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

CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.1 GIỚI THIỆU • Khái niệm Nhân vơ tính (hay cịn gọi tạo dịng vơ tính) q trình tạo một tập hợp thể giống hệt mặt di truyền giống bố (hoặc mẹ) ban đầu phương thức sinh sản vơ tính Sinh sản vơ tính sinh sản khơng kèm theo tái tổ hợp di truyền, thực theo chế phân bào mitose, genome tái ngun vẹn Sinh sản vơ tính tồn thể có cấu trúc tương đối đơn giản thấy nhiều thực vật (thực vật có hình thức sinh sản hữu tính) Ở động vật bậc cao sinh sản vơ tính tồn giai đoạn phát triển sớm hình thức biến dạng sinh sản hữu tính hình thức đơn tính sinh CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.1 GIỚI THIỆU • Khái niệm Nhân vơ tính dựa ngun tắc chung: Tế bào động vật có tính tồn nhờ từ tế bào xoma tạo nên thể hoàn chỉnh đồng thời tế bào động vật (tách từ mơ) nuôi cấy loại môi trường dinh dưỡng tổng hợp bên thể, chúng sinh trưởng cách tăng số lượng kích thước tế bào Tế bào động vật từ tế bào trưởng thành quay trở lại trạng thái bào thai để phát triển thành thể Mọi tế bào thể đa bào xuất từ tế bào hợp tử ban đầu qua phân bào nguyên nhiễm, nhân chúng hồn tồn giống hệt mặt di truyền CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.1 GIỚI THIỆU • Khái niệm Tùy theo mục đích việc tạo dịng mà người ta chia ra: tạo dòng sinh sản (reproductive cloning), hay nhân tạo dòng tạo dòng liệu pháp (therapeutic cloning) hay tạo dịng nghiên cứu (research cloning) tạo dịng khơng sinh sản (non-reproductive cloning) • Tạo dịng sinh sản (reproductive cloning) phương pháp sản xuất phôi, cho cá thể giống cách an toàn, chúng dịng cá thể ban đầu, có gen, kể DNA ti thể • Tạo dòng liệu haytạo dòng trị liệu, kĩ thuật này sử dụng để sản xuất phơi nhằm mục đích thu nhận tế bào gốc, phục vụ cho việc chữa mô bị hư hỏng hay khiếm khuyết CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.2 KĨ THUẬT NHÂN BẢN VƠ TÍNH Ở ĐỘNG VẬT kỹ thuật nhân nhiều cá thể từ tế bào vơ tính (somatic cell) Q trình nhân khá phức tạp, lồi động vật lại khác về chi tiết cụ thể a/ Quy trình 1: Trong quy trình gồm có động vật cho tế bào động vật khác cho trứng Tế bào lấy từ tai, da, tuyến vú,mô sơi động vật cho Đem nuôi cấy in vitro, môi trường nuôi cấy nghèo huyết thanh, với mục đích làm cho tế bào chuyển dần về trạng thái G0 Về mặt trúng (noãn) phải trứng chưa thụ tinh, rút nhân, hoạt hố dịng điện Sau đó, đưa tế bào vào noãn chưa thụ tinh, rút nhân động vật khác Dùng xung điện kích thích, tế bào kết hợp với tạo thành phôi Đem phôi cấy vào tử cung loài mang thai tạo động vật CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.2 KĨ THUẬT NHÂN BẢN VƠ TÍNH Ở ĐỘNG VẬT CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.2 KĨ THUẬT NHÂN BẢN VƠ TÍNH Ở ĐỘNG VẬT CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.2 KĨ THUẬT NHÂN BẢN VƠ TÍNH Ở ĐỘNG VẬT b/ Quy trình 2: Trong quy trình cần động vật Quy trình đời từ năm 2001 sau ACT công ty Mỹ công bố thành tựu Họ kích thích tế bào trứng tự trở thành