PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ TẠO ĐỘNG VẬT BIẾN ĐỔI GENE TRÊN THẾ GIỚI LÀM THỰC PHẨM

MỞ ĐẦUKhái niệm Thực phẩm biến đổi gen GMF – Gennetically Modifed - Food: thực phẩm có nguồn gốc một phần hoặc toàn bộ từ sinh vật biến đổi gen, hay thực phẩm có gen bị biến đổi Sinh vật

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TIỂU LUẬN

PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ TẠO ĐỘNG VẬT BIẾN

ĐỔI GENE TRÊN THẾ GIỚI LÀM THỰC PHẨM

Trang 2

Mở đầu

I.Khái niệm sinh vật biến đổi gen.

II.Quy trình kỹ thuật tạo động vật biến đổi gen III.Một số thành tựu trong tạo động vật chuyển gene

IV.Ứng dụng của động vật chuyển gene

V Ý nghĩa, thuận lợi và khó khăn

VI.Kết luận

Tài liệu kham khảo

Trang 3

MỞ ĐẦU

Khái niệm

Thực phẩm biến đổi gen (GMF – Gennetically Modifed

- Food): thực phẩm có nguồn gốc một phần hoặc toàn

bộ từ sinh vật biến đổi gen, hay thực phẩm có gen bị biến đổi

Sinh vật biến đổi gen (GMF – Gennetically Modifed - Organism)- các sinh vật có gen bị biến đổi (thay đổi nhân tạo cấu trúc bộ gen (DNA), hoặc tiếp nhận những gen mới (các đoạn DNA) từ các sinh vật khác nhờ tác động của con người

Ðộng vật chuyển gen là động vật có gen ngoại lai (gen chuyển) xen vào trong DNA genome của nó Gen ngoại lai này phải được truyền lại cho tất cả mọi tế bào, kể cả các tế bào mầm Việc chuyển gen ngoại lai vào động vật chỉ thành công khi các gen này di truyền lại cho thế hệ sau

Trang 4

Kỹ thuật chuyển gen là kỹ thuật đưa 1 hay nhiều gen lạ đã được thiết kế ở dạng DNA tái tổ hợp vào tế bào chủ của động vật làm cho gen lạ có thể tồn tại ở dạng plasmid tái tổ hợp hoặc gắn vào bộ gen tế bào chủ Trong tế bào chủ, các gen này hoạt động tổng hợp nên các protein đặc trưng dẫn tới việc xuất hiện các đặc tính mới của cơ thể chuyển gen.

Đối với các thể nhân chuẩn, việc chuyển gen được xem là thành công khi gen chuyển vào được tổ hợp vào genome của tế bào chủ, đặc tính của gen chuyển nạp được duy trì ổn định qua các thế hệ con cháu.

Trang 5

II QUY TRÌNH TẠO ĐỘNG VẬT CHUYỂN GEN

Quy trình tạo động vật chuyển gen là một quá

trình phức tạo bao gồm các bước chính sau:

1 Tách chiết, phân lập gen mong muốn và tạo tổ hợp gen biểu hiện trong tế bào động vật

2 Tạo cơ sở vật liệu biến nạp gene

3 Chuyển gene vào động vật

4 Nuôi cấy phôi trong ống nghiệm ( đối với động vật bậc cao)

5 Kiểm tra động vật được sinh ra từ phôi chuyển gen.

6 Tạo nguồn động vật chuyển gen một cách liên tục

Trang 6

Bước 1: Tách chiết, phân lập gene mong

muốn:

• Gene ngoại lai trước khi được chuyển vào genome của tế bào vật chủ để tạo ra động vật chuyển gene phải được phân lập và tinh chế (tạo dòng).

