Kháng nguyên PEG Tế bào myeloma không kháng HAT Tế bào gan kháng HAT Trộn Ni cấy mơi trường chứa HAT Hình IV Sơ đồ cơng nghệ tạo kháng thể đơn dịng Hình III.4 Sơ đồ cơng nghệ tạo kháng thể đơn dịng Do đó, cơng trình nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ tạo kháng thể đơn dòng Milstein Kohler bước ngoặt lĩnh vực Công nghệ cho phép mở loạt ứng dụng quan trọng 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng 85 Trương Văn Lung y tế nghiên cứu sản xuất Nội dung công nghệ mơ tả hình IV.4 bao gồm bước sau: - Tiêm kháng nguyên vào chuột Tách tế bào gan chuột (là nơi kháng thể tạo thành) Trộn tế bào gan chuột (kháng HAT) với tế bào ung thư myeloma (không kháng HAT) Bổ sung PEG (polyethylen glycol) vào dịch huyền phù chứa hỗn hợp hai loại tế bào - Nuôi hỗn hợp tế bào môi trường chọn lọc chứa HAT (hỗn hợp hypoxanthine, aminopterine thymidine) Tế bào gan chuột phát triển bình thường thời gian, cịn tế bào myeloma bị khuyết HAT, nên chết - Hỗn hợp nuôi cấy tạo tế bào lai Kết hỗn hợp tế bào nói trên, tế bào myeloma chết ngay, tế bào gan chết sau hai tuần ni cấy, cịn tế bào lai phát triển bình thường, có hai đặc điểm: phân chia vô hạn (nhận từ tế bào myeloma) chất trao đổi cần thiết (do tế bào gan chuột cung cấp) 3.2 Sản xuất thuốc nhờ công nghệ sử dụng DNA tái tổ hợp Bàn chất công nghệ thay đổi máy di truyền tế bào cách đưa gene lạ vào bắt hoạt động Có nghĩa là, bắt tạo lượng protein peptide cần cho người, mà trước thân tế bào khơng tổng hợp Có thể nói, cơng nghệ tạo bước ngoặc lớn lao lĩnh vực sinh học Các sản phẩm tạo đa dạng số sản xuất qui mô công nghiệp Dưới số ví dụ: + Sản xuất insulin công nghệ sử dụng DNA tái tổ hợp Hiện khoảng 1-2% dân số nước phát triển bị bệnh tiểu đường Để chữa trị người ta phải sử dụng insulin, protein chứa 51 amino acid tổng hợp tuyến tụy bò lợn Tuy nhiên, cấu tạo chúng khác với insulin người nên máu bệnh nhân điều trị insulin bò xuất kháng thể insulin bò Điều gây hậu khơng mong muốn làm phần hoạt tính insulin giảm thời gian tác động thuốc Vào đầu năm 80 kỉ trước, hãng Eli Lilly Genetech Inc Mĩ tìm qui trình sản xuất insulin người cơng nghệ DNA tái tổ hợp Đó protein tạo công nghệ gene nhờ công nghệ mà insulin sản xuất đại trà với giá thành rẻ nhiều so với trước (hình III.5.) + Sản xuất interferon công nghệ sử dụng DNA tái tổ hợp Interferon nhóm protein chứa khoảng 146-166 amino acid Chúng xuất tế bào động vật có xương sống bị nhiễm virus giúp tế bào kháng lại virus 86 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng Trương Văn Lung Ngồi interferon cịn có hai đặc tính giá trị: là, chúng ức chế sinh sản tế bào (nên sử dụng để chữa trị bệnh ung thư); hai là, chúng gia tăng hoạt độ hệ miễn dịch người động vật Có ba loại interferon: α-interferon, β-interferon γ–interfefron, khác số amino acid thể hoạt tính Tổng hợp gene mã hóa sợi A insulin, khâu vào gene mã hóa βgalactosidase plasmid chuyển chuyển vào E col Tổng hợp gene mã hóa sợi B insulin, khâu vào gene mã hóa βgalactosidase plasmid chuyển plasmid vào E coli Gene sợi A Gene sợi Gene sợi B Gene Plasmid sợi A Plasmid Sợi A E coli β-galactosidase Plasmid Sợi B E coli β-galactosidase Nuôi E coli mơi trường có galactosidase