phơi sớm, mà khơng qua q trình thụ tinh nào, không cần vật liệu di truyền từ bên ngồi Phơi dùng lấy tế bào gốc cấy vào tử cung sinh vật nhân CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.2 KĨ THUẬT NHÂN BẢN VƠ TÍNH Ở ĐỘNG VẬT b/ Quy trình 2: Trong quy trình cần động vật Cơ sở khoa học quy trình này: thơng thường, tinh trùng có NST (n) kết hợp với trứngcó NST (n) gene chúng lồng với nhau, phơi hình thành có NST (2n) phát triển Để tránh việc phơi có hai NST (4n) sau thụ thai, tạo hóa khiến cho trứng tinh trùng trưởng thành có nửa gene (sau giảm phân - giảm nửa nhiễm sắc thể - tế bào sinh dục) Tuy nhiên, trình trưởng thành, trứng giảm phân tương đối muộn Nếu cách đó, người ta buộc tế bào trứng hoạt động trước giảm phân, có gene đầy đủ, phát triển thành phôi nhân với đầy đủ chức CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.3 THÀNH TỰU • Năm 1952 R.Briggr T.King Họ đưa tế bào phôi ếch giai đoạn phôi nang vào trứng ếch loại nhân nhận nòng nọc sống Nhiều thí nghiệm lưỡng thê sau cho phép thu nhận cá thể trưởng thành • Năm 1984, S Willadsen thu nhiều cừu trưởng thành từ phôi đến 16 tế bào đặt vào trứng loại bỏ nhân Các kết tương tự ghi nhận Bò (First 1986), Thỏ ( Renard &Heyman 1990) • Năm 1979, nhóm L.B Shettles-Mỹ cấy tinh nguyên bào vào noãn người loại nhân thu phơi phát triển đến phơi dâu • Năm 1994, R.Stillman-Mỹ, tạo dịng 17 phơi người phát triển đến giai đoạn 32 tế bào CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.3 THÀNH TỰU • 1996 Cừu Dolly đời Dolly có trọng lượng bình thường khơng có biểu dị dạng thí nghiệm trước Sống tử cung “mẹ ni hộ” lơng đen, cừu Dolly có lơng trắng, phân tích kiểm tra di truyền xác nhận cừu Dolly cừu Finn Dorset, cừu cung cấp tế bào tuyến vú •Những tế bào lấy từ tuyến vú cừu Finn Dorset, sáu năm tuổi, lông trắng, thời kỳ ba tháng cuối từ cừu mang thai, thời kỳ tế bào tuyến vú phân hóa (differentiation) cao độ phát triển Đem nuôi cấy in vitro tế bào tuyến vú, để ngày môi trường nuôi cấy nghèo huyết thanh, với mục đích làm cho chu kỳ tế bào giảm từ từ ngừng hoàn toàn Giai đoạn gọi G0 Sau đó, làm lạnh trước đưa tế bào tuyến vú vào noãn chưa thụ tinh, rút nhân cừu khác, đầu Đen CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.3 THÀNH TỰU Sau đó, làm lạnh trước đưa tế bào tuyến vú vào noãn chưa thụ tinh, rút nhân cừu khác, đầu Đen Kết quả: tế bào hình thành, phát triển, tạo thành phơi CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.3 THÀNH TỰU • Ở có phối hợp hai kỹ thuật, hoạt hóa trứng lấy nhân cừu đen, hai làm ngừng chu kỳ sống tế bào tuyến vú cừu trắng, tức tế bào soma biệt hóa cao độ, tách từ thể trưởng thành người ta thành công kỹ thuật dung hợp tế bào Thành công vượt lên cơng trình trước đó, từ 1992 thất bại chủ yếu tế bào phôi sử dụng để chuyển nhân không định vị giai đoạn G0 (như trường hợp tạo cừu Dolly), mà phát triển tới G2 (pha tăng trưởng) S (pha tái bản, tổng hợp DNA), cản trở dung hợp tế bào • Sau cừu Dolly Wilmut Campbell, cịn tạo cừu từ tế bào bào thai 26 ngày