Tạo giống động vật bằng công nghệ gen

Họ và tên: Lương – Linh Lớp : 12 Hoá Trường : THPT Chuyên Lào Cai Tạo giống động vật bằng công nghệ gen I) Thành tựu của tạo giống động vât bằng công nghệ gen Công nghệ gen có nhiều ứng dụng trong đời sống và đạt được nhiều thành tựu trong các lĩnh vực như: - Trong chăn nuôi: Tạo ra các giống vật nuôi có đặc tính như mong muốn ( VD: heo nhiều nạc, đẻ nhiều lứa, bò nhiều sữa, gà có thịt thơm ngon, gà cho sản lượng trứng cao ….) - Trong bảo tồn : Tách giữ các gen quý ở động vật quý hiếm nhằm tái tạo phục hồi giống loài. - Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường: Tạo vi sinh vật mang gen xử lý nước thải, làm sạch không khí cân bằng hệ sinh thái……. - Trong y học, dược phẩm: Liệu pháp gen đã ra đời nhằm chữa các bệnh do tổn thương gen gây ra hoặc tạo ra các loại dược phẩm được chế từ sản phẩm của các động vật đã được biến đổi gen. - Trong công nghiệp giải trí: chuyển gen vào sinh vật cảnh. - Trong nghiên cứu cơ bản: Phát hiện quy luật hoạt động của gen … Trong số đó tạo giống động vật bằng công nghệ gen phát triển mạnh và có nhiều đóng góp to lớn ở các lĩnh vực chăn nuôi, bảo tồn, y học dược phẩm và giải trí.  Ưu thế của tạo giống động vật bằng kỹ thuật gen so với các biện pháp thông thường: Tạo ra nhiều giống động vật mới có năng suất và chất lượng cao hơn về sản phẩm, đặc biệt tạo ra động vật chuyển gen có khả năng chữa bệnh cho con người. Các thành tựu cụ thể  Trong chăn nuôi : Nhờ công nghệ chuyển gen các nhà khoa học Việt Nam đã tạo ra được giống heo nhiều nạc, gà có thịt thơm ngon hơn và cho sản lượng trứng cao hơn ( gà ác)………………  Trong bảo tồn: Tách giữ các gen quý hiếm của động vật quý hiếm có nguy cơ tiệt chủng để phục hồi loài giống. Gene hổ tuyệt chủng"hồi sinh" trong cơ thể chuột: 70 năm sau khi loài hổ dữ có túi Tasmanian tuyệt chủng, ADN của nó đã được các nhà khoa học Úc làm cho "hồi sinh" bên trong cơ thể chuột. Đây là lần đầu tiên ADN của một động vật tuyệt chủng có thể thực hiện chức năng bên trong một cơ thể sống. Kỹ thuật này có thể giúp chúng ta khám phá thêm về khủng long hay người cổ Neanderthal . để thực hiện nghiên cứu trên, các nhà khoa học thuộc ĐH Melbourne (Úc) và ĐH Texas (Mỹ) đã trích mẫu ADN của một con hổ Tasmanian hơn 100 năm tuổi, được bảo quản trong ethanol tại một bảo tàng, và tiêm vào phôi chuột để nghiên cứu sự phát triển của sụn. Kết quả, họ phát hiện gene Col2A1 của hổ Tasmanian có chức năng tương tự trong việc phát triển sụn và xương khi nằm trong cơ thể chuột. Kết quả này hứa hẹn sẽ phát triển công nghệ y sinh mới để tạo ra gene có thể giúp tái tạo lại sụn. Hổ Tasmanian là một động vật ăn thịt bí ẩn bị săn bắn đến tuyệt 1 chủng trong tự nhiên vào đầu thế kỷ 20. Đến năm 1936, những con hổ Tasmanian cuối cùng được biết đến đã chết trong sở thú Hobart. Theo các nhà khoa học, ở thời điểm hiện nay, khi tốc độ tuyệt chủng của các loài gia tăng ở mức độ báo động, nghiên cứu trên sẽ giúp hiểu rõ hơn những loài động vật đã hoàn toàn tuyệt chủng, từ đó có thể tiếp cận tính đa dạng sinh học của chúng.  