Bài giảng lên lớp của thầy Lò Thanh Sơn về Công nghệ di truyền. Bài giảng gồm các phần: Mở đầu; Các kỹ thuật chủ yếu trong phân tích axit nucleic; Các kỹ thuật chủ yếu trong công nghệ di truyền; Công nghệ di truyền động vật; Công nghệ di truyền thực vật; Công nghệ di truyền đối với con người...
Bài giảng: CÔNG NGHỆ DI TRUYỀN ThS. Lò Thanh Sơn Trường Đại học Tây Bắc NỘI DUNG CƠ BẢN 1. Các kỹ thuật chủ yếu trong phân tích axit nucleic 2. Các kỹ thuật chủ yếu trong công nghệ di truyền 3. Công nghệ di truyền động vật 4. Công nghệ di truyền thực vật 5. Công nghệ di truyền đối với con người NỘI DUNG 1. Công nghệ gen trong tạo giống vật nuôi mới 2. Sản xuất vaccine thú y 3. Sản xuất kháng thể đơn dòng 4. Sản xuất protein đơn bào NỘI DUNG 1. Công nghệ gen trong tạo giống vật nuôi mới 2. Sản xuất vaccine thú y 3. Sản xuất kháng thể đơn dòng 4. Sản xuất protein đơn bào Tạo giống vật nuôi mới 1. Quy trình kỹ thuật cơ bản: - Tách chiết, phân lập gen và tạo tổ hợp biểu hiện trong tế bào động vật - Tạo cơ sở vật liệu biến nạp gen - Chuyển gen vào tế bào động vật - Nuôi cấy phôi trong ống nghiệm (đối với động vật bậc cao) - Kiểm tra động vật được tạo ra từ phôi chuyển gen - Theo dõi thế hệ sau của động vật chuyển gen để xác định gen lạ có di truyền qua các thế hệ hay không Tạo giống vật nuôi mới 2. Thành quả chủ yếu: -Tạo giống vật nuôi có tốc độ lớn nhanh, hiệu quả sử dụng thức ăn cao -Tạo giống vật nuôi chuyên sản xuất protein quý dùng trong y dược -Tạo giống vật nuôi kháng bệnh và chống chịu sự thay đổi của điều kiện môi trường -Tạo giống vật nuôi có năng suất và chất lượng tốt bằng cách thay đổi các con đường chuyển hóa trong cơ thể Lớn nhanh, s.dụng TA hiệu quả Chuột nhắt chuyển gen hormone sinh trưởng có kích thước lớn hơn nhiều lần so với chuột nhắt bình thường. Lớn nhanh, s.dụng TA hiệu quả Cá hồi chuyển gen hormone sinh trưởng tái tổ hợp vào phôi không những có chu kỳ sinh sản ngắn mà còn có trọng lượng lớn gấp 11 lần so với cá hồi không chuyển gen Lớn nhanh, s.dụng TA hiệu quả - Gen hormone sinh trưởng tái tổ hợp còn được chuyển vào: lợn, thỏ, cừu, bò... cho vật nuôi tốc độ lớn nhanh 20%, hiệu suất sử dụng thức ăn cao hơn 30%. - Sutrave (1990) đã khám phá ra gen Ski, mà dưới tác động của gen này protein cơ được tổng hợp rất mạnh, trong khi đó lượng mỡ lại giảm đi đáng kể. Phát hiện này mở ra triển vọng tạo ra giống lợn nhiều nạc, ít mỡ, hiệu suất sử dụng thức ăn cao. - Ở Việt nam, Nguyễn Văn Cường và cộng sự đã và đang nghiên cứu chuyển gen hormone sinh trưởng người vào chuột, cá vàng (Carassius auratus), cá chạch (Misgurnus anguillicaudatus) và cá chép (Cyprinus carpio). Với một số kết quả đã đạt được, việc nghiên cứu tạo cá chuyển gen hormone sinh trưởng đang được tiếp tục tiến hành. - Tuy nhiên, động vật nuôi chuyển gen hormone sinh trưởng có biểu hiện bệnh lý lớn quá cỡ và chưa có ý nghĩa lớn trong thực tiễn V.nuôi sản xuất protein quý V.nuôi sản xuất protein quý V.nuôi sản xuất protein quý Cho đến nay rất nhiều protein dược phẩm quý đã và đang được nghiên cứu để sản xuất qua tuyến sữa của động vật như: - α1-antitripsin và yếu tố làm đông máu IX (blood clotting factor IX) của người đã được tiết ra trong sữa cừu với nồng độ 25 mg/ml. - Họat tố plasminogen mô của người (human tissue plasminogen activator) làm tăng đông máu đã được tiết ra ở sữa dê. - Gen urokinase người đã được đưa thành công vào lợn và tiết ra ở tuyến sữa nhờ gen khởi động α-casein của bò. - Protein C người được tạo ra từ sữa lợn