an toan sinh học ứng dụng của DNA tái tổ hợp

Các ứng dụng của công nghệ DNA tái tổ hợp 1. Ứng dụng của DNA tái tổ hợp trong nông nghiệp Có thể nói đây là lĩnh vực được ứng dụng rộng rãi nhất của Công nghệ DNA tái tổ hợp vì nó không chỉ tạo ra các sản phẩm GMO mang những tính trạng mong muốn như tăng năng xuất, tăng chất lượng, kháng lại sâu bệnh… mà góp phần giải quyết các vấn đề xã hội như xóa đói giảm nghèo, đảm bảo an ninh lương thực thế giới…

I Cơng nghệ DNA tái tổ hợp • Cơng nghệ DNA tái tổ hợp tập hợp kỹ thuật tạo nên phân tử DNA tái tổ hợp để nhằm đưa gen mong muốn vào tế bào hay thể sống AND tái tổ hợp tạo từ hai hay nhiều đoạn AND(hoặc ARN) có nguồn gốc khác nhau, từ AND cá thể thuộc lồi khác Như vậy, nói GMO sản phẩm cơng nghệ DNA tái tổ hợp, hay công nghệ DNA tái tổ hợp sở tạo nên GMO • Cơng nghệ DNA tái tổ hợp bao gồm bước chính: + Tạo ADN tái tổ hợp + Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận + Tách dòng chứa ADN tái tổ hợp • Mục đích: Phân lập gen từ hỗn hợp nhiều gen tế bào, để phân tích nghiên cứu gen riêng lẻ Nhân dòng gen phân lập lên số lượng lớn, để đáp ứng đủ cho nhu cầu nghiên cứu Khả tạo gen/tổ hợp gen • Thực tế cho thấy hai thập kỷ qua, bùng nổ công nghệ gen đặc biệt ứng dụng nông nghiệp, tạo bước đột phá phát triển khoa học nhiều ngành kinh tế - kỹ thuật khác lồi người, có ảnh hưởng lớn lao đến sản xuất – môi trường – xã hội sống II Các ứng dụng công nghệ DNA tái tổ hợp Ứng dụng DNA tái tổ hợp nơng nghiệp Có thể nói lĩnh vực ứng dụng rộng rãi Cơng nghệ DNA tái tổ hợp khơng tạo sản phẩm GMO mang tính trạng mong muốn tăng xuất, tăng chất lượng, kháng lại sâu bệnh… mà góp phần giải vấn đề xã hội xóa đói giảm nghèo, đảm bảo an ninh lương thực giới…  Thực vật chuyển gen  Cải thiện chất lượng thực phẩm, làm tăng giá trị dinh dưỡng tính trạng thích hợp cho cơng nghệ chế biến  Có khả kháng nhiều loại sâu bọ, kháng thuốc diệt cỏ…góp phần tăng suất trồng  Ứng dụng việc biến đổi gen vào trồng như: Ngô, lúa, đậu, khoai tây… giúp cho sản lượng nông sản tăng gấp đơi chí gấp lần so với dùng phương pháp gây trồng truyền thống đồng thời giảm sức lao động cho người nơng dân • Hoa hồng BĐG: Hoa hồng truyền thống có hai màu đỏ trắng, Những bơng hoa hồng xanh, có tên Applause, tạo phương pháp biến đổi gen để thay đổi màu sắc cánh hoa Và Hoa hồng xanh kết nghiên cứu vòng 20 năm cơng ty Suntory (Nhật Bản)  Gạo vàng giàu Vitamin A: Gạo vàng giàu vitamin A Gạo vàng (Golden rice) thực phẩm trồng chuyển gen (GM) xếp đầu bảng, sản phẩm chống đói, tăng cường sức khỏe tốt cho người, đặc biệt cung cấp vitamin A (beta-carotene) cần cho thể trẻ nhỏ, hạn chế nguy gây mù lòa theo số liệu thống kê giới năm có khoảng nửa triệu trẻ em mắc phải bệnh này, lý chính bị thiếu vitamin A Gạo vàng có hàm lượng beta-carotene cao gấp 20 lần so với gạo vàng thông thường  Lúa chuyển