Trong y học, dược phẩm: 1) Các nhà khoa học đã lần đầu tiên chuyển ghép thành công nhiễm sắc thể người vào chuột, tạo nên một bước đột phá có thể mở ra hướng mới trong việc điều trị bệnh Down và các chứng rối loạn khác. Những con chuột biến đổi gene mang một bộ copy nhiễm sắc thể người 21. Đó là cặp nhỏ nhất trong số 23 cặp nhiễm sắc thể người gồm khoảng 225 gene.Thành tựu này đánh dấu 13 năm nghiên cứu của các nhà khoa học tại Viện Sức khoẻ y tế quốc gia ở London và Viện thần kinh học. "Chúng tôi rất lạc quan rằng việc cấy ghép thành công có thể giúp chúng ta nhìn sâu vào những vấn đề mà bệnh nhân Down gặp phải", Victor Tybulewicz, người đứng đầu nghiên cứu, nói. Hội chứng Down ảnh hưởng tới 1/800 ca sinh nở, gây ra sự chậm chễ trong việc phát triển thể chất và thần kinh. Những người bị bệnh này cũng gặp vấn đề về tim, thính giác và có nguy cơ cao mắc bệnh máu trắng và Alzheimer.Tiến sĩ Elizabeth Fisher tại Viện thần kinh học cho rằng công nghệ mới sẽ giúp các nhà khoa học tìm ra những gene gây ra các triệu chứng của Down và khả năng mắc các căn bệnh khác. Nhiễm sắc thể người được hoà lẫn với tế bào gốc mới phát triển của chuột cùng một hoá chất giúp chúng dễ hoà tan với nhau. Thế bào gốc mang nhiễm sắc thể 21 sau đó được tiêm vào phôi chuột và cấy vào chuột mẹ. Kết quả cho ra một con chuột có nhiễm sắc thể người. Mặc dù con chuột trông bình thường, chúng phát triển những đặc điểm khác nhau liên quan đến bệnh Down. Hiệp hội Hội chứng Down ở Anh hoan nghênh nghiên cứu này và cho rằng nó sẽ có ảnh hưởng tích cực tới cuộc sống của những người mắc bệnh. "Bất cứ nghiên cứu nào giúp hiểu vì sao những người bị Down dễ bị mắc các bệnh khác hơn đều vô cùng quan trọng, mặc dù phải thừa nhận rằng nó chưa mang tới một phương pháp điều trị cụ thể nào cho bệnh Down". 2) Nhân bản thành công lợn mang gien người : Các nhà khoa học Hàn Quốc vừa nhân bản thành công một con lợn mang gien người. Đây là một bước tiến lớn trong nỗ lực cấy ghép nội tạng lợn cho người mà không gây biến chứng. Theo TS Park Kwang-Wook, trưởng nhóm nghiên cứu, những con lợn nhân bản này đã được chuyển gien để mang gien HLA-G của người. Gien HLA-G sẽ giúp cơ quan nội tạng của lợn có cơ hội được chấp nhận cao hơn nếu được ghép cho người. Nhóm nghiên cứu đã nhân bản lợn bằng cách lấy tế bào từ một con lợn lùn (loại lợn này được sử dụng để tạo cơ quan cấy ghép). Tiếp đến, họ tiêm gien HLA-G vào tế bào rồi cấy tế bào vào tử cung của một con lợn cái. Kết quả là 5 con lợn chào đời bằng phương pháp mổ đẻ song chỉ có một con sống sót. Đào thải miễn dịch là một trở ngại lớn trong cấy ghép nội tạng cho người. Hệ miễn dịch của người tấn công các cơ quan được cấy ghép bởi nó coi những cơ quan này là kẻ xâm nhập. Thường thì tiến trình đó được khống chế bằng cách cho bệnh nhân uống thuốc chống thải ghép. Theo nhóm nghiên cứu, các tế bào từ con lợn nhân bản nói trên sẽ làm giảm 60-70% sức mạnh tiêu diệt cơ quan cấy ghép của các kháng thể người. Con lợn đầu tiên mang gien HLA- G trên thế giới là sản phẩm của sự hợp tác giữa Công ty MGenbio và Viện nghiên cứu chăn nuôi quốc gia Hàn Quốc. Nhóm nghiên cứu cho rằng cần phải tiếp tục nghiên cứu để bổ sung thêm 3-5 gien miễm dịch nữa thì mới thực sự phù hợp với hệ miễn dịch ở người. Theo trưởng nhóm nghiên cứu những con lợn nhân bản này đã được chuyển gien để mang gien HLA-G của người. Gien HLA-G sẽ giúp cơ quan nội tạng của lợn có cơ hội được chấp nhận cao hơn nếu được ghép cho người. 