Phân tích tiềm năng phát triển Molecular farming(Các trang trại trồng cây chuyển gen) phục vụ sản xuất dược phẩm.docx

Chủ đề 11: Phân tích tiềm năng phát triển Molecular farming(Các trang trại trồng cây chuyển gen) phục vụ sản xuất dược phẩm? Việc phát triển này có mang lại những tác động tiêu cực đến môi trườngvà sức khỏe con người hay không? GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Phương Thảo SV Thực hiện: Nhóm 11 Họ và tên MSV 1.Trần Huy Bình 550323 2.Vũ Kim Cúc 550324 3.Lê Thị Dung 550325 4.Nguyễn Kim Dung 550326 MỞ ĐẦU Việc ứng dụng công nghệ sinh học hiện đai trong thời gian qua đã đạt được những thành tựu to lớn và có nhiều ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn, đặc biệt là đã tạo ra những sinh vật biến đổi gen mong muốn có giá trị cao Ví dụ: Bông chuyển gen có ghép gen trừ sâu BT Sản phẩm biến đổi gen đang mang lại giá trị kinh tế rất cao, trong đó sản phẩm y dược chiếm 75 % còn sản phẩm nông nghiệp chiếm 3% Bảng kết quả thống kê của một số loại cây chuyển gen có tác dụng trong dược phẩm: Cây chuyển gen Tạo hợp chất dược phẩm Tác dụng Cây ngô Tổng hợp alpha-L-induronidse Điều trị căn bệnh gây nguy hiểm đến tim não Cây piriwinkle Sản sinh nhiều hợp chất dược phẩm như những alkaloid vinblastine Sử dụng để sử lí ung thư như trường hợp bệnh Non- Hodgkin’s Cây thuốc lá Tổng hợp kháng thể immunoglobulin, kháng thể chống lại streptococcus mutans , kháng thể chống lại Có tất cả các đặc tính của kháng thể đơn dòng sản sinh từ hybridoma Trong 42 mẫu thí nghiệm các nhà khoa học nhận thấy việc ghép gen trừ sâu ngay trên cây trồng hoàn toàn có lợi về mặt môi trường vì tránh được dùng thuốc hoá học để phun trên diện rộng. Các sinh vật có lợi trong đất như giun hoặc côn trùng có ích như kiến vàng, bọ ngựa, ong – những loại côn trùng có ích - trong vùng trồng cây GM ghép gen trừ sâu xanh BT phát triển tốt hơn hẳn so với những cánh đồng phun thuốc trừ sâu hóa học. doxorubicin Biosimilar trastuzumab Cây cải dầu Hợp chất enkephalin Chất giảm đau Với nhiều giá trị mang lại, sự đầu tư mở rộng quy mô nghiên cứu và khai thác sản phẩm ngày càng mở rộng.Chính vì vậy trang trại cây trồng chuyển gen được quan tâm rất lớn. NỘI DUNG 1.Khái niệm Trang trại cây trồng chuyển gen (Molecular Farming/ Plant molecular farming – PMF) là sử dụng những cây biến đổi gen để sản xuất sản phẩm dược phẩm hoặc hóa chất công nghiệp Các sản phẩm của pharming là các protein tái tổ hợp hoặc các sản phẩm chuyển hóa của chúng. Protein tái tổ hơp được sử dụng phổ biến nhất là sản xuất được sản xuất bằng cách sử dụng vi khuẩn hoặc nấm men trong một bioreactor ( lò phản ứng sinh học) Cơ chế:Một phân tử AND mang thong tin di truyên cho một chất dược phẩm được chuyển vào hệ gen của cây trồng. Các cây mang gen này hoạt động như ột lò phản ứng sinh học sản xuất với số lượng lớn dược phẩm. Thông qua công nghiệp chế biến, các chất có hoạt tính dược học được chiết xuất và đưa vào sản phẩm. . Cơ chế của cây chuyển gen phục vụ sản xuất dược phẩm Một số đường hướng phát triển:  Tạo vaccine ăn được Vaccine ăn được từ thực vật là vaccine tiểu phần protein làm kháng