cừu từ tế bào phơi hình thành ngày CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.3 THÀNH TỰU • Thành cơng nêu chứng tỏ thí nghiệm có động vật có vú lớn nhân từ tế bào soma mà không cần có tác động tế bào sinh dục, ngồi sinh chất nỗn bào • Về chất lượng, nói chung nhân từ tế bào soma tạo cá thể đực ưu việt theo ý muốn Tuy nhiên, vấn đề cần tiếp tục kiểm tra, vai trị tế bào chất trứng (noãn) dung hợp với tế bào soma (tuyến vú) Tế bào chất trứng tiếp nhận nhân chuyển vào khởi động cho phát triển phôi Tuy nhiên chế trình chuyển genome mẹ vào genome phơi chưa sáng tỏ vai trò tế bào chất nỗn thí nghiệm dung hợp chưa biết đầy đủ CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.3 THÀNH TỰU • Năm 2000, PPL cơng ty nhân lợn • 25/11/2001, cơng ty Mỹ thông báo nhân thành công phôi người Các nhà nghiên cứu sử dụng công nghệ nhân truyền thống với vật liệu trứng tế bào da người ADN trứng bị loại bỏ, thay vào vật liệu di truyền (gene, ADN) từ nhân tế bào da Trứng sau phân chia tương tự trứng thụ tinh Tuy nhiên, phát triển đến giai đoạn chùm tế bào hình cầu (gồm tế bào), q trình trưởng thành phơi bị ngưng lại, khơng cho phơi tiếp tục hình thành thai nhi CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.3 THÀNH TỰU • 27/11/2001, Cơng ty Advanced Cell Technology (ACT), Mỹ làm cho trứng người tự phân chia giống cách phôi vậy.Trong trường hợp này, tế bào trứng người tự phát triển thành phôi mà không cần đưa vào vật liệu di truyền (ADN, gene) từ tinh trùng Phôi người mẹ Đây nguồn tế bào gốc hữu ích, phát triển thành mô nội quan thay thế, dùng để chữa trị bệnh nan y suy thoái gene CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.3 THÀNH TỰU • 15/2/2002, Một mèo nhà với biệt danh “Cc” chào đời Mỹ Đây thành công chương trình thí nghiệm nhằm giúp người có vật yêu quý họ Các nhà khoa học tạo Cc cách cấy ADN từ mèo tam thể vào tế bào trứng bỏ nhân Sau đó, họ cấy phơi vào tử cung mèo mướp thay Cc đời với màu lơng sản phẩm nhân Nó trơng gần giống bà mẹ di truyền (bà mẹ thực), lại khác với mèo mướp sinh (mẹ thay thế) Các nhà khoa học cho rằng, nguyên nhân tượng màu lơng khơng yếu tố gene quy định, mà ảnh hưởng điều kiện tử cung CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VÔ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.3 THÀNH TỰU • 9/4/2003, Các nhà khoa học Mỹ tạo hai bò rừng banteng từ vật chết cách 20 năm Thành công mở đường cho việc áp dụng kỹ thuật nhân để cứu nhiều loài động vật khác tình trạng nguy cấp Đơi bê “thú đông lạnh”- dự án mà vườn thú San Diego tiến hành từ năm 1980, lâu trước công nghệ nhân trình làng.