3) Tạo ra giống gà Khảm : Lần đầu tiên tại Việt Nam, các nhà khoa học thuộc Trung tâm nghiên cứu gia cầm Thuỵ Phương - Viện chăn nuôi và Trường Đại học khoa học tự nhiên (Đại học Quốc Hà Nội) đã thành công trong việc nghiên cứu: Tạo ra một giống gà hoàn toàn mới (gọi là gà khảm) từ việc tiêm tế bào gốc của 2 giống gà quí khác. Sau hai năm thực hiện Đề tài khoa học cấp nhà 2 nước KC 02.24 về nghiên cứu Công nghệ Tế bào gốc, thí nghiệm trên 1500 lần từ tế bào gốc phôi của hai giống gà quý hiếm Gà Ác Tiềm và Gà Lương Phượng, thực hiện theo phương pháp mở cửa sổ vỏ trứng không giờ ấp, lấy tế bào gốc gà Lương Phượng tiêm vào phôi trứng gà Ác, đậy lại rồi cho ấp bình thường, các nhà khoa học đã đưa ra được con gà khảm - con gà mới này mang đặc tính của cả gà Ác và Gà Lương Phượng về màu sắc da, lông , chân nhưng lại không phải là giống gà lai.PGS-TS Nguyễn Mộng Hùng - Trưởng phòng công nghệ Tế bào Động vật- Trường Đại học KHTN-ĐHQGHN cho biết: "Phôi của hai giống gà Lương Phượng và gà Ác tạo ra giống gà hoàn toàn mới chưa có trong tự nhiên, nó tạo ra những con gà chuyển gen quí, ghi mã cho protein dược liệu quí, phôi phát triển thành nhiều loại tế bào, trong đó có tế bào sinh dục. Sản xuất theo hướng này sẽ làm giá dược liệu rẻ hơn nhiều lần so với lấy từ động vật, có thể từ 1000 USD xuống còn khoảng 200USD/1kg ". Đây là công nghệ rất khó, trên thế giới mới chỉ có rất ít các nước nghiên cứu thành công. Trong thực tế, nhu cầu tạo ra gà chuyển gen là rất cần thiết cho đời sống, không phải dùng cho mục đích lai giống sản xuất chăn nuôi, mà chủ yếu là để chế tạo ra các loại dược liệu quý chữa bệnh cho người và vật nuôi. Các loại động vật chuyển gen được ví như các nhà máy sản xuất dược liệu. Theo PGS-TS Nguyễn Đăng Vang - Viện Trưởng Viện chăn nuôi, đây là lĩnh vực tế bào gốc hoàn toàn mới mà Đảng, Nhà nước rất quan tâm. Hai phần cơ thể nằm trong một cơ thể là rất mới. Thành công đầu tiên này ở Việt Nam nay mở ra hướng nghiên cứu Tế bào gốc, tạo gà chuyển gen, tạo nên nguồn protein dồi dào, giúp cho y học, giúp phát triển ngành chăn nuôi, tiền đề cho việc mở ra việc tạo ra những giống vật nuôi đặc thù ở Việt Nam. 4) Chuột chuyển gen : Thành phố Thượng Hải của Trung Quốc sẽ xây dựng phòng thí nghiệm chuột chuyển gen nhằm kiếm tìm các giải pháp mới trị bệnh ở người. Công việc xây dựng sẽ bắt đầu vào đầu năm 2006 tại khu công nghệ cao Zhangjiang và hoàn thành vào tháng 3- 2007 . Uỷ ban công nghệ và khoa học Thượng Hải, cùng với Uỷ ban cải cách và phát triển thành phố dự định chi 25 triệu đô la cho dự án này. Khi đi vào hoạt động, phòng thí nghiệmh sẽ chứa khoảng 150000 con chuột thí nghiệm và phải đáp ứng các tiêu chuẩn cao nhằm đáp ứng phục vụ nhu cầu khoa học và tính chính xác trong nghiên cứu. Theo ông Wang Zhugang, giám đốc trung tâm nghiên cứu các sinh vật thượng Hải phòng thí nghiệm hiện đã tạo được hơn 100 loại chuột chuyển gen ( khoảng 93% gen chuột giống hệt gen người )để nghiên cứu các bênh ở người như: viêm gan, bạch cầu và béo phì. 5) Tạo thuốc từ cừu biến đổi gen: Bằng công nghệ gen người ta đã tạo ra những con cừu có gen prôtêin huyết thanh người. Prôtêin huyết thanh người được cừu sản xuất và tiết vào sữa. Có thể tách chúng từ sữa để tạo những viên thuốc chống u xơ và chữa bệnh về đường hô hấp cho người. 