Tiểu luận chuyên đề Công nghệ di truyền động vật PHẦN MỞ ĐẦU Trên sở công nghệ DNA tái tổ hợp, ngành chăn nuôi đứng trước hội thay đổi có tính cách mạng Ngày người ta tạo động vật mang đặc tính kỳ diệu mà phương pháp lai tạo bình thường thực Công nghệ tạo động vật chuyển gen trình phức tạp loài khác khác nhiều nội dung gồm bước sau: tách chiết, phân lập gen mong muốn tạo tổ hợp gen biểu tế bào động vật; tạo sở vật liệu biến nạp gen; biến nạp gen vào phôi động vật; nuôi cấy phôi cấy truyền hợp tử (đối với động vật bậc cao); phân tích đánh giá tính ổn định biểu gen lạ tạo dòng động vật chuyển gen gốc cách liên tục, sản xuất động vật chuyển gen Vì triển vọng công nghệ tạo động vật chuyển gen lớn, cho phép tạo đặc tính hoàn toàn lạ có lợi cho người mà kỹ thuật sinh sản thông thường thực Tuy nhiên, tranh luận ý nghĩa động vật chuyển gen mặt ngày có nhiều người ủng hộ triển vọng động vật chuyển gen có nhiều người cảm thấy lo sợ nguy tiềm tàng nhóm động vật chuyển gen Xuất phát từ lý đó, tiến hành thực tiểu luận: “ Những triển vọng, thách thức công nghệ tạo động vật chuyển gen” [1] Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Công nghệ di truyền động vật PHẦN NỘI DUNG Động vật biến đổi gen (Transgenics) Động vật mà mô tạo nên tế bào mang gen đoạn DNA lạ người chủ động đưa vào Động vật mà gen thể bị làm bất hoạt kích hoạt (gene knockout or knockin) Đoạn gen đưa vào động vật gọi gen biến nạp Các phương pháp chuyển gen động vật - Tạo động vật biến đổi gen vi tiêm - Tạo động vật biến đổi gen tế bào gốc phôi - Tạo động vật biến đổi gen kỹ thuật Knock - out Nguyên tắc tạo động vật biến đổi gen Không thể tiến hành động vật trưởng thành cấu tạo hàng tỷ tế bào mà phải tiến hành tạo động vật chuyển gen giai đoạn hợp tử tế bào phôi giai đoạn sớm - tế bào Các yêu cầu động vật chuyển gen Gen lạ phải có mặt tất mô, đặc biệt mô biểu Ví dụ: Insulin tuyến tụy, hoocmone sinh trưởng tuyến yên… Gen lạ phải có mặt tế bào sinh sản để di truyền cho hệ sau Những triển vọng công nghệ tạo động vật chuyển gen 5.1.Tạo động vật có tốc độ lớn nhanh, hiệu sử dụng thức ăn cao Trong hướng này, người ta tập trung chủ yếu vào việc đưa tổ hợp bao gồm gen cấu trúc hormone sinh trưởng promoter methallothionein vào động vật Cho đến người ta đưa thành công gen vào thỏ, lợn cừu Kết động vật chuyển gen không to lên chuột Tuy nhiên Ðức, trường hợp lợn chuyển gen hormone sinh trưởng lượng mỡ giảm đáng kể (giảm từ 28,55mm xuống 0,7mm) hiệu sử dụng thức ăn cao Ở Australia, lợn chuyển gen hormone sinh trưởng có tốc độ lớn nhanh đối chứng 17%, hiệu suất sử dụng thức ăn cao 30% Các nhà khoa học Granada (Houston, Texas) tạo bò chuyển gen tiếp nhận estrogen người (human estrogen receptor) có tốc độ lớn nhanh Các nhà khoa học thành công việc đưa gen hormone sinh trưởng giống insulin bò (bovine insulin like growth hormone) vào gia súc để tạo giống gia súc thịt không dính mỡ [2] Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Công nghệ di truyền động vật Ðể tạo động vật chuyển gen thật có ý nghĩa thực tiễn cho chăn nuôi cần phải tìm gen khởi động (promoter) thích hợp Gần đây, Sutrave (1990) khám phá gen Ski, mà tác động gen protein tổng hợp mạnh, lượng mỡ lại giảm đáng kể Phát mở triển vọng tạo giống lợn nhiều nạc, mỡ, hiệu suất sử dụng thức ăn cao 5.2 Tạo động vật chuyên sản xuất protein quý dùng y dược Ðây hướng có nhiều triển vọng nhiều protein dược phẩm quý sản xuất qua đường vi sinh sinh vật bậc thấp, sinh vật hệ enzyme để tạo protein có cấu tạo phức tạp Ý định sử dụng tuyến sữa động vật bậc cao để sản xuất protein quý lần Clark (1987) đề xuất Nội dung kỹ thuật gắn gen cấu trúc với ß-lactoglobulin (là promoter điều khiển biểu gen tuyến sữa) Khi đưa tổ hợp có chứa promoter ß-lactoglobulin vào