“Đơi bị nhân cách chuyển ADN từ tế bào đơng lạnh vào trứng bị nhà loại nhân trước Sau cùng, phơi cấy vào bò nhà - mẹ thay Mặc dù 16 tham gia nhận phơi, có số thành cơng” CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.3 THÀNH TỰU • 30/5/2003, Các nhà khoa học Mỹ cho biết la đặt tên Idaho Gem, gần tháng tuổi có sức khoẻ tốt Đây khơng la nhân mà vật thuộc họ ngựa chép Nó trường hợp nhân lồi vật vốn thơng thường khơng thể sinh sản La vô sinh Chúng sinh từ lừa đực với ngựa Ngựa có 64 nhiễm sắc thể, lừa 62, mà la có 63 nhiễm sắc thể Tỷ lệ nhân thành công thường thấp, số 300 phôi thai tạo lần này, có bào thai phát triển anh em Gem chưa sinh CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.3 THÀNH TỰU • 7/8/2003, Các nhà khoa học Italy tuyên bố nhân thành công ngựa, mở triển vọng cho đời ngựa đua vô địch Các nhà nghiên cứu Phịng thí nghiệm cơng nghệ sinh sản Cremona trộn tế bào da với trứng ngựa sau loại bỏ nhân trứng Họ tạo gần 850 phơi thai, có 22 phơi tiến tới giai đoạn phân chia tế bào CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.3 THÀNH TỰU • 26/9/2003, nhà nghiên cứu Trung Quốc Pháp tuyên bố tạo thành công phiên số chuột đồng (rat), gồm đực Chuột đồng sau khác q trình nhân gặp khó khăn đặc biệt việc kiểm soát phát triển trứng giai đoạn đầu Các nhà khoa học đã sử dụng hoá chất vào thời điểm mấu chốt cho phơi chất lượng dùng để cấy vào thể mẹ Tuy vậy, hoạt động nhân khác, tỷ lệ thất bại thường cao CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.4 Ý NGHĨA CỦA NHÂN BẢN VƠ TÍNH NGƯỜI VÀ ĐỘNG VẬT • Về mặt khoa học: cung cấp cơng cụ vơ giá tìm hiểu nhiều vấn đề sinh học phát triển • Đối với y học: tạo nhiều động vật chuyển gen dùng thí nghiệm, thử nghiệm thuốc, sản xuất nhiều động vật chuyễn gen để sản xuất protein, sản xuất mô để ghép vào thể người Ví dụ việc nhân vơ tính tạo phơi người, ni phơi người để lấy tế bào gốc • Đối với chăn ni: tạo nhiều vật nuôi chuyển gen phẩm chất tốt, suất cao ổn định, sức chống chịu tốt cho người chăn ni • Nhân vơ tính cịn mở đường để bảo tồn giống loài quý bảo vệ đa dạng sinh học giới CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4.5 NHỮNG RÀO CẢN CỦA NHÂN BẢN VƠ TÍNH NGƯỜI, ĐỘNG VẬT HIỆN NAY a Về mặt đạo đức: vấn đề đặc biệt quan trọng làm việc với người Đã có nhiều nước có đạo luật cấm hoàn toàn việc nhân người b Về mặt Khoa học: Nhiều nghiên cứu cho thấy tuổi thọ động vật sinh sản vơ tính ngắn, hệ miễn dịch suy giảm Sinh sản vơ tính từ tế bào trưởng thành hàm chứa nhiều nguy vì: DNA già chứa nhiều sai hỏng, telomere ngắn sau nhiều lần nhân đôi, telomere ngắn đến giới hạn định tế bào không phân chia chêt Những hiểu biết người ảnh hưởng DNA ti thể tế bào trứng (noãn) kết hợp với DNA nhân tế bào khác cịn q ... BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4. 2 KĨ THUẬT NHÂN BẢN VƠ TÍNH Ở ĐỘNG VẬT CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4. 2 KĨ THUẬT NHÂN BẢN VƠ TÍNH Ở ĐỘNG VẬT b/ Quy trình 2: Trong quy trình cần động vật Quy trình... thích, tế bào kết hợp với tạo thành phôi Đem phôi cấy vào tử cung loài mang thai tạo động vật CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4. 2 KĨ THUẬT NHÂN BẢN VƠ TÍNH Ở ĐỘNG VẬT CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH...CHƯƠNG 4: NHÂN BẢN VƠ TÍNH ĐỘNG VẬT 4. 1 GIỚI THIỆU • Khái niệm Nhân vơ tính dựa ngun tắc chung: Tế bào động vật có tính tồn nhờ từ tế bào xoma tạo nên thể hoàn chỉnh đồng thời tế bào động vật