nguyên mong muốn. Vaccine ăn là vaccine tác động vào thể dịch, kích thích cả hệ thống miễn dịch thể dịch và miễn dịch tế bào Tiêm chủng là một trong những trang bị tối cần thiết để một đứa trẻ lớn lên an toàn và khoẻ mạnh, tuy nhiên bất kỳ một đứa trẻ nào, (và ngay những trẻ đã lớn) đều rất “ngại” chỉ cần nghĩ đến việc tiêm thuốc. Vì đường tiêm thường gây đau cho người sử dụng, cộng thêm số lượng virút gây bệnh nguy hiểm ngày càng nhiều kéo theo số lượng mũi tiêm cũng tăng lên và mỗi lần tiêm vào mỗi chỗ khác nhau của cơ thể . Chưa kể đến việc bảo quản, vận chuyển với điều kiện nghiêm ngặt đối với các vaccine. Giải quyết hết tất cả những vấn đề này các nhà khoa học của chúng ta đã tạo ra một cái gọi là “Vaccine ăn” Ở nước ta Vaccin ăn có lẻ là một cụm từ khá mới mẻ nhưng đối với các nước phát triển trên thế giới thì nó không có gì xa lạ lắm, bởi từ những năm đầu thập niên 90 người ta đã tạo thành công những “cây Vaccine ăn” đầu tiên Tuy nhiên cho đến nay việc Nghiên cứu và phát triển vaccine ăn vẫn còn đang là một phương hướng nghiên cứu rất mới của công nghệ sinh học, đặc biệt là ở những nước đang phát triển và những nước nghèo, nơi mà vấn đề miễn dịch thường là mối quan tâm lớn. Nghiên cứu và phát triển vaccine ăn cần sự kết hợp đồng thời giữa lĩnh vực miễn dịch học và thực vật học. Do vậy việc nghiên cứu, phát triển và thử nghiệm vaccine ăn thông qua cây trồng chuyển gen vẫn còn nhiều hạn chế, tuy nhiên cũng đã thu được những nhiều thành tựu to lớn.  Tạo cây chuyển gen có chứa hợp chất dược phẩm (enzym,protein, )sử dụng để sản xuất dược phẩm Hiện nay, trong y học đã có khoảng 50 loại dược phẩm là sản phẩm biến đổi gen. Ví dụ: Sản xuất kháng nguyên HIV từ cây chuyển gen  Kháng thể cho ứng dụng chẩn đoán phòng ngừa, và điều trị (chẳng hạn như ngăn ngừa sâu răng, giảm thải ghép thận, và giúp đỡ trong việc điều trị ung thư) 2.Ưu, nhược điểm 2.1.Ưu điểm Ưu điểm của cây chuyển gen phục vụ sản xuất dược phẩm 1. Cho phép sản xuất với số lượng lớn: Với vắcxin thực vật, có thể tạo ra lượng thuốc đầu tiên để kiểm nghiệm y tế trong vòng 8 đến 10 tuần 2. Chi phí thấp: quá trình sinh protein, các hoạt chất do cây trồng tự tổng hợp, xây dựng các nhà kính hiệu quả hơn về mặt chi phí so với các cơ sở tiệt trùng, công nghệ sản xuất đặt tiền và các bể thép không rỉ cần để cấy tế bào côn trùng hoặc động vật có vú được sử dụng trong các vắcxin truyền thống. 3. Không mang mầm bệnh nguy hiểm đến sức khỏe con người: do loại bỏ các nguy cơ ô nhiễm củasản phẩm cuối cùng với virus động vật và prion. Thực vật không mang mầm bệnh nguy hiểm cho sức khỏe con người . Ngoài ra, về mức độ các protein dược lý hoạt động, không có protein trong thực vật tương tự như protein của con người. Mặt khác, các thực vật vẫn còn đầy đủ liên quan chặt chẽ với động vật và con người, chúng có thể xử lý một cách chính xác protein động vật và con người. 