Chương 4 Nhân bản vô tính tế bào động vật TS. Đặng Đức Long

GIỚI THIỆU • Khái niệm Nhân bản vô tính dựa trên nguyên tắc chung: Tế bào động vật có tính toàn năng nhờ đó từ tế bào xoma cũng có thể tạo nên một cơ thể hoàn chỉnh đồng thời tế bào độ

Trang 1

CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VÔ TÍNH

ĐỘNG VẬT

4.1 GIỚI THIỆU

• Khái niệm

Nhân bản vô tính (hay còn gọi là tạo dòng vô tính) là quá

trình tạo ra một một tập hợp các cơ thể giống hệt nhau về mặt

di truyền và giống bố (hoặc mẹ) ban đầu bằng phương thức

sinh sản vô tính.

Sinh sản vô tính là sự sinh sản không kèm theo tái tổ hợp di truyền, được thực hiện theo cơ chế phân bào mitose, trong đó genome được tái bản nguyên vẹn Sinh sản vô tính chỉ tồn tại ở những cơ thể có cấu trúc tương đối đơn giản và thấy nhiều ở thực vật (thực vật cũng có hình thức sinh sản hữu tính) Ở

động vật bậc cao sinh sản vô tính chỉ tồn tại ở giai đoạn phát triển sớm hoặc dưới hình thức biến dạng của sinh sản hữu tính như hình thức đơn tính sinh

Trang 2

ĐỘNG VẬT

Nhân bản vô tính dựa trên nguyên tắc chung:

Tế bào động vật có tính toàn năng nhờ đó từ tế bào xoma

cũng có thể tạo nên một cơ thể hoàn chỉnh đồng thời tế bào

động vật (tách từ mô) có thể được nuôi cấy trên các loại môi trường dinh dưỡng tổng hợp bên ngoài cơ thể, chúng sinh

trưởng bằng cách tăng số lượng và kích thước tế bào

Tế bào động vật từ một tế bào trưởng thành cũng có thể quay trở lại trạng thái bào thai để rồi phát triển thành cơ thể mới

Mọi tế bào của một cơ thể đa bào đều xuất từ một tế bào hợp

tử ban đầu qua phân bào nguyên nhiễm, do đó nhân của chúng hoàn toàn giống hệt nhau về mặt di truyền

Trang 3

ĐỘNG VẬT

Tùy theo mục đích của việc tạo dòng mà người ta chia ra:

tạo dòng sinh sản (reproductive cloning), hay nhân bản

tạo dòng là tạo dòng liệu pháp (therapeutic cloning) hay tạodòng nghiên cứu (research cloning) hoặc tạo dòng không sinhsản (non-reproductive cloning)

• Tạo dòng sinh sản (reproductive cloning) là một phương pháp sản xuất phôi, cho ra những cá thể giống nhau một cách an toàn, chúng là một dòng của cá thể ban đầu, có cùng bộ gen,

kể cả DNA của ti thể

• Tạo dòng liệu haytạo dòng trị liệu, kĩ thuật này được sử dụng

để sản xuất phôi nhằm mục đích thu nhận tế bào gốc, phục vụ cho việc chữa mô bị hư hỏng hay khiếm khuyết

Trang 4

ĐỘNG VẬT

4.2 KĨ THUẬT NHÂN BẢN VÔ TÍNH Ở ĐỘNG VẬT

đây là kỹ thuật nhân nhiều cá thể từ những tế bào vô tính

(somatic cell) Quá trình nhân bản khá phức tạp, mỗi loài động vậtlại khác nhau về chi tiết cụ thể

a/ Quy trình 1: Trong quy trình này gồm có một động vật cho tế

bào và một động vật khác cho trứng.

Tế bào lấy từ tai, da, tuyến vú,mô sơi của động vật cho Đem nuôi cấy

in vitro, môi trường nuôi cấy rất nghèo huyết thanh, với mục đích làm cho tế bào chuyển dần về trạng thái G0 Về mặt trúng (noãn) phải là

trứng chưa thụ tinh, rút nhân, hoạt hoá bằng dòng điện Sau đó, đưa tế bào vào một noãn chưa thụ tinh, đã rút nhân của một động vật cái khác Dùng xung điện kích thích, 2 tế bào kết hợp với nhau tạo thành phôi Đem phôi cấy vào tử cung con cái cùng loài mang thai tạo ra động vật mới