cừu, chuột, Clark thấy chúng biểu cao tuyến sữa Cho đến nhiều protein dược phẩm quý nghiên cứu để sản xuất qua tuyến sữa động vật như: Tổ hợp gen Protein tái tổ hợp WAP WAP tPA (cDNA) protein C (cDNA) α1 - antitrysin BLG β - Casein dê αS1 - Casein bò αS1 - Casein bò (genomic DNA) tPA (cDNA) Urokinase (genomic DNA) Insulin growth factor (IGH - 1) (cDNA) Lượng protein Động vật biểu (mg/l) - 50 1000 chuyển gen Dê Lợn 35000 Cừu 3000 2000 Dê Chuột 10000 Thỏ 5.3.Tạo động vật chống chịu bệnh tật thay đổi điều kiện môi trường Ðến người ta biết số gen có khả kháng bệnh chống chịu thay đổi điều kiện môi trường vật nuôi Tiêm gen Mx vào lợn để tạo giống lợn miễn dịch với bệnh cúm Người ta thành công việc tiêm gen IgA vào lợn, cừu, mở khả tạo giống vật nuôi miễn dịch với nhiều bệnh [3] Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Công nghệ di truyền động vật 5.4 Nâng cao suất, chất lượng động vật cách thay đổi đường chuyển hóa thể động vật Trong hướng bật nghiên cứu nâng cao chất lượng sữa bò, sữa cừu cách chuyển gen lactose vào đối tượng quan tâm Sự biểu gen điều khiển promoter tuyến sữa Trong sữa động vật chuyển gen này, đường lactose bị thủy phân thành đường galactose đường glucose Do người không quen uống sữa sử dụng sữa mà không cần trình lên men Mới đây, nhà khoa học (Brigid Brophy, 2003) chuyển thêm gen mã hoá ß-casein (CSN2) kappa-casein (CSN3) bò vào nguyên bào sợi bò tạo bò chuyển gen cho sữa có mức ß-casein kappacasein cao bình thường: hàm lượng ß-casein tăng lên 8-20%, hàm lượng kappacasein tăng gấp lần tỉ lệ kappa-casein so với casein tổng số thay đổi cách đáng kể Hai loại casein protein chủ yếu sữa thành phần sữa đông, chìa khoá sản xuất phó-mát sữa chua Các protein quan trọng, chúng làm cho sữa có hàm lượng protein cao chứa nhiều nước 5.5 Tạo vật nuôi chuyển gen cung cấp nội quan cấy ghép cho người Các loài khác thử nghiệm làm nguồn quan cung cấp cho người Đầu tiên Linh trưởng, bao gồm hắc tinh tinh cho thích hợp Nhưng sau nhận thấy lựa chọn tốt Các quan Linh trưởng bị loại thải sau cấy ghép Linh trưởng loài bảo vệ giá đắt Hơn nữa, Linh trưởng có nguy truyền bệnh cho người cao Cho nên ý tưởng sử dụng Linh trưởng làm nguồn quan cho người loại bỏ Lợn cho tốt Loài có quan hệ gần gũi với người, ăn tạp quan có kích thước tương tự với người Lợn quan hệ họ hàng gần gũi với người Linh trưởng nên khả truyền bệnh cho người không dễ dàng Hơn sản xuất lợn giống tiến hành điều kiện kiểm soát bệnh tật với giá thành thấp Mặt khác, lợn sử dụng làm nguồn thức ăn phong phú cho người Yếu tố việc tạo vật nuôi chuyển gen để cung cấp nội quan cấy ghép cho bệnh nhân ngăn cản loại thải thể ghép nhờ hoạt hoá nhân tố bổ sung thuộc hệ miễn dịch người [4] Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Công nghệ di truyền động vật 5.6 Tạo động vật chuyển gen làm mô hình nghiên cứu bệnh người Hơn 3000 bệnh di truyền người biết việc nghiên cứu nguyên nhân chủ yếu chúng quan tâm với mục đích để phát minh liệu pháp gen tế bào sinh dưỡng tìm phương pháp điều trị hiệu Các dòng chuột nội phối đặc biệt di truyền kiểu hình mong muốn cách tự phát cung cấp mô hình hữu ích cho việc nghiên cứu phát sinh bệnh người Sử dụng mô hình chuột chuyển gen giúp nhà khoa học thấy vai trò gen phát triển tính nội cân động vật cách nhanh chóng hy vọng xác định vị trí chức gen ngưòi từ hiểu biết vị trí chức gen chuột 5.7 Tạo động vật chuyển gen làm mô hình nghiên cứu chất độc học Động vật biến đổi gen để biểu triệu chứng bệnh người chế sinh học Sử dụng động vật để theo dõi đánh giá kết điều trị người chế sinh học Ví dụ nhà khoa học tạo khỉ chuyển gen làm mô hình bệnh lý Ngoài nhà khoa học tạo động vật chuyển gen làm cảnh tạo cá chuyển gen làm cảnh… Những thách thức công nghệ tạo động vật chuyển gen Việc