4. Dễ bảo quản và vận chuyển: các loại thuốc hay vaccine bình thường điều kiện bảo quản rất nghiêm ngặt (đòi hỏi phải được lưu giữ trong môi trường lạnh, điều kiện vô cùng khó khăn ở những vùng xa xôi đối với các nước đang phát triển. Trong khi các nước này lại có tỉ lệ bệnh tật rất cao).Do vậy khoa học gần đây đã coi cây trồng như một nguồn vacxin phòng bệnh 5. Dễ quản lý: thu hái toàn bộ sản phẩm đưa vào chiết tách để sản xuất dược phẩm không để phát tán ra bên ngoài, có thể đốt những phần không sử dụng… 6. Khả năng mở rộng quy mô lớn: có thể dễ dàng mở rộng quy mô sản xuất để thương mại hóa trong vòng 2 đến 4 tháng. 7. Thân thiện với môi trường:cây chuyển gen phục vụ sản xuất dược phẩm cũng là một loại thực vật vì vậy nó sẽ góp phẩn iảm bớt ô nhiễm đất đai và nước ngầm, đồng thời làm sạch kim loại 8. Nguồn nguyên liệu dễ kiếm tìm: Các sản phẩm tiềm năng của cây trồng chuyển gen bao gồm máu mỏng, giám sát, hemoglobin, insulin, hormon tăng trưởng, điều trị ung thư và các biện pháp tránh thai. Sản phẩm đã có trong các đường ống bao gồm nhà máy sản xuất vắc- xin viêm gan B, bệnh tả, bệnh dại, HIV, sốt rét và cúm. Một công ty đang phát triển ngô biến đổi gen (ngô) để sản xuất lipase, một loại enzyme tiêu hóa được sử dụng để điều trị các bệnh nhân bị xơ nang. Viêm khớp và các bệnh tự miễn dịch khác cũng là mục tiêu cho các nhà máy sản xuất vắc-xin ( Sala et al, 2003 ). Các nhà nghiên cứu đã tập trung vào ngô, chuối, cà chua, cà rốt và rau diếp là cơ chế có thể uống giao đối với vắc xin như vậy bởi vì những thực phẩm này có thể được ăn sống, do đó tránh các protein biến tính thường xảy ra trong khi nấu ( Sala et al 2003 ). Sản xuất vắc-xin trong các nhà máy thực phẩm sẽ loại bỏ sự cần thiết phải làm lạnh, làm hạn chế tính hữu dụng của vắc-xin nhất định ở nhiều nơi trên thế giới ( Walmsley và Arntzen 2000 ) So sánh với các hệ thống sản xuất dược phẩm khác : Vi sinh vật: Nhu cầu dược phẩm toàn cầu là mức không hạn chế. Mở rộng hệ thống biểu hiện có vi khuẩn , mặc dù khả thi đối với một số sản phẩm điều trị, nhưng không phải là một lựa chọn thỏa đáng trên nhiều cơ sở.Nhiều protein quan tâm là quá phức tạp để được thực hiện bằng hệ vi sinh vật hoặc bằng cách tổng hợp protein Ðộng vật: Những protein được hiện đang được sản xuất trong nuôi cấy tế bào động vật , nhưng các sản phẩm kết quả là thường tốn kém cho nhiều bệnh nhân. Đối với những lý do này, khoa học đã khám phá các tùy chọn khác để sản xuất protein của giá trị điều trị. Tổng hợp hóa học: sử dụng các chất hóa học tổng hợp sẽ không an toàn cho người điều chế và quá trình này thải ra ngoài môi trường các loại hóa chất lam ô nhiễm môi trường, tổng hợp các phân tử protein rất nhỏ, ít hơn 30 amino acid. Hầu như tất cả các protein của giá trị điều trị lớn hơn này và yêu cầu các tế bào sống để sản xuất chúng Đối với những lý do này, khoa học đã nghiên cứu các hệ thống biểu hiện khác để sản xuất protein, các hoạt chất dược học đó là cây trồng chuyển gen phục vụ sản xuất dược phẩm. Các loại cây trồng dược phẩm có thể trở thành vô cùng có lợi ở các nước đang phát triển. Tổ chức Y tế Thế giới ước tính rằng gần 3 triệu người chết mỗi năm do bệnh vắc-xin phòng ngừa được, chủ yếu là ở châu Phi. Bệnh như bệnh sởi và viêm gan dẫn đến tử vong ở các quốc gia nơi mà người dân không thể đủ khả năng chi phí cao của vắc-xin, nhưng cây trồng