Trang 5

ĐỘNG VẬT

Trang 6

ĐỘNG VẬT

Trang 7

ĐỘNG VẬT

b/ Quy trình 2: Trong quy trình này chỉ cần 1 động vật

Quy trình này ra đời từ năm 2001 sau khi ACT một công ty của

Mỹ công bố một thành tựu mới Họ đã kích thích một tế bào

trứng tự trở thành một phôi sớm, mà không qua bất cứ quá trình thụ tinh nào, cũng không cần bất cứ vật liệu di truyền nào từ bên ngoài Phôi này dùng lấy tế bào gốc hoặc cấy vào tử cung con cái

để cho ra sinh vật nhân bản

Trang 8

ĐỘNG VẬT

b/ Quy trình 2: Trong quy trình này chỉ cần 1 động vật

Cơ sở khoa học của quy trình này: thông thường, khi một tinh

trùng có bộ NST (n) kết hợp với một trứngcó bộ NST (n) và bộ gene của chúng lồng với nhau, phôi mới sẽ hình thành có bộ NST (2n) và phát triển Để tránh việc phôi có hai bộ NST (4n) sau thụ thai, tạo hóa đã khiến cho trứng và tinh trùng khi trưởng thành chỉ luôn có một nửa bộ gene (sau sự giảm phân - giảm một nửa nhiễm sắc thể - của tế bào sinh dục) Tuy nhiên, trong quá trình trưởng thành, trứng giảm phân tương đối muộn hơn

Nếu bằng cách nào đó, người ta buộc một tế bào trứng hoạt động trước khi giảm phân, nó vẫn sẽ có một bộ gene đầy đủ, và có thể phát triển thành một phôi nhân bản với đầy đủ chức năng

Trang 9

ĐỘNG VẬT

4.3 THÀNH TỰU

• Năm 1952 R.Briggr và T.King Họ đưa các tế bào phôi ếch ở

giai đoạn phôi nang vào trứng ếch đã loại nhân và nhận được

nòng nọc sống Nhiều thí nghiệm trên lưỡng thê sau đó đã cho

phép thu nhận những cá thể trưởng thành

• Năm 1984, S Willadsen thu được nhiều cừu trưởng thành từ các

phôi 8 đến 16 tế bào đặt vào các trứng đã loại bỏ nhân Các kết quả tương tự cũng được ghi nhận ở Bò (First 1986), Thỏ ( Renard

&Heyman 1990)

• Năm 1979, nhóm của L.B Shettles-Mỹ đã cấy tinh nguyên bào

vào noãn người đã loại nhân và thu được phôi phát triển đến phôi dâu

• Năm 1994, R.Stillman-Mỹ, đã tạo dòng được 17 phôi người

phát triển đến giai đoạn 32 tế bào

Trang 10

ĐỘNG VẬT

• 5 7 1996 Cừu Dolly ra đời Dolly có trọng lượng bình thường

không có biểu hiện dị dạng như các thí nghiệm trước đây Sống trong tử cung của “mẹ nuôi hộ” lông đen, nhưng cừu Dolly vẫn có lông trắng, các phân tích kiểm tra di truyền đã xác nhận cừu Dolly

là bản sao của cừu Finn Dorset, cừu đã cung cấp tế bào tuyến vú

•Những tế bào lấy từ tuyến vú một cừu cái Finn Dorset, sáu năm tuổi, lông trắng, ở thời kỳ ba tháng cuối từ khi cừu cái mang thai,

là thời kỳ tế bào tuyến vú đã được phân hóa (differentiation) cao

độ và phát triển Đem nuôi cấy in vitro các tế bào tuyến vú, để 5 ngày trong một môi trường nuôi cấy rất nghèo huyết thanh, với

mục đích làm cho chu kỳ tế bào giảm từ từ cho tới khi ngừng hoàn toàn Giai đoạn này được gọi là G0 Sau đó, làm lạnh trước khi

đưa mỗi tế bào tuyến vú vào một noãn chưa thụ tinh, đã rút nhân của một cừu cái khác, đầu Đen

Trang 11

Trang 12

ĐỘNG VẬT

• Ở đây có sự phối hợp của hai kỹ thuật, một là hoạt hóa trứng

đã lấy nhân ra của cừu đen, hai là làm ngừng chu kỳ sống của tế

bào tuyến vú cừu trắng, tức là những tế bào soma đã được biệt hóa cao độ, tách từ một cơ thể trưởng thành và người ta đã thành công trong kỹ thuật dung hợp tế bào Thành công này vượt lên các công trình trước đó, từ 1992 đã thất bại chủ yếu là do các tế bào phôi sử dụng để chuyển nhân không được định vị ở giai đoạn G0 (như

trường hợp tạo cừu Dolly), mà đã phát triển tới G2 (pha tăng

trưởng) hoặc S (pha tái bản, tổng hợp DNA), đã cản trở sự dung hợp tế bào

• Sau cừu Dolly Wilmut và Campbell, còn tạo ra 3 cừu con từ

những tế bào một bào thai 26 ngày và 4 cừu con từ những tế bào một phôi mới hình thành được 9 ngày