chuyển gen... V.nuôi sản xuất protein quý Bò đực Herman chuyển gen HLF - human lactoferrin V.nuôi sản xuất protein quý Nhiều loại protein quý được sản xuất qua sữa và máu vật nuôi V.nuôi sản xuất protein quý Nhiều loại protein quý được sản xuất qua sữa và máu vật nuôi V.nuôi sản xuất protein quý Sơ đồ sản xuất Somatostatin bằng kỹ thuật DNA tái tổ hợp Tế bào người (bò, cừu...) V.Nuôi chống chịu tốt - Tiêm gen Mx vào lợn để tạo ra được giống lợn miễn dịch với bệnh cúm. - Tiêm gen IgA vào lợn, cừu, mở ra khả năng tạo được các giống vật nuôi miễn dịch được với nhiều bệnh... - Hew (1988) đã vi tiêm gen AFP cá bơn mùa đông vào cá hồi, tạo ra các con cá hồi chuyển gen có khả năng chịu được điều kiện lạnh với mục đích mở rộng khả năng sống sót của cá hồi vào mùa đông trong các bể nuôi cá nước mặn. Ðây là một thuận lợi lớn cho việc nuôi trồng nguồn thủy sản quan trọng này V.Nuôi biến đổi chuyển hoá cthể 1. Nâng cao chất lượng sữa bò, sữa cừu bằng cách chuyển gen lactose vào các đối tượng quan tâm. -Sự biểu hiện của gen này được điều khiển bởi promoter của tuyến sữa. -Trong sữa của những động vật chuyển gen này, đường lactose bị thủy phân thành đường galactose và đường glucose. 2. Chuyển gen mã hóa enzyme chịu trách nhiệm tổng hợp cysteine vào cừu. Cysteine là amino acid được tổng hợp từ serine nhờ hai enzyme là serine transacetylase và Oacetylserine sulfahydrylase. Hai gen chịu trách nhiệm tổng hợp hai enzyme này là Cys E và Cys K. Cysteine là amino acid cơ bản rất quan trọng trong sự phát triển của lông 3. Chuyển gen tổng hợp amino acid cơ bản như threonine và lysine có nguồn gốc vi sinh vật vào cơ thể động vật để làm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn của vật nuôi NỘI DUNG 1. Công nghệ gen trong tạo giống vật nuôi mới 2. Sản xuất vaccine thú y 3. Sản xuất kháng thể đơn dòng 4. Sản xuất protein đơn bào Các loại Vaccine tổng hợp nhờ kỹ thuật gen 1. Vaccine sống giảm độc lực bằng lực bằng kỹ thuật di truyền 2. Vaccine chứa KN sản xuất bằng phương pháp tái tổ hợp 3. Vaccine vector 4. Vaccine ADN 5. Vacxin dựa trên cơ thể chuyển gen. Sản xuất cây chuyển gen nhờ Agrobacter tumefaciens 6. Vaccine bào tử (spore vaccine) Công nghệ sản xuất Vaccine 1. Sản xuất vaccine truyền thống — Tạo sinh khối — Làm bất hoạt hoặc giết chết tác nhân: Có thể sử dụng các tác nhân diệt khuẩn (formalin, alcool, aceton, tia cưc tím, siêu âm…) —Sản xuất ra chế phẩm — Kiểm tra sản phẩm Công nghệ sản xuất Vaccine 2. Sản xuất hai loại vacxin tái tổ hợp gen: •Vacxin tái tổ hợp phân tử: vacxin tái tổ hợp phân tử được tạo ra bằng cách ghép gen hay nạp gen kháng nguyên của đối tượng gây bệnh vào virus hoặc vi khuẩn. Virus hay vi khuẩn này sinh sản nhanh tạo ra nhiều phân tử kháng nguyên. Các kháng nguyên này được tách chiết, tinh sạch để làm vacxin tái tổ hợp chống lại các bệnh sốt xuất huyết, vacxin chống viêm gan B (HBV), vacxin chống bệnh sốt rét, vacxin chống HIV… Công nghệ sản xuất Vaccine • Vacxin tái tổ hợp gen virus sống: Vacxin tái tổ hợp gen virus sống là các virus động vật đã biến nạp các gen biểu hiện protein thích hợp mang tính miễn dịch từ các cơ thể bệnh lý khác nhau. Vacxin này có nhiều ưu điểm là : cùng một lúc có thể đáp ứng miễn dịch khác nhau trong cùng một cơ thể, đồng thời nó có thể ngăn cản sự kháng thuốc của vi khuẩn và ký sinh trùng gây bệnh. Cấu trúc thông thường của một virus tái tổ hợp bao gồm: - Một là gen ngoại lai mã hoá protein kháng nguyên của tác nhân gây bệnh - Hai là virus ADN - Ba là