Trang 7

QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT, PHÂN LẬP :

• Cắt DNA mẫu và plasmid

được cắt bởi cùng một

enzyme hạn chế

• Chèn gene mong muốn

vào plasmid Tạo plasmid

tái tổ hợp

• Biến nạp plasmid tái tổ

hợp vào tế bào vật chủ

• Tạo điều kiện thuận lợi

cho vật chủ sinh trưởng

phát triển

Trang 8

• Người ta cũng có thể phân lập được gen mong muốn

từ sản phẩm biểu hiện của nó như mRNA hoặc protein

+ Từ mRNA dưới tác động của enzyme sao chép ngược sẽ tổng hợp ra DNA bổ sung mạch đơn (single strand complement DNA-ss cDNA), tiếp theo là DNA

bổ sung mạch kép (double strand complement DNA-

ds cDNA DNA bổ sung (complement DNA- cDNA) này khác với DNA gốc là không chứa các intron mà chỉ bao gồm các exon

+ Từ sản phẩm protein, có thể suy ra trình tự nucleotid của gen cấu trúc trên cơ sở trình tự các axit amin trong phân tử protein Sau đó có thể thiết kế cặp mồi (primer) để dò tìm đoạn gen mong muốn

Trang 9

Dạng genome bao gồm tất cả các đoạn exon và intron xuất hiện một cách tự nhiên Các đoạn intron liên quan đến việc cắt ghép mRNA và biểu hiện của gene Dạng cDNA là một trình tự chỉ bao gồm các đoạn exon mã hoá protein của gen

So sánh hai dạng gen chuyển

Trang 10

Bước 2 : Tạo tổ hợp gene biểu hiện trong

tế bào động vật:

• Các vùng chức năng khác nhau của gene có nguồn gốc từ các loài khác nhau có thể được kết hợp lại với nhau trong ống nghiệm bằng cách sử dụng enzyme hạn chế và ligase.

• Bổ sung các trình tự polylinker chứa một số vị trí nhận biết các enzyme hạn chế khác nhau

• Gene chuyển được đi kèm với các trình tự không mã hoá có vai trò điều hoà sự biểu hiện của gen Các yếu tố điều hoà cũng có thể nằm ở trong đoạn intron Yếu tố điều hoà ở gần đầu 5’ của gen là promoter, có vai trò quyết định trong việc điều hoà sự biểu hiện của gen

Trang 11

Enhancer: gen tăng cường ATG: vị trí khởi đầu phiên

SIG: trình tự tín hiệu AAA: đuôi polyA

Promoter ở tế bào động vật có nguồn gốc hoặc từ động vật như methallothionein (MT), thymidine kinase, ß-actin, amylase, insulin, ß-lactoglobulin, adiposite P2 hoặc từ virus động vật như Simian virus(SV40),Rous sarcoma virus (RSV)

Trang 12

Bước 3: Tạo cơ sở vật liệu biến đổi gen

Ở động vật có vú thì giai đoạn biến nạp gen thích hợp nhất là trứng ở giai đoạn tiền nhân (pronucleus)

Trứng chín thu nhận bằng phương pháp sử dụng kích dục tố theo chương trình đã được xây dựng cho mỗi loài hoặc bằng phương pháp nuôi cấp trứng trong ống nghiệm

Sau đó thụ tinh nhân tạo để tạo ra trứng tiền nhân

Trang 13

Bước 4: Chuyển gen vào động vật

• Phương pháp chuyển gene trực tiếp:

 Chuyển gene nhờ calcium phosphate

 Chuyển gene nhờ xung điện

 Chuyển gene nhờ vi tiêm

 Chuyển gene nhờ liposome,…

Phương pháp chuyển gene gián tiếp:

Chuyển gene nhờ virus:

• vector retrovirus ( RNA )

• vector adenovirus ( DNA sợi kép )

• vector adeno-associated virus ( DNA sợi đơn )

• vector herpes simplex virus ( DNA sợi kép )

• vector baculovirus ( DNA vòng kép ),…

Trang 15

Qui trình:

- Thiết kế cấu trúc gene chuyển, lựa chọn gene thích hợp và tạo dòng.

- Thu nhận trứng đã thu tinh

- Chuẩn bị dung dịch DNA cho vi tiêm, nồng độ từ 1-5 µm/ml

- Chuẩn bị tế bào hợp tử

- Vi tiêm DNA vào tiền nhân

- Chuyển phôi vi tiêm vào cơ thể nhận

- Kiểm tra gene chuyển ở con non Lai tạo để củng cố di truyền.