Trang 13

ĐỘNG VẬT

• Thành công nêu trên chứng tỏ trong thí nghiệm đã có một động vật có vú lớn có thể được nhân bản từ tế bào soma mà không cần có tác động gì của tế bào sinh dục, ngoài sinh chất của một noãn bào

• Về chất lượng, nói chung nhân bản từ tế bào soma có thể tạo được cá thể đực hoặc cái ưu việt theo ý muốn Tuy nhiên, vẫn còn một vấn đề cần tiếp tục kiểm tra, đó là vai trò của tế bào chất của trứng (noãn) khi dung hợp với tế bào soma (tuyến vú)

Tế bào chất của trứng tiếp nhận nhân chuyển vào đã khởi động cho sự phát triển của phôi Tuy nhiên cơ chế của quá trình

chuyển genome mẹ vào genome phôi vẫn chưa được sáng tỏ và vai trò của tế bào chất của noãn trong thí nghiệm dung hợp

cũng chưa được biết đầy đủ

Trang 14

ĐỘNG VẬT

• Năm 2000, PPL là công ty đầu tiên nhân bản lợn

• 25/11/2001, một công ty của Mỹ thông báo đã nhân bản thành

công phôi người đầu tiên Các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ nhân bản truyền thống với vật liệu là một trứng và một tế bào da người ADN của trứng bị loại bỏ, thay vào đó là vật liệu

di truyền (gene, ADN) từ nhân của tế bào da Trứng này sau đó phân chia tương tự như trứng được thụ tinh Tuy nhiên, khi

phát triển đến giai đoạn chùm tế bào hình cầu (gồm 6 tế bào), quá trình trưởng thành của phôi đã bị ngưng lại, không cho

phôi tiếp tục hình thành một thai nhi

Trang 15

ĐỘNG VẬT

• 27/11/2001, Công ty Advanced Cell Technology (ACT), Mỹ

làm cho một trứng người tự phân chia giống như cách của phôi vậy.Trong trường hợp này, tế bào trứng người tự phát triển

thành một phôi mà không cần đưa vào bất cứ vật liệu di truyền (ADN, gene) nào từ tinh trùng Phôi này sẽ là bản sao của

người mẹ Đây cũng là một nguồn tế bào gốc hữu ích, có thể phát triển thành các mô và nội quan thay thế, dùng để chữa trị các bệnh nan y do suy thoái gene

Trang 16

ĐỘNG VẬT

• 15/2/2002, Một mèo nhà với biệt danh “Cc” chào đời ở Mỹ

Đây là thành công đầu tiên của một chương trình thí nghiệm nhằm giúp mọi người có được bản sao con vật yêu quý của họ.Các nhà khoa học đã tạo ra Cc bằng cách cấy ADN từ một con mèo tam thể cái vào một tế bào trứng đã bỏ nhân Sau đó, họ cấy phôi này vào tử cung một con mèo mướp thay thế Cc ra đời với màu lông đích thị là một sản phẩm nhân bản Nó trông gần giống bà mẹ di truyền (bà mẹ thực), nhưng lại rất khác với con mèo mướp đã sinh ra nó (mẹ thay thế) Các nhà khoa học cho rằng, nguyên nhân của hiện tượng này là vì màu lông

không chỉ do các yếu tố gene quy định, mà còn ảnh hưởng bởi điều kiện trong tử cung

Trang 17

ĐỘNG VẬT

• 9/4/2003, Các nhà khoa học Mỹ tạo ra hai chú bò rừng banteng

từ một con vật đã chết cách đây hơn 20 năm Thành công này

mở đường cho việc áp dụng kỹ thuật nhân bản để cứu nhiều

loài động vật khác cũng đang trong tình trạng nguy cấp Đôi

bê con là bản sao của một con “thú đông lạnh”- một dự án mà vườn thú San Diego tiến hành từ năm 1980, rất lâu trước khi công nghệ nhân bản trình làng.“Đôi bò được nhân bản bằng

cách chuyển ADN từ những tế bào đông lạnh vào trứng bò nhà

đã loại nhân trước đó Sau cùng, phôi được cấy vào một con bò nhà cái - con mẹ thay thế của nó Mặc dù 16 con tham gia nhận phôi, nhưng chỉ có 2 trong số đó thành công”