gen chỉ thị Sản xuất vaccine tái tổ hợp Một đoạn gen cần thiết từ phân tử ADN này + Một phân tử ADN khác (gọi là thể truyền) ADN tái tổ hợp Sản xuất vaccine tái tổ hợp ADN tái tổ hợp được đưa vào tế bào vi khuẩn có đặc tính phát triển nhanh (TB chủ) Tế bào chủ nhân lên Đoạn gen cần thiết cũng được nhân lên Phân tử ADN tái tổ hợp nhân lên nhanh chóng Sản xuất vaccine tái tổ hợp • Bằng các kĩ thuật chiết tách, tinh chế, người ta thu lấy những phân tử ADN mang đoạn gen cần thiết này để sử dụng vào những mục đích đã định như sản xuất vacxin, thuốc kháng sinh Ứng dụng công nghệ gen trong sản xuất vacxin Hiện nay đã có một số vacxin được sản xuất bằng công nghệ tái tổ hợp gen Vac xin thế hệ mới hay vacxin tái tổ hợp gen Sản xuất vacxin lở mồm long móng thế hệ mới Tìm đoạn gen có tính kháng nguyên cao trong tế bào virus Chiết, tách Sử dụng chế tạo vacxin Dùng RE cắt lấy đoạn gen này Nhân lên bằng công nghệ tái tổ hợp gen Sơ đồ quy trình sản xuất vaccine cho cá Sản xuất vaccine thú y Sản xuất vaccine thú y NỘI DUNG 1. Công nghệ gen trong tạo giống vật nuôi mới 2. Sản xuất vaccine thú y 3. Sản xuất kháng thể đơn dòng 4. Sản xuất protein đơn bào Ý nghĩa của kháng thể đơn dòng Kháng thể đơn dòng được sử dụng một cách rộng rãi như là thuốc thử trong chữa bệnh và nghiên cứu: -Dùng để chống thụ thai, triệt sinh ở gia súc, chẩn đoán có thai, lao, hủi, và còn được dùng để chẩn đoán di căn ung thư nếu có gắn thêm đồng vị phóng xạ, dùng để phát hiện AIDS. -Sử dụng kháng thể đơn dòng đã nhanh chóng đã thay thế dần cho một số các phương pháp miễn dịch và huyết thanh thông thường để phát hiện một kháng nguyên chưa biết trên bề mặt tế bào - Xác định mức hormone để đánh giá chức năng của tuyến nội tiết, -Xác định và định loại vi sinh vật, -Phát hiện một số protein có ý nghĩa trong chẩn đoán ung thư, ức chế phản ứng loại thải khi ghép cơ quan.... NỘI DUNG 1. Công nghệ gen trong tạo giống vật nuôi mới 2. Sản xuất vaccine thú y 3. Sản xuất kháng thể đơn dòng 4. Sản xuất protein đơn bào Sản xuất Protein đơn bào (SCP) 1. Khái niệm - Là việc sử dụng tế bào vi khuẩn hoặc protein tổng số tách chiết được từ các tế bào động vật nuôi cấy tinh khiết mà có thể được sử dụng làm nguồn protein bổ sung cho người và động vật. - Hàm lượng protein của phần lớn vi sinh vật là rất cao (xấp xỉ 60-80% trọng lượng khô của tế bào) - Hàm lượng methionine, lysine, vitamine và các chất khoáng cao nên SCP nhiều dinh dưỡng hơn một số thức ăn thực vật và động vật. Sản xuất Protein đơn bào (SCP) 2. Vi sinh vật sản xuất: Sản xuất Protein đơn bào (SCP) 3. Thành tựu: -Thế chiến 1 tại Đức: Nấm men Saccharomyces cerevisiae sinh trưởng trên nước rỉ đường (nguồn carbon) và muối ammonium (nguồn nitrogen), được sử dụng để làm súp đặc và xúc xích. Sản xuất Protein đơn bào (SCP) 3. Thành tựu: -Thập niên 1970 tại Anh: sản xuất SCP từ dầu mỏ, khí methal cho các loại protein nhân tạo (thịt, cá, trứng, sữa... nhân tạo) Sản xuất Protein đơn bào (SCP) 3. Thành tựu: -Gần đây quan tâm đến sản xuất SCP từ chất thải phế phẩm nông nghiệp (nước sữa, thức ăn thừa...) [...]