enzyme β-galactosidase với sợi A B insulin tổng hợp Làm tan tế bào xử lí BrCN tách sợi insulin khỏi β-galactosidase Sợi A insulin Sợi B insulin Oxyhóa S-S Phân tử insulin người S-S Hình III Cơng nghệ sản xuất insulin DNA tái tổ hợp Cho đến thời gian gần đây, interferon chủ yếu tạo từ tế bào bạch cầu hay nguyên bào bạch huyết người bị nhiễm virus Do vậy, giá thành đắt (khoảng 40-50 USD/1 triệu đơn vị vào năm 1980), mà thông thường điều trị ung thư lần phải tiêm cho bệnh nhân tới 3-6 triệu đơn vị phải tiêm nhiều lần Khoảng 10 năm trở lại đây, người ta tạo gene mã hóa tổng hợp ba loại 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng 87 Trương Văn Lung interferon nói xây dựng qui trình cơng nghệ sản xuất interferon tế bào E coli nấm men Nhờ hạ giá thành đáng kể interferon, khoảng 3-5 USD/1 triệu đơn vị (1994) Viện Sinh học Nhiệt đới thành phố Hồ Chí Minh từ năm 1989 hợp tác với nhà khoa học thuộc viện Hàn lâm Khoa học Ucraina triển khai cơng nghệ sản xuất interfefon nói thành phố Hồ Chí Minh Bước đầu họ tạo hàng chục tỉ đơn vị interferon, số thuốc thử nghiệm có kết người bệnh bệnh viện Chợ Rẫy thành phố Hồ Chí Minh Hi vọng tương lai gần thuốc interferon sản phẩm gần gũi hợp túi tiền người Việt Nam Tương tự interferon, sản phẩm khác giúp thể tăng khả miễn dịch interleukin nhà sản xuất theo công nghệ sử dụng DNA tái tổ hợp Hiện interleukin interferon thử nghiệm với số biệt dược khác để chữa trị bệnh ung thư bệnh AIDS + Sản xuất hormone phát triển người nhờ DNA tái tổ hợp Hormone phát triển người protein chứa 191 amino acid tương tự với MW khoảng 22.000 dalton Thiếu thể người bị lùn Để chữa trị, người ta phải tiêm hormone phát triển cho đứa trẻ thiếu hormone nói Trước đây, hormone phát triển tách từ tuyến hạ não người chết Tuy nhiên, phương pháp số hạn chế Hiện nay, hormone phát triển sản xuất công nghệ sử dụng DNA tái tổ hợp thông qua E coli + Sản xuất vaccine cơng nghệ DNA tái tổ hợp Cơng trình Louis Pasteur (tháng 7/1885) mở đầu cho kỉ nguyên đấu tranh chống bệnh nhiễm trùng đề phòng chúng tiêm chủng Cho đến thời gian gần đây, người ta sử dụng vaccine sống (là vi khuẩn virus gây bệnh bị xử lí làm yếu đi) làm kháng nguyên kích thích tạo kháng thể cần thiết thể người vật nuôi Do vậy, xuất nhu cầu tạo vaccine hệ tránh hạn chế nói Cho đến nay, công nghệ sử dụng DNA tái tổ hợp người ta sản xuất protein vỏ số virus như: virus bệnh lở mồm long móng, virus bệnh dại viêm gan B Trong số này, vaccine vaccine viêm gan B chế từ protein vỏ virus viêm gan B (là bệnh phổ biến người Việt Nam) Vaccine nói (có bàn chất protein) tổng hợp tích lũy tế bào nấm men hay tế bào động vật chứa gene mã hóa protein peptide đơn sản xuất công nghệ DNA tái tổ hợp 88 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng Trương Văn Lung Ứng dụng enzyme y học Trong tương lai gần, enzyme ứng dụng rộng rãi ngành y tế để làm đầu dò cho thiết bị y tế để chữa bệnh Hiện nay, số enzyme glucosoxydase, hexokinase, cholesteroloxydase, esterase, urease, alcohol dehydrogenase, v.v sử dụng rộng rãi ngành y tế Điển hình việc sử dụng glucosoxydase cố định bề mặt điện cực platinum thiết bị phân tích hàm lượng glucose máu Bàn chất hoạt động điện cực sau: Enzyme glucosoxydase gắn màng điện cực, điện cực tiếp xúc với dịch mẫu chứa glucose xúc tác phản ứng: Glucose + O2 → Gluconic acid + H2O2 Do đó, mẫu nhiều glucose nhiều oxygene tự ghi nhận điện cực platinum Qua đó, người ta xác định hàm lượng glucose mẫu phân tích (thí dụ máu chẳng hạn) (hình IV.6) Glucose O2 H2O2 Gluconic acid Màng gắn Màng glucosoxydase điện cực Điện cực platinum (cathode) Hình III.6 Điện cực gắn enzyme glucosoxydase Trong y học, enzyme sử dụng để loại bỏ cục thịt mỡ dư thừa gây nguy hiểm cho số phận thể người Thí dụ, người ta dùng enzyme streptokinase urokinase để làm tan máu đông làm nghẽn mạch máu Hoặc, enzyme sử dụng để chữa trị bệnh liên quan đến thiếu hụt số enzyme người Đầu năm 1993, bác sĩ người Italia tiến hành phẫu thuật gene cho cháu trai tuổi đảo Sicile (Italia) bị bệnh di truyền bẩm sinh thiếu enzyme adenosine desaminase lầm lẫn gene khoảng 40.000 gene, làm cho hệ miễn dịch người rối loạn Chính enzyme phá hủy sản phẩm trung gian sản sinh trình trao đổi chất Vô hại tế bào khác lại độc lyphocyte T (tế bào bạch huyết T) Khơng có hệ thống miễn dịch bị hỏng (giống 89 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng Trương Văn Lung bệnh AIDS) Trước đây, bệnh vô phương cứu chữa Gần đây, người bác sĩ tiến hành lấy máu tủy xương cháu – nơi sinh lymphocyte T, đưa virus vơ hại có mang gene enzyme nói vào mẫu tủy đó, lại đưa ngược trở lại vào thể cháu bé Liệu pháp lặp lại lần, mức enzyme mẫu tăng Cháu bé thấy khác hẳn lên Cơng nghệ gene tiến hành khơng phải lần Ở Mĩ có cháu bé gái sống bình thường sau ghép gene từ ngày 14 tháng năm 1990 Ba nhà bác học người Mĩ Frech Andreson, Michael Blaese Ken Calver viện Sức khỏe Quốc gia tiến hành chuyển gene enzyme adenosine desaminase cho cháu bé gái tuổi mắc bệnh suy giảm miễn dịch phối hợp nói (SCID) phải sống buồng vơ trùng Tháng 5/1993, nhân họp báo, ông Ken Calver - người lãnh đạo nhóm chuyển gene nói: “Tạm thời chúng tơi hài lịng với kết thu Một cháu bé hoàn toàn tránh nhiễm trùng, nồng độ enzyme đạt gần mức bình thường Hệ miễn dịch cháu khỏe lên Cháu chạy chơi ngồi phố, đến lớp học, chí chơi thể thao cháu khác” Sử dụng phương pháp di truyền phân tử kĩ thuật DNA tái tổ hợp để chẩn đoán chữa trị bệnh 4.1 Chẩn đoán bệnh di truyền thai nhi Tế bào hồng cầu lưỡi liềm Tế bào hồng cầu bình thường Tách DNA cắt nuclease Tách DNA m-RNA globulin Đoạn DNA chứa gene mã hóa hemoglobin Sao chép ngược +P* Lai đoạn DNA với Phát đoạn DNA đặc hiệu globulin phương pháp đồng vị đánh dấu Hình III.7 Phương pháp cắt phân đoạn đa hình DNA ... chủ biên), Nxb Giáo dục Hà Nội, tr 43 3 -4 69 Trương Văn Lung, 20 04 Cơng nghệ sinh học số lồi Tảo kinh tế Nxb Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 76 CNSH phục vụ nông lâm ngư nghiệp Lung Trương Văn Lê Đình Lương,... gene/cơng nghệ sinh học trồng mua bán thị trường giới năm 20 04 Bản tin Công nghệ Sinh học tháng 01 năm 2005 www.biotechvn.com,vn 34 CNSH với bảo vệ sức khỏe cộng đồng 77 Trương Văn Lung CÔNG NGHỆ SINH. .. mơi trường ni 8 .4 Ứng dụng công nghệ sinh học sản xuất thức ăn nuôi trồng thủy sản Sản xuất thức ăn giải khâu quan trọng nuôi trồng thủy sản qui mô công nghiệp, phục vụ sinh sản giống nhân tạo