Trang 18

ĐỘNG VẬT

• 30/5/2003, Các nhà khoa học Mỹ cho biết con la đặt tên Idaho

Gem, gần 1 tháng tuổi và có sức khoẻ tốt Đây không chỉ là con

la đầu tiên được nhân bản mà còn là con vật thuộc họ ngựa đầu tiên được sao chép Nó cũng là trường hợp nhân bản đầu tiên của loài vật vốn thông thường không thể sinh sản được La hầu như vô sinh Chúng được sinh ra từ một con lừa đực với một con ngựa cái Ngựa có 64 nhiễm sắc thể, lừa 62, do vậy mà la

có 63 nhiễm sắc thể Tỷ lệ nhân bản thành công thường rất

thấp, trong số hơn 300 phôi thai được tạo ra lần này, chỉ có 3 bào thai là có thể phát triển được 2 anh em nữa của Gem vẫn chưa được sinh ra

Trang 19

ĐỘNG VẬT

• 7/8/2003, Các nhà khoa học Italy tuyên bố đã nhân bản thành

công một con ngựa, mở ra triển vọng cho ra đời những chú

ngựa đua vô địch Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm

công nghệ sinh sản ở Cremona đã trộn tế bào da với trứng ngựa sau khi đã loại bỏ nhân của trứng Họ tạo ra được gần 850 phôi thai, trong đó chỉ có 22 phôi là tiến được tới giai đoạn phân

chia tế bào

Trang 20

ĐỘNG VẬT

• 26/9/2003, các nhà nghiên cứu Trung Quốc và Pháp tuyên bố

đã tạo ra thành công phiên bản của một số con chuột đồng (rat), gồm cả đực và cái Chuột đồng đi sau các con khác bởi quá

trình nhân bản gặp khó khăn đặc biệt trong việc kiểm soát sự phát triển của trứng trong giai đoạn đầu Các nhà khoa học đã

sử dụng một hoá chất vào thời điểm mấu chốt có thể cho ra

những phôi chất lượng dùng để cấy vào cơ thể con mẹ Tuy

vậy, cũng như các hoạt động nhân bản khác, tỷ lệ thất bại

thường rất cao

Trang 21

ĐỘNG VẬT

4.4 Ý NGHĨA CỦA NHÂN BẢN VÔ TÍNH NGƯỜI VÀ

ĐỘNG VẬT

• Về mặt khoa học: nó cung cấp một công cụ vô giá tìm hiểu

nhiều vấn đề cơ bản của sinh học phát triển

• Đối với y học: tạo nhiều động vật chuyển gen dùng trong thí

nghiệm, thử nghiệm thuốc, sản xuất nhiều động vật chuyễn gen

để sản xuất protein, sản xuất mô để ghép vào cơ thể người Ví dụ như việc nhân bản vô tính tạo phôi người, nuôi phôi người

để lấy tế bào gốc

• Đối với chăn nuôi: tạo ra nhiều vật nuôi đã chuyển gen phẩm

chất tốt, năng suất cao ổn định, sức chống chịu tốt cho người chăn nuôi

• Nhân bản vô tính còn mở ra một con đường mới để bảo tồn các

giống loài quý hiếm bảo vệ đa dạng sinh học trên thế giới

Trang 22

ĐỘNG VẬT

4.5 NHỮNG RÀO CẢN CỦA NHÂN BẢN VÔ TÍNH

NGƯỜI, ĐỘNG VẬT HIỆN NAY

a Về mặt đạo đức: vấn đề đặc biệt quan trọng khi làm việc với

con người Đã có nhiều nước có đạo luật cấm hoàn toàn việc nhân bản người

b Về mặt Khoa học: Nhiều nghiên cứu cho thấy tuổi thọ của

động vật sinh sản vô tính rất ngắn, hệ miễn dịch suy giảm

Sinh sản vô tính từ tế bào trưởng thành hàm chứa nhiều nguy

cơ vì: DNA càng già càng chứa nhiều sai hỏng, các telomere càng ngắn sau nhiều lần nhân đôi, telomere ngắn đến một giới hạn nhất định tế bào không phân chia nữa và chêt Những hiểu biết của con người về ảnh hưởng của DNA trong ti thể của tế bào trứng (noãn) khi kết hợp với DNA trong nhân của tế bào khác còn quá ít

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	399,95 KB