chuyển gen phục vụ sản xuất dược phẩm có thể giúp giải quyết vấn đề này. Bảng so sánh các hệ thống biểu hiện protein ở các hệ thống sông Các hệ thống Nấm Vi khuẩn Thực vật chuyển gen Nuôi cấy tế bào động vật Động vật chuyển gen Chi phí duy trì Không tốn kém Không tốn kém Không tốn kém Đắt Đắt Điều kiện lưu giữ -2 o C -2 o C T o phòng Có N 2 Chưa có thông tin Kích cỡ gene chuyển nạp Chưa có thông tin Chưa có thông tin Không hạn chế Hạn chế Hạn chế Chi phí sản xuất Trung bình Trung bình Thấp cao cao 14 2.2.Nhược điểm Khó tinh sạch và chiết tách: Thực ra việc sản xuất protein trong thực vật dễ dàng nhưng tinh sạch và chiết tách protein ở mô thực vật là vô cùng khó khăn, giá thành cao = > Giải pháp : Một pp mới được Raskin và cộng sự năm 1999 đưa ra là: Những gen được gắn với protein được gắn với promoter và đản bảo cho promoter chỉ được tổng hợp ở rễ .Tiếp theo protein tạo thành có 1 hệ thống tín hiệu đảm bảo cho nó được vận chuyển vào một vị trí xác định trong cell. Trong trường hợp đặc biệt protein được vận chuyển vào màng lưới nội chất,protein đi vào lnc và có thể được thải ra ngoài và chỉ ở vùng rễ vì promoter chỉ đặc hiệu cho vùng này. Người ta dùng muối để tách protein 1 cách dễ dàng với giá thành hợp lí 2.Thực phẩm vacxin có thể bị lẫn vào trong thực phẩm trong siêu thị hoặc cửa hàng thì hậu quả sẽ khôn lường => Giải pháp: nghiên cứu trong lĩnh vực này hiện nay tập trung vào các loại cây trồng phi lương thực mà vắc-xin sau đó tinh sạch và đóng gói như là một viên thuốc hoặc viên nang. Sự phát triển của một loại vắcxin đường uống, đóng gói như là một viên thuốc hoặc viên nang. Nó cho phép phân phối rộng hơn và lưu trữ dễ dàng hơn của sản phẩm Kết quả là, các nước đang phát triển sẽ có khả năng phân phối vắc-xin rất cần thiết là không thực tế trong một hình thức chất lỏng, trong đó yêu cầu làm lạnh hoặc phải được quản lý thông qua tiêm 3. Không phục vụ chuỗi thức ăn dù mất 1 diện tích đất canh tác lớn 2.3.Ví dụ về cây trồng chuyển gen phục vụ sản xuất dược phẩm  Thuốc lá chuyển gen để tạo thuốc trị các bệnh tự miễn dịch và dễ bị viêm bao gồm luôn cả bệnh tiểu đường. Thuốc lá từ lâu đã được biết là không có lợi cho sức khỏe, nhưng hiện nay các nhà khoa học vừa thành công trong một nghiên cứu thử nghiệm sử dụng cây thuốc lá chuyển gen để tạo thuốc trị các bệnh tự miễn dịch và dễ bị viêm bao gồm luôn cả bệnh tiểu đường. Một nhóm nghiên cứu lớn thuộc một vài tổ chức nghiên cứu Châu âu đã tham gia vào một phần của dự án Pharma-Planta. Dẫn đầu nhóm nghiên cứu là giáo sư Mario Pezzotti của đại học Verona, nhóm bắt đầu tạo cây thuốc lá chuyển gen có khả năng sản xuất ra interleukin có hoạt tính sinh học (IL-10), một loại cytokine có khả năng chống viêm. Họ thử 2 loại IL-10 có nguồn gốc khác nhau (một từ virus và 1 từ chuột) và cuối cùng là tái sinh cây chuyển gen để xem loại nào hoạt động hiệu quả nhất. Kết quả là cây thuốc lá chuyển gen có thể sản xuất tất cả các dạng của IL-10, tạo ra cytokine có hoạt tính ở nồng độ đủ cao, điều này chứng tỏ là chúng ta có thể sử dụng lá thuốc lá mà không cần phải thông qua các quá trình tách chiết hay tinh