6) Bò được chuyển gen: sản xuất r-prôtêin của người và gen này được biểu hiện ở tuyến sữa, có thể cho sản phẩm với số lượng lớn. Từ sữa có sản phẩm này, qua chế biến sản xuất ra prôtêin C chữa bệnh máu vón cục gây tắc mạch ở người.  Trong công nghiệp giải trí: 1) Tạo ra cá phát sáng: Trong một bình thủy tinh ở phòng thí nghiệm, gần 10 con cá ngựa vằn đang bơi lội tung tăng. Dưới ánh sáng đèn bình thường, chúng có màu hồng nâu, nhưng chỉ chiếu đèn huỳnh quang, thấy rõ ràng chúng có màu xanh lá cây. Đó là những con cá chuyển gen phát sáng đầu tiên của Việt Nam vừa mới ra đời, do các nhà nghiên cứu trẻ Lê Thành Long, Đỗ Ngọc Hân, Phạm Văn Phúc, Nguyễn Trần Phương, Đoàn Chính Chung (khoa sinh, Đại học khoa học tự nhiên TP.HCM) thực hiện, dưới sự chỉ đạo của ThS. Phan Kim Ngọc, trưởng phòng thí nghiệm sinh lý động vật và công nghệ sinh học phân tử của khoa. Thành công này là “một bước nhảy” của các nhà khoa học Việt Nam, khi họ làm chủ được kỹ thuật khó khăn bậc nhất hiện nay trong công nghệ sinh học và mở ra một triển vọng mới về ứng dụng công nghệ gen. Công việc chuyển gen phát sáng vào cá ngựa vằn Đầu tiên tách lấy gen phát sáng GFP (Green Fluorescent Protein) từ con sứa, rồi thao tác gen để có được đầu này đầu kia nhằm gắn plasmid (chất gắn gen) vào đó. 3 Tiếp theo, tìm cách đưa đoạn gen trên vào tế bào trứng đã thụ tinh của cá. Sau đó gây sốc để mở toang bộ gen tế bào này; làm như vậy để khi tế bào gắn lại bộ gen, nó sẽ gắn “nhầm” đoạn gen phát sáng của sứa mà chúng ta mong muốn. Tất cả được thực hiện với kính hiển vi vi thao tác, trong những điều kiện khắt khe về độ thẩm thấu, ánh sáng, nhiệt độ, điều kiện vô trùng . 2) Mèo chuyển gen không gây dị ứng cho người : Vào cuối năm 2004 công ty sinh học Allerca của Mỹ đã tạo được mèo chuyển gen không gây dị ứng cho người. Với những con mèo chuyển gen, Allerca hy vọng sẽ đáp ứng được nhu cầu của hàng triệu khách hàng trong và ngoài nước về vấn đề nuôi thú cưng trong nhà. Dị ứng mèo mèo cũng là một trong các nguyên nhân chính gây ra các dạng dị ứngmãn tinh, hen hoặc bệnh hô hấp khác ở trẻ em. Thủ phạm chính là một loại prôtêin được tiết ra rất mạnh ở da và tuyến nước bọt của mèo. Chất gây dị ứng này nhẹ tới mức có thể bay lơ lửng được ở trong không khí trong nhiều tháng. Sử dụng công nghệ ức chế gen, Allerca có thể ức chế quá trình sinh prôtêin nói trên. Con mèo chuyển gen đầu tiên không dị ứng sẽ là giống mèo Shorthairs của Anh. Chúng được coi là con vật cưng lý tưởng với tính cách thân thiện thích đùa và thích được âu yếm… Allerca mong đợi những con mèo chuyển gen sắp tới sẽ nhận được nhiều sự quan tâm từ khách hàng yêu quý mèo mà dị ứng với mèo. Ông Brodie cũng cho biết, mèo chuyển gen sẽ bị hoạn để ngăn chúng giao phối với các con mèo sinh tự nhiên. Ngoài ra ông cũng hy vọng Cục Dược phẩm - Thực phẩm mỹ và Bộ nông nghiệp bật đèn xanh vì hai cơ quan này không phản đối việc một công ty khác sản xuất các cảnh chuyển gen mang tên Glofish. Glofish được bán tại các cửa hàng cá cảnh từ đầu năm - giống cá vằn được bổ sung thêm gen phát huỳnh quang của cỏ chân ngỗng ở biển. Mèo chuyển gen là nỗ lực mới nhất trong việc ứng dụng cộng nghệ sinh học vào ngành sinh vật cảnh đầy béo bở. II) Chuyển gen vào cơ thể động vật gồm 3 cách: 1- Đưa thêm một gen lạ vào hệ gen ( thường là gen của loài khác). 