Trang 16

Bước 5: Nuôi cấy phôi trong ống nghiệm

Tế bào trứng tiền nhân  phôi dâu ( morula ) hoặc túi phôi ( blastocyst )  cấy chuyền vào con nhận được gây chữa giả.

Bước 6: Các phương pháp đánh giá động vật sau khi sinh ra từ phôi chuyển gene:

Trang 17

III Một số thành tựu và ứng dụng trong tạo động vật chuyển gene

• Bằng kỹ thuật vi tiêm DNA vào tiền nhân người ta đã tạo ra nhiều động vật chuyển gen như chuột, thỏ, lợn, cừu, bò, gà, cá

Các gen dùng để chuyển vào độngvật:

Người ta đã chuyển khá nhiều gen lạ có nguồn gốc từ người, động vật, thực vật và vi sinh vật vào các loại động vật như chuột, thỏ, cá và các loại vật nuôi như

bò, cừ, dê, lợn , gà, chim thậm chí cả vào muỗi.

Trang 20

• Chuyển gene tạo

hoocmon sinh trưởng

cho chuột, lợn, cừu, cá

hồi bằng phương pháp vi

tiêm gen GH vào nhân

con của trứng đã thụ

tinh, đã thu được động

vật chuyển gen có biểu

hiện của gen chuyển nạp

(Tỷ lệ thành công khi

chuyển gene: chuột

25%, lợn 10,4%, cừu

1,3% và bò 0,6%) Chuột chuyển gen horrmone sinh trưởng

(bên phải) và chuột đối chứng (bên trái)

a Một số thành tựu trên thế giới

Trang 21

Chuột chuyển gen đã cung cấp những công cụ để

khám phá nhiều câu hỏi sinh học.

Nó thể hiện tất cả những triệu trứng của con người

mà chuột bình thường không làm được Tất cả những vấn đề liên quan đến con người đều được nghiên cứu ở chuột trước

Phôi thai chuột khi

chuyển gen

Trang 22

CÁ HỒI CHUYỂN GENE HOOCMON SINH TRƯỞNG GH Ở NGƯỜI

cá có tốc độ tăng trưởng cao gấp 10-30 lần

Trang 27

Còn có loài thỏ chuyển gen người lấy sữa thì

đã được vắt sữa trên quy mô công nghiệp tại công ty sinh học Phamging có cơ sở ở Hà Lan.

Sữa thỏ chứa protein người được dùng để bào chế thành một loại thuốc mới điều trị bệnh angioedema do di truyền, một bệnh rối loạn máu hiếm gặp có thể dẫn việc sưng phồng các mô của cơ thể.

Trang 28

Lợn chuyển gen

• Lợn chuyển gen được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau đặc biệt là trong việc tăng tỉ nạc/mỡ, tăng khối lượng để đem lại hiệu quả kinh

tế Trong y học, sử dụng một số nội tạng để thay thế cho người.

Lợn chuyển gen siêu nạc

Trang 29

Cừu chuyển gen

Tạo ra cừu chuyển

gen mà trong sữa

của chúng có chứa

protein Lactoferrin có

tác dụng như một

chất kháng sinh

Trang 30

Khỉ chuyển gen

Bằng PP vi tiêm đã tạo được khỉ chuyển gen

để nghiên cứu một số bệnh ở người.

ANDi - chú khỉ rhesus chuyển gen được chào đời vào ngày 2 tháng 10 năm 2000

Trang 31

b Một số thành tựu ở Việt nam

• Ở Việt nam, việc tạo động vật chuyển gen vẫn còn là vấn đề mới mẻ

• Việc nghiên cứu mới được bắt đầu vài năm gần đây và mới thực hiện được ở trên đối tượng là cá, đầu tiên là

cá vàng và cá chạch là những cá có kích thước nhỏ, thời gian sinh trưởng và thành thục ngắn, rất thuận tiện cho công tác nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