gen Bt cho xuất cao, giảm áp lực sâu hại: Các nhà khoa học sử dụng gen hợp Bt đưa gien chuyển đổi vào tế bào mầm Các tác giả chứng minh gien dung nạp Bt tiêu diệt 100% ấu trùng sâu đục thân màu vàng sọc nâu vòng tuần bị nhiễm mà khơng gây ảnh hưởng tới sản lượng Các biện pháp kiểm soát sâu bệnh phun thuốc trừ sâu khơng có hiệu ấu trùng sâu bệnh công thân Trước đây, nỗ lực nhằm đưa tính  kháng sâu đục thân vàng biện pháp nhân giống thông thường không thu kết thiếu gen thích hợp nguồn gen lúa Việc chuyển nạp gien mang độc tố Bt từ khuẩn đất Bacillus thuringiensis khắc phục tình trạng Độc tố Bt tiêu diệt số loại ấu trùng gây bệnh Đu đủ kháng bệnh đốm vòng virus: Xếp thứ danh sách giống đu đủ GM kháng bệnh đốm vòng virus có tên PRSVV (Papaya ringspot virus) gây làm hại nhiều phận khác đủ đủ, từ lá, quả, thân cuống Giống đu đủ GM trồng nhiều Tha Pra, Thái Lan, từ năm 2004 cho sản lượng cao, khỏe xem sản phẩm có lợi cho sức khỏe người cho nông dân  Lúa chịu hạn lụt: Một sản phẩm GM có khả giúp người khắc phục nạn đói thiếu lương thực loại lúa GM chịu hạn hán, lũ lụt có tên SNORKEL1 SNORKEL2 Đây giống lúa nhà khoa học Nhật Bản tạo có suất cao thân cao phù hợp chân ruộng thường xuyên bị úng lụt Thái Lan Campuchia Để tạo giống lúa nhà khoa học tìm cặp gen có tên SNORKEL giúp cho trồng phát triển nhanh sống môi trường nước nhiều giúp phát triển mặt nước Mỗi nước dâng cao, lúa lại tích lũy hormone ethylene hormone đến lượt kích hoạt gen SNORKEL làm cho thân lúa phát triển nhanh cứng cáp  Cà chua giàu chất chống ôxi hóa Các chuyên gia Trung tâm Nghiên cứu John Inne Centre Anh tạo loại cà chua chuyển gen đặc biệt có hàm lượng anthocyanins cao, chất chống ơxi hóa có tác dụng giảm nhiều bệnh cho người, có bệnh ung thư Người ta coi thực phẩm chữa bệnh tiêu chí làm tăng giá trị kinh tế cho sản phẩm nông nghiệp giàu chất chống ơxi giống có loại mọng dâu tây, mâm xôi, nho… Để tạo giống cà chua nhà khoa học sử dụng gen có lồi hoa kim ngũ thảo (Snapdragon) cài xen vào hệ gen cà chua Qua thử nghiệm chuột cho thấy chuột ăn khoảng 10% bột loại cà chua có tuổi thọ cao so với chuột ăn  loại cà chua thơng thường Ngồi tác dụng chữa bệnh giống cà chua nói xem sản phẩm “cứu cánh” cho người nông dân bối cảnh an ninh lương thực bị khủng hoảng, đặc biệt có sức đề kháng tốt, chịu sâu bệnh cho suất cao hẳn so với cà chua truyền thống Ngô chuyển gen giàu dưỡng chất Ngô xem sản phẩm chủ đạo cơng nghệ chuyển gen, không cho suất cao, chịu sâu bệnh mà có hàm lượng dưỡng chất hữu ích cho người tiêu dùng Để tạo giống ngô GM giàu dưỡng chất, nhà khoa học cài xen vào ngô gen, tạo tới loại vitamin khác  Có hàm lượng vitamin C cao gấp lần vitamin C, E gấp lần so với ngô truyền thống Giống ngô chuyên gia ĐH Lleida Tây Ban Nha trồng thử nghiệm dự kiến có mặt thị trường tương lai gần Chuối chuyển gen chống suy dinh