2- Làm biến đổi một gen trong hệ gen. Một gen nào đó của sinh vật có thể được biến đổi cho nó sản xuất nhiều sản phẩm hơn (ví dụ tạo ra nhiều hoocmon sinh trưởng hơn bình thường ) hoặc làm cho nó được biểu hiện một cách khác thường ví dụ biểu hiện ở những mô mà bình thường chúng không biểu hiện. 3- Loại bỏ hoặc làm bất hoạt một gen nào đó của hệ gen. Một gen nào đó của hệ không như mong muốn có thể làm mất hoặc bất hoạt . III) So sánh phương pháp vi tiêm và phương pháp chuyển gen đã cái biến: Tiêu chí Phương pháp vi tiêm Phương pháp chuyển gen đã cải biến Định nghĩa Là phương pháp thông dụng nhất trong kỹ thuật chuyển gen ở động vật. Đoạn AND được bơm thẳng vào hợp tử ở giai đoạn nhân non. Là phương pháp sử dụng các tế bào có khả năng phân chia mạnh được lấy ra rồi được chuyển gen rồi lại được cấy trở lại vào phôi. Cách tiến hành + Dụng cụ: Máy vi thao tác gồm hai phần giống hệt nhau được bố trí hai bên kính hiển vi, một dùng để điều chỉnh kim tiêm một dùng cho kim giữ. Tính năng của máy này là cho phép điều chỉnh kim tiêm theo không gian 3 chiều. Trước hết cần nuôi cấy các tế bào và bổ sung AND mang gen dùng thay đổi mục tiêu của tính trạng theo hướng mong muốn vào dịch nuôi tế bào. Sau đó tiến hành chọn lọc các tế bào. Tế bào dung hợp sau đó được cấy trở lại vào vào cơ 4 Các bước: - Nạp gen vào kim tiêm bằng phương pháp capillar ( ngâm đầu kim tiêm vào dung dịch gen khoảng 10-12 h) hoặc bơm trực tiếp dung dịch gen vào. - Lắp kim tiêm vào máy vi thao tác. - Chuyển trứng tiền nhân vào đĩa petri có chứa môi trường được đặt dưới kính hiển vi. - Điều chỉnh kính hiển vi để xác định đĩa phôi và điều chỉnh máy vi tao tác để đưa kim tiêm vào vị trí của trứng tiền nhân. Khi thấy trứng tiền nhân hơi phồng to và trở nên sáng hơn thì dừng lại và kéo nhanh kim tiêm ra. Mỗi một đĩa trứng tiền nhân được hoàn thành được chuyển sang một đĩa môi trường khác để ấp và đánh giá bằng mắt trong một vài tiếng. Sau dó tất cả các trứng tiền nhân được nhìn thấy rõ ràng và được chuyển vào ống dẫn trứng của con cái nhận. quan sinh sản của động vật cần chuyển gen. Nguyên tắc Sử dụng vi tiêm để cấy gen cần thiết vào phôi( thêm gen). Cải biến gen dựa trên sự tái bản theo nguyên tắc bổ su+ng của phân tử AND ( sửa chữa gen), sau đó thay khôi nhân này cho nhân của tế bào trứng. 5 6 7 8 9 10 [...]...inh học Việt Nam] 11 Lần đầu tiên trên thế giới, gene của loài hổ Tasmanian đã tuyệt chủng được tiêm vào phôi chuột (Ảnh: smh.com.au) [14/07/2005 - Sinh học Việt Nam] Con lợn nhân bản mang gien người [27/09/2005 - Sinh học Việt Nam] 12 13 . Trường : THPT Chuyên Lào Cai Tạo giống động vật bằng công nghệ gen I) Thành tựu của tạo giống động vât bằng công nghệ gen Công nghệ gen có nhiều ứng dụng trong. phẩm và giải trí.  Ưu thế của tạo giống động vật bằng kỹ thuật gen so với các biện pháp thông thường: Tạo ra nhiều giống động vật mới có năng suất và chất