thu nhận hợp tử (hoặc phôi giai đoạn sớm) dùng biến nạp gen lạ nhiều trường hợp phức tạp, số lượng ít, đòi hỏi thời gian dài Kỹ thuật phức tạp đòi hỏi hiểu biết hai lĩnh vực: kỹ thuật ADN tái tổ hợp kỹ thuật sinh sản Một số trở ngại mặt kỹ thuật gặp phải tạo động vật chuyển gen tần số biến nạp thấp (ở chuột 2%, thỏ 1%, cừu 1%, lơn 0.5% bò 0.5%), giá thành đắt nên hạn chế đàu tư nghiên cứu Chưa chủ động việc đưa gen ngoại lai vào vị trí xác định genom, kiếm soát số lượng gen ngoại lai Tính trạng xác định nhiều gen nằm vị trí khác nhau: phần lớn tính trạng chưa xác định tham gia gen, việc đưa nhiều gen vào vị trí xác định chưa làm Những thách thức mặt nhận thức đạo đức môi trường: tạo động vật mang phần gen người phục vụ mục đích chữa bệnh ủng hộ Mặt khác động vật chuyển gen mang đột biến lớn nên phân tán môi trường lai với động vật bình thường tạo quần thể mang đột biến lớn, dẫn đến diệt vong [5] Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Công nghệ di truyền động vật PHẦN KẾT LUẬN Cùng với phát triển mạnh mẽ sinh học nói chung kỹ thuật gen nói riêng, động vật biến đổi gen đã, đóng góp to lớn nhiều lĩnh vực nghiên cứu y học, chăn nuôi, môi trường… tập trung vào số hướng sau: Tạo động vật có tốc độ lớn nhanh, hiệu sử dụng thức ăn cao, tạo động vật chuyên sản xuất protein quý dùng y học, tạo động vật chuyển gen chống chịu bệnh tật thay đổi điều kiện môi trường, tạo động vật làm mô hình bệnh lý, mô hình nghiên cứu chế sinh học, tạo động vật chuyển gen để cấy ghép khác loài, tạo động vật chuyển gen suất cao, chất lượng tốt việc thay đổi đường chuyển hoá thể động vật Tuy nhiên, việc tạo động vật chuyển gen đặt nhiều thách thức công nghệ, tác động với môi trường, xã hội… [6] Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Công nghệ di truyền động vật TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Cường, 2009, Bài giảng công nghệ tạo động vật chuyển gen Trần Quốc Dung, Nguyễn Hoàng Lộc, Trần Thị Lệ, 2006, Công nghệ chuyển gen động vật thực vật Lê Gia Hy, Khuất Hữu Thanh, 2007, An toàn Sinh học, NXB Khoa học Kỹ thuật Lê Xuân Tú, Ngụy Hữu Tâm, 2006, Công nghệ gen-phương pháp, khả giới hạn, NXB Khoa học Kỹ thuật Một số trang web [7] Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Công nghệ di truyền động vật MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .1 PHẦN NỘI DUNG Động vật biến đổi gen (Transgenics) 2 Các phương pháp chuyển gen động vật Nguyên tắc tạo động vật biến đổi gen Các yêu cầu động vật chuyển gen Những triển vọng công nghệ tạo động vật chuyển gen 5.1.Tạo động vật có tốc độ lớn nhanh, hiệu sử dụng thức ăn cao 5.2 Tạo động vật chuyên sản xuất protein quý dùng y dược 5.3.Tạo động vật chống chịu bệnh tật thay đổi điều kiện môi trường 5.4 Nâng cao suất, chất lượng động vật cách thay đổi đường chuyển hóa thể động vật 5.5 Tạo vật nuôi chuyển gen cung cấp nội quan cấy ghép cho người 5.6 Tạo động vật chuyển gen làm mô hình nghiên cứu bệnh người 5.7 Tạo động vật chuyển gen làm mô hình nghiên cứu chất độc học Những thách thức công nghệ tạo động vật chuyển gen PHẦN KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO .7 [8] Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn ... vật biến đổi gen (Transgenics) Động vật mà mô tạo nên tế bào mang gen đoạn DNA lạ người chủ động đưa vào Động vật mà gen thể bị làm bất hoạt kích hoạt (gene knockout or knockin) Đoạn gen đưa vào... Động vật biến đổi gen (Transgenics) 2 Các phương pháp chuyển gen động vật Nguyên tắc tạo động vật biến đổi gen Các yêu cầu động vật chuyển gen Những triển vọng... chuyển gen giúp nhà khoa học thấy vai trò gen phát triển tính nội cân động vật cách nhanh chóng hy vọng xác định vị trí chức gen ngưòi từ hiểu biết vị trí chức gen chuột 5.7 Tạo động vật chuyển gen