sạch dài hơi. Bước kế tiếp trong dự án là sẽ tiến hành thử nghiệm tác dụng thuốc lá chuyển gen sản sinh IL-10 trên chuột: cho chuột bị nhiễm bệnh tự miễn dịch ăn thuốc lá chuyển gen với mục đích là tìm hiểu xem hiệu quả tác động của chúng ra làm sao. Các tác giả rất hài lòng khi sử dụng thực vật để xem xét nếu liều lượng thuốc cần dùng mỗi lần ở lượng thấp và dùng lặp đi lặp lại liệu có giúp ngăn ngừa bệnh tiểu đường mellitus loại 1 (T1DM) (cùng sử dụng phối hợp với các tự kháng nguyên khác) hay không. Nhóm thu được một số lượng lớn các tự kháng nguyên – đồng dạng 65kDa của enzyme glutamic acid decarboxylase (GAD65)- đều là sản phẩm được do thuốc lá chuyển gen tạo ra. Theo Pezzotti, “thực vật chuyển gen là hệ thống hấp dẫn để sản xuất các protein chữa bệnh bởi vì chúng cho phép sản xuất số lượng lớn, giá rẻ và yêu cầu bảo quản thấp. Sự thật là chúng có thể ăn được, chế biến thành thuốc nếu cần, do đó tránh các quá trình tinh sạch dài lê thê, đây là 1 ưu điểm của nó khi so sánh với các thuốc tổng hợp truyền thống.  Thuốc lá biến đổi gene giúp chống bệnh dại Chi phí sản xuất các loại kháng sinh chữa bệnh dại tại các nước đang phát triển rất lớn nên đôi khi ngay cả người giàu cũng không thể tiếp cận những biện pháp điều trị bệnh dại tiên tiến nhất. Vì thế, giảm chi phí sản xuất kháng sinh chống bệnh dại để nhiều người có thể tiếp cận những phương pháp điều trị tiên tiến là giải pháp tối ưu và lâu dài đối với các nước nghèo. Những cây thuốc lá biến đổi gene có thể trở thành vũ khí hiệu quả trong hoạt động điều trị bệnh dại. [...]... tuyến đường khác có thể sản xuất rẻ tiền và hiệu quả của các loại thuốc mà có lẽ không liên quan đến các thao tác biến đổi gen của cây trồng KẾT LUẬN • Mặc dù có nhiều tranh cãi về tiềm năng và nguy cơ của cây trồng chuyển gen phục vụ sản xuất dược phẩm Song, trước những lợi ích đem lại, chúng ta có quyền hy vọng sự phát triển của chúng trong tương lai sẽ góp phần giải quyết vấn đề dược phẩm đang được... hình trang trại cây trồng chuyển gen Ví dụ:Gạo dược phẩm -Tại Ventria đã nhận được giấy phép liên bang để phát triển khoảng 100 hecta lúa dược phẩm tại California ( năm 1997) -Tuy nhiên,kế hoạch của công ty năm 2004: thử nghiệm120 mẫu gạo dược phẩm -Gạo Ventria đã được biến đổi gen để sản xuất lactoferrin và lysozyme, các hợp chất được sử dụng để điều trị tiêu chảy nặng ở trẻ sơ sinh Trang trại trồng. .. lại • Thương mại phát hành  Cấy chuyển gen phục vụ sản xuất dược liệu vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm giới hạn và giám sát  Chưa được phát hành vào môi trường cho các mục đích thương mại  Cần điều tra các lựa chọn chính sách phù hợp để đi vào thương mại 6 Công nghệ mới đầy hứa hẹn: Giống như nhiều công nghệ mới, kỹ thuật di truyền của cây trồng để sản xuất các sản phẩm dược phẩm có nhiều... thành một mối đe dọa tiềm năng đối với con ngườisức khỏe • Cung cấp lượng dược phẩm cần thiết • Tăng khả năng chăm sóc sức khỏe Kinh tế : • chi phí cho sản xuất thuốc men và vacxin thường rất lớn vì vậy các nhà khoa học đã tìm ra phương pháp tạo ra cây chuyển gen thu các hợp chất dược phẩm giúp giảm chi