dưỡng chuối chuyển gen, sản phẩm phổ biến quốc gia châu Phi, đặc biệt Uganda nơi coi thực phẩm chủ đạo, trung bình người dân Uganda ăn tới kg chuối/ ngày Mặt trái loại chuối dùng làm thực phẩm thiếu hụt sắt vitamin A nên nhiều người dân bị suy dinh dưỡng Để hạn chế tình trạng chuyên gia ĐH Bách khoa Queenland (Australia) lai tạo cho đời giống chuối chuyển gen có tên Cavendish Banana, có hàm lượng sắt beta carotene cao Giống chuối trồng thử nghiệm Australia đưa sang trồng Uganda  Cây cải dầu BĐG Cây cải dầu loại biến đổi gen từ hạt cải dầu, nhà nhân giống thực vật Canada phát triển với mục đích biến đổi chất lượng dinh dưỡng, đặc biệt hàm lượng chất béo hòa tan loại Cây cải dầu biến đổi gen để mang tính trạng khả chịu thuốc diệt cỏ, có hàm lượng laurate axit oleic cao với lượng dầu từ 40% đến 50%, cải dầu thích hợp để dùng làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh họcDầu ép từ cải dầu, phần lại dùng công nghiệp sản xuất thức ăn cho gia súc  Đậu tương bđg cho xuất cao sử dụng giống đậu tương biến đổi gen giúp tăng suất giảm chi phí sản xuất Hiện, đậu tương biến đổi gen chiếm diện tích lớn tổng diện tích biến đổi gen tồn giới (60%); sau đến ngơ (22%) vải (11%).Tại Việt Nam, đậu tương thực phẩm quan trọng, nhiên suất trồng thấp, bình qn khoảng 1,9 tấn/ha Vì vậy, việc sử dụng giống đậu tương biến đổi gen có đặc tính kháng sâu chống chịu hạn tốt giải pháp giúp nâng cao suất đậu tương  Cây chuyển gen chống sâu đục quả: Qua phân tích hệ thể RNA mạch kép Ấu trùng sâu đục biểu chậm phát triển chuyển gen thiệt hại ít kiểm soát sâu đục Sau sử dụng kỹ thuật khuếch đại, mức độ biểu CYP6AE14 quan sát thấy làm giảm ấu trùng, sớm bốn sau ăn chuyển gen, với việc giảm hàm lượng protein CYP6AE14 Như vậy, biến đổi gen có tính kháng tốt sâu bollworms can thiệp RNA cách hiệu để phát triển trồng vải chống côn trùng  Khoai tây chứa Amylopectin: Các giống khoai tây bình thường có chứa hai loại tinh bột: amylose amylopectin, amylopectin dùng rộng rãi ngành công nghiệp chế tạo giấy, dệt… Theo phương pháp truyền thống, muốn sử dụng amylopectin khoai tây phải qua khâu tách lọc tốn lượng chi phí Hàng năm cần đến 500.000 amylopectin nguyên chất nên nhà khoa học Đức áp dụng “kỹ thuật đột biến gene định hướng” để tạo loại khoai tây nói Bên ngồi giống khoai tây bình thường giống có gene chịu trách nhiệm sản xuất amylopectin hoạt động để tạo chất amylopectin  Cây thuốc biến đổi gen có khả kháng thuốc diệt cỏ: Cây thuốc biến đổi gen GMC trồng thử nghiệm đồng ruộng Các nhà khoa học gây biến đổi gene thuốc để chúng kháng thuốc diệt cỏ, trồng thử nghiệm Mỹ Pháp vào năm 1986 Một thập kỷ sau trồng biến đổi gene bắt đầu trồng đại trà với mục đích thương mại  ứng dụng lâm nghiệp Cây biến đổi gen để phát triển nhanh hơn, sản lượng gỗ tốt chí phát cơng sinh học,có thể giúp đảo ngược tình trạng phá rừng