... vacxin, thuốc kháng sinh Ứng dụng công nghệ gen trong sản xuất vacxin Hiện nay đã có một số vacxin được sản xuất bằng công nghệ tái tổ hợp gen Vac xin thế hệ mới hay vacxin tái tổ hợp gen Sản xuất vacxin lở mồm long móng thế hệ mới Tìm đoạn gen có tính kháng nguyên cao trong tế bào virus Chiết, tách Sử dụng chế tạo vacxin Dùng RE cắt lấy đoạn gen này Nhân lên bằng công nghệ tái tổ hợp gen Sơ đồ quy trình... Agrobacter tumefaciens 6 Vaccine bào tử (spore vaccine) Công nghệ sản xuất Vaccine 1 Sản xuất vaccine truyền thống — Tạo sinh khối — Làm bất hoạt hoặc giết chết tác nhân: Có thể sử dụng các tác nhân di t khuẩn (formalin, alcool, aceton, tia cưc tím, siêu âm…) —Sản xuất ra chế phẩm — Kiểm tra sản phẩm Công nghệ sản xuất Vaccine 2 Sản xuất hai lo i vacxin tái tổ hợp gen: •Vacxin tái tổ hợp phân tử: vacxin... xuất qua tuyến sữa của động vật như: - α1-antitripsin và yếu tố làm đông máu IX (blood clotting factor IX) của người đã được tiết ra trong sữa cừu với nồng độ 25 mg/ml - Họat tố plasminogen mô của người (human tissue plasminogen activator) làm tăng đông máu đã được tiết ra ở sữa dê - Gen urokinase người đã được đưa thành công vào lợn và tiết ra ở tuyến sữa nhờ gen khởi động α-casein của bò - Protein... vi sinh vật vào cơ thể động vật để làm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn của vật nuôi NỘI DUNG 1 Công nghệ gen trong tạo giống vật nuôi mới 2 Sản xuất vaccine thú y 3 Sản xuất kháng thể đơn dòng 4 Sản xuất protein đơn bào Các lo i Vaccine tổng hợp nhờ kỹ thuật gen 1 Vaccine sống giảm độc lực bằng lực bằng kỹ thuật di truyền 2 Vaccine chứa KN sản xuất bằng phương pháp tái tổ hợp 3 Vaccine vector 4 Vaccine... dụng kháng thể đơn dòng đã nhanh chóng đã thay thế dần cho một số các phương pháp miễn dịch và huyết thanh thông thường để phát hiện một kháng nguyên chưa biết trên bề mặt tế bào - Xác định mức hormone để đánh giá chức năng của tuyến nội tiết, -Xác định và định lo i vi sinh vật, -Phát hiện một số protein có ý nghĩa trong chẩn đoán ung thư, ức chế phản ứng lo i thải khi ghép cơ quan ... vaccine thú y NỘI DUNG 1 Công nghệ gen trong tạo giống vật nuôi mới 2 Sản xuất vaccine thú y 3 Sản xuất kháng thể đơn dòng 4 Sản xuất protein đơn bào Ý nghĩa của kháng thể đơn dòng Kháng thể đơn dòng được sử dụng một cách rộng rãi như là thuốc thử trong chữa bệnh và nghiên cứu: -Dùng để chống thụ thai, triệt sinh ở gia súc, chẩn đoán có thai, lao, hủi, và còn được dùng để chẩn đoán di căn ung thư nếu có... tử kháng nguyên Các kháng nguyên này được tách chiết, tinh sạch để làm vacxin tái tổ hợp chống lại các bệnh sốt xuất huyết, vacxin chống viêm gan B (HBV), vacxin chống bệnh sốt rét, vacxin chống HIV… Công nghệ sản xuất Vaccine • Vacxin tái tổ hợp gen virus sống: Vacxin tái tổ hợp gen virus sống là các virus động vật đã biến nạp các gen biểu hiện protein thích hợp mang tính miễn dịch từ các cơ thể bệnh... Protein C người được tạo ra từ sữa lợn chuyển gen V.nuôi sản xuất protein quý Bò đực Herman chuyển gen HLF - human lactoferrin V.nuôi sản xuất protein quý Nhiều lo i protein quý được sản xuất qua sữa và máu vật nuôi V.nuôi sản xuất protein quý Nhiều lo i protein quý được sản xuất qua sữa và máu vật nuôi V.nuôi sản xuất protein quý Sơ đồ sản xuất Somatostatin bằng kỹ thuật DNA tái tổ hợp Tế bào người (bò, ... yếu phân tích axit nucleic Các kỹ thuật chủ yếu công nghệ di truyền Công nghệ di truyền động vật Công nghệ di truyền thực vật Công nghệ di truyền người NỘI DUNG Công nghệ gen tạo giống vật nuôi... tra động vật tạo từ phôi chuyển gen - Theo dõi hệ sau động vật chuyển gen để xác định gen lạ có di truyền qua hệ hay không Tạo giống vật nuôi Thành chủ yếu: -Tạo giống vật nuôi có tốc độ lớn nhanh,... tiết sữa cừu với nồng độ 25 mg/ml - Họat tố plasminogen mô người (human tissue plasminogen activator) làm tăng đông máu tiết sữa dê - Gen urokinase người đưa thành công vào lợn tiết tuyến sữa