phí, và dễ sử dụng • Sản xuất từ thực vật sẽ rẻ hơn, hoàn toàn có khả năng phát triển trên quy mô lớn... một phát minh tuyệt vời Nhưng cũng có những nhược điểm, sẽ rất khó khăn để tránh ô nhiễm thực phẩm và các tác hại tiềm năng để động vật hoang dã nếu Dược phẩm được sản xuất rộng rãi trong các loại cây lương thực phát triển ra khỏi cửa Cuối cùng, những ưu và khuyết điểm của các chiến lược thay thế để đạt được các mục tiêu tương tự nên được đánh giá ( O'Brien 2000 ) Ví dụ, có thể một số cây trồng dược. .. gen nên có nguy cơ phát tán gen chuyển nạp sang họ hàng hoang dại của chúng, sang sâu bệnh có nguy cơ tăng tính kháng của chúng hoặc đặc tính chống chịu sâu bệnh của cây trồng chuyển gen hoặc làm tăng độc tố của cây trồng chuyển gen với những sinh vật có ích  Chuyển các gen ngoại lai làm xuất hiện các giống mới bất lợi cho môi trường  Có thể xảy ra thụ phấn chéo với các loại cây trồng thông thường,... tiết ra các chất….vào đất…  Phấn hoa PMF có thể được phát tán, ảnh hưởng sinh vật khác: hít phải gây dị ứng  Khi phát triển PMF quá chú trọng thì môi trường sống của 1 số loài (cây lương thực, động vật…) sẽ bị ảnh hưởng, mất đi, mắc kẹt hoặc tuyệt chủng 4 Sản xuất dược phẩm là cây thực phẩm so với cây không phải thực phẩm: Đầu tiên, thiết kế cây trồng có thể được cô lập về mặt địa lý để giảm nguy cơ... cô lập về mặt địa lý để giảm nguy cơ nhiễm bẩn trong việc cung cấp thực phẩm nói chung Ví dụ, cây dược phẩm có thể được trồng trên các đảo nơi mà các cây lương thực khác vắng mặt Thứ hai, các biên tập viên mà cây lương thực không nên được sử dụng để sản xuất protein dược phẩm, và rằng lựa chọn thay thế cây trồng không phải thực phẩm như thuốc lá có thể là một lựa chọn thông minh Nghiên cứu Quốc gia... thụ phấn với các cây trồng không biến đổi gen thông thường Những mối quan tâm có xác nhận lịch sử từ sư cố Prodigene và từ sự cố Starlink khi mà biến đổi gen vô tình có trong thực phẩm thương mại • Chỉ ô nhiễm 1 protein dược phẩm vào cây trồng lương thực sẽ đem lại thiệt hại kinh tế to lớn kéo theo ô nhiễm thực phẩm và thức ăn Vd: thực tế việc sản xuất gạo dược phẩm trong khu vực sản xuất lúa gạo lớn... người tại các nước đang phát triển và có thể tấn công những khách du lịch quốc tế Virus từ những con vật mắc bệnh dại (như chó) truyền sang người khi động vật cắn người  Phát triển thuốc chữa sốt rét từ cây thuốc lá Cây thuốc lá có thể được biến đổi gen để sản sinh ra artemisin, một thành phần hoạt hóa điều trị bệnh sốt rét Các nhà khoa học tại Đại học Hebrew, Israel đã phát triển cây thuốc lá biến đổi . Chủ đề 11: Phân tích tiềm năng phát triển Molecular farming(Các trang trại trồng cây chuyển gen) phục vụ sản xuất dược phẩm? Việc phát triển này có mang lại những tác. khác để sản xuất protein, các hoạt chất dược học đó là cây trồng chuyển gen phục vụ sản xuất dược phẩm. Các loại cây trồng dược phẩm có thể trở thành vô cùng có lợi ở các nước đang phát triển. . Tạo cây chuyển gen có chứa hợp chất dược phẩm (enzym,protein, )sử dụng để sản xuất dược phẩm Hiện nay, trong y học đã có khoảng 50 loại dược phẩm là sản phẩm biến đổi gen. Ví dụ: Sản xuất