• Thành công của những nghiên cứu này không những mang lại hiệu quả kinh tế lớn cho sản xuất và mở rộng cho những nghiên cứu tiếp theo trên đối tượng động vật bậc cao mà còn khẳng định được sự tiến bộ vượt bậc của ngành khoa học công nghệ nước ta

Trang 32

• Ở Việt nam, những nghiên cứu và áp dụng công nghệ sinh học và đặc biệt là công nghệ gen được phát triển khá mạnh mẽ trong những năm gần đây

• Nghiên cứu chuyển gen thực vật và động vật đã được tiến hành ở nhiều cơ sở nghiên cứu như Viện Di truyền nông nghiệp, Viện Công nghệ sinh học,Trung tâm công nghệ sinh học - Đại học quốc gia Hà nội…

• Ở động vật, những nghiên cứu chuyển gen mới được bắt đầu và chủ yếu thực hiện ở các hạch với tổ hợp gen hoc môn sinh trưởng bằng vi tiêm

• Chuyển gen trên cá có nhiều thuận lợi hơn rất nhiều so với chuyển gen vào động vật có vú do số lượng trứng nhiều, kích thước trứng lớn, không cần cấy vào cơ thể

mẹ sau khi vi tiêm, không đòi hỏi điều kiện chăm sóc quá nghiêm ngặt

Trang 33

• Do vậy,với điều kiện cơ sở vật chất và con người ở các cơ quan nghiên cứu ở nước ta, việc kết hợp nghiên cứu để tiến hành chuyển gen vào động vật có vú là hoàn toàn có thể thực hiện được giai đoạn này

• Chi phí cho việc chuyển gen càng ngày càng thấp và trong thời gian không xa, với sự phát triển như vũ bão của khoa học, công nghệ thì việc chuyển gen vào động vật với hiệu quả cao; tổ hợp gen cần chuyển được chèn chính xác vào vị trí cần thiết và khống chế được những tác động tiêu cực của việc chuyển gen ở cơ thể tiếp nhận, thì việc chấp nhận và khả năng ứng dụng rộng rãi kỹ thuật chuyển gen để phục vụcác nhu cầu của con người là vô cùng lớn

• Việc nghiên cứu và chuyển gen vào động vật ở Việt nam là yêu cầu và hướng đi cần thiết để chúng ta không bị lạc hậu

về khoa học và công nghệ so với các nước trong khu vực và thế giới.

Trang 34

IV Ứng dụng của động vật chuyển gene

1 Tăng cường khả năng sinh trưởng và thay đổi đặc tính cơ thể:

- Khả năng sinh trưởng và chất lượng sản phẩm động vật cao do sự kiểm soát bởi các gene tăng cường sinh trưởng

- Chuyển gen hoocmon sinh trưởng của chuột hoặc người vào động vật đã tăng tỉ lệ và kích thước cơ thể lên hai lần

- Ở lợn được chuyển gen 9 tháng tuổi nặng hơn 28% và

có mức hoocmon sinh trưởng gấp 50 lần

- Ở cá, chuyển gen GH hay gen mã hóa protein đông lạnh từ cá hương vào cá chép thì có độ tăng trưởng nhanh 22% so với cá đối chứng

Trang 35

2 Tăng sản lượng và chất lượng sữa, thịt:

Machlin(1979) thấy rằng tăng hoocmon sinh trưởng

HGH có nguồn gốc ngoại sinh làm tăng 18% sản

sản phẩm lên men sữa chua vào bộ máy di truyền của

bò sữa ( đấy là bò BUBU)

Trang 36

3 Tạo các biệt dược, mô và phủ tạng thay

thế cho người.

- Đã tạo ra con cừu chuyển gen mà trong sữa

có chứa protein lactofein có tác dụng như chất kháng sinh

- Dê chuyển gen mà trong máu của chứng chứa chất antitrombine có chức năng điều hoà sự đông máu.

- Ngày nay phủ tạng lợn dễ tìm và có kích thước tương tự như của người nên được sử dụng nhiều để ghép nội tạng.

Trang 37

n, bò

Chống đông máu VIII,IX

Điều trị bệnh ưa chảy máu và giảm nguy cơ PƯ truyền máu

Duy trì thể tích máu và chống sốc khi mất máu

Dê Chống đông

máu nhóm III

Xuất hiện thường xuyên trong cơ thể, có vai trò chống đông máu.cty CNSH massachusess đã tạo ra dê chuyển gen này, hàng năm tạo ra 500-800l/con

Trang 38

Cừu

Alpha-1-antitripsin

Thiếu hụt dẫn tới hội chứng “Emphysema” Protein này giúp tăng quá trình vận chuyển qua màng của dưỡng khí và chất thải Các nhà KH ở Scottlen đã tạo ra cừu biến đổi gen sản xuất >35g alpha-1- antitripsin trong 1 lít sữa=1/5 nhu cầu điều trị cho 1 bệnh nhân/năm

Cừu,dê

,lợn

Yếu tố hoạt hoá plasminogen của mô bào

Enzyme chống đông vón sử dụng điều trị một số bệnh tim mạch, ngẽn mạch

Điều trị và phòng chống lây nhiễm.

Dê Pro 542 Điều trị HIV

Dê,

cừu

Yếu tố vận chuyển

Trang 39

Kháng thể

Gà Kháng thể,

dinh dưỡng ,protein máu

Trứng với hàm lượng dinh dưỡng phù hợp với nhu cầu con người

Chuột Kháng thể

người Kháng thể động vật có phản ứng quá mẫn nhưng kháng thể

người được tổng hợp từ chuột thì không.

Gà, bò,

dê Kháng thể đơn dòng Các loại vaccine được tạo ra như vaccine viêm gan B.

Trang 40

Các loại khác

Dê Protein

chống sốt rét

Sữa dê có chứa 1 loại protein giống với protein của ký sinh trùng số rét, vì vậy sữa này có thể được dùng như một loại vaccine chống bệnh sốt rét.

Thỏ

Alpha-glucosidase

Chống bệnh Pompe’s, bệnh rối loạn tế bào gan-> không có khả năng chuyển hoá glycogen –> đái đường.

Bò Lactoferin

Dê Acide

glutamic decarboxylase

Điều trị tiểu đường nhóm 1

Chuột Hoocmon

sinh trưởng

ở người

Trang 41

Ngoài ra còn một số khi chuyển gen vào

động vật lấy sữa có thể thu được sữa có thành phần thay đổi hay mang protein kháng khuẩn:

Ở Mỹ chuyển gen cho dê Alpine để sản xuất sữa chứa protein đặc hiệu điều trị ung thư: BR96.

Trang 42

4 Sản xuất nội tạng thay thế:

Khoa học tiến bộ đã sử dụng nội tạng đặc biệt của lợn để thay thế cho người

Trường ĐH Cambridge đã tạo ra lợn chuyển gen có tim được bao bọc protein người có thể ghép cho người mà không gây PƯ đào thải

5 Tạo côn trùng kháng các tác nhân gây bệnh cho người

Chuyển gen vào muỗi để chống lại bệnh sốt rét với 2 hướng:

- Tạo muỗi có khả năng đề kháng với ký sinh trùng sốt rét.

- Tạo muỗi mẫn cảm với với ký sinh trùng sốt rét.

Trang 43

6 Giá trị thương mại

Việc tạo một con vật chuyển gen trong giai đoạn hiện tại còn đắt (100.000-200.000 USD năm 1999) và hy vọng vài năm sau chỉ có 5000 USD

Hiệu quả của động vật chuyển gen đem lại khá cao, công ty Winscosin dự tính một con bò chuyển gen trong vòng đời của nó có thể tạo ra 200-300 triệu USD trị giá dược phẩm

Trang 44

7 Tạo các sản phẩm kinh tế khác:

Chuyển gen làm tăng tốc độ mọc lông, làm tăng tổng hợp collagen và làm tăng độ bền của da

Tạo ra được giống cừu chuyển gen mà có thể tự thay

bộ lông khi ăn một loại thức ăn đặc biệt mà không cần cắt xén

Một giống cừu chuyển gen khác có thời gian cho lông chỉ bằng 1/3 so với cừu không được chuyển gen

Trang 45