đáp ứng nhu cầu cho sản phẩm gỗ giấy • Động vật chuyển gen Nhóm nhóm cải biến hầu hết đặc tính di truyền, nâng cao giá trị nhằm tăng giá trị Nhóm thứ nhóm chuyển gen có đặc tính cụ thể cải thiện sữa, trứng, thành phần máu để làm dược phẩm nhằm sản xuất tách ly số thành phần cụ thể dùng làm thuốc sử dụng cho vật ni để kiểm tra độc tính số sản phẩm thực phẩm  Cá hồi siêu tăng trưởng: Công ty AquaBounty biến đổi gen cá hồi khiến phát triển nhanh gấp hai lần thơng thường, ảnh cho thấy hai cá hồi độ tuổi với biến đổi gen phía sau Công ty cho biết, loại cá hồi biến đổi gen có hương vị, quan nội tạng, màu sắc mùi giống loại cá hồi thông thường, nhiên có nhiều tranh cãi xung quanh việc liệu loại cá có đủ an tồn để ăn  Bò sản xuất “sữa người”: Các nhà khoa học thuộc trường đại học Nông nghiệp Trung Quốc tạo 300 bò sữa cấy gen từ người giúp chúng sản sinh loại sữa có thành phần dinh dưỡng hàm lượng chất béo giống sữa người  Lợn biến đổi gen Năm 1985 , Hammer cộng công bố tạo lợn chuyển gen GH phương pháp giống sử dụng để tạo chuột khổng lồ từ năm 1982 Tháng 1/2011 , nhóm nghiên cứu Đại học Guelph nghiên cứu thành công “ Lợn siêu cấp” biến đổi gen , giá thành thấp phù hợp với yêu cầu vệ sinh môi trường  Gà chuyển gen * Vào đầu thập niên 1990, việc chuyển gen hormone sinh trưởng vào gà nghiên cứu phát triển Nhưng với nhiều vấn đề gây nên sinh trưởng với tốc độ mạnh mẽ gà chuyển gen hormone sinh trưởng vậy, ngành kỹ nghệ gia cầm xem xét phương pháp sửa đổi di truyền khác để nhân giống gà cho thị trường giới *Trong kỉ 21, chắn công ty giống trở nên ngày quan tâm đến tính trạng khác tốc độ sinh trưởng Các công ty Công nghệ Sinh học cho kế hoạch họ không tăng số lượng gà ni để giết thịt mà rút ngắn thời gian sinh trưởng gà việc gà có trọng lượng thể lớn  Ưu điểm GMO nông nghiệp:  Đảm bảo an ninh lương thực hạ giá thành lương thực giới  Bảo tồn đa dạng sinh học  Góp phần xố đói giảm nghèo  Giảm tác hại hoạt động nông nghiệp môi trường  Giảm thiểu tác hại biến đổi khí hậu giảm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính  Tăng hiệu sản xuất nhiên liệu sinh học  Góp phần ổn định lợi ích kinh tế  Hạn chế GMO nông nghiệp: Đối với sức khỏe người Đối với đa dạng sinh học Đối với môi trường    Những mối tác hại tiềm tàng trồng biến đổi gen thể khía cạnh sau: 1/khả gây dị ứng, làm nhờn kháng sinh, tạo độc tố gây độc lâu dài cho thể 2/Cây trồng kháng sâu có khả tiêu diệt loại trùng hữu ích khác ong, bướm 3/mang yếu tố chọn lọc (chịu lạnh, hạn, mặn hay kháng sâu bệnh…) phát triển tràn lan quần thể thực vật Điều làm cân hệ sinh thái làm giảm tính đa dạng sinh học lồi chuyển gen Ứng dụng DNA tái tổ hợp công nghiệp: a Công nghiệp sản xuất thuốc: Isullin người : Sản phẩm nguồn cung cấp vô tận cho insulin người để thay cho việc dùng insulin lợn bò Việc sản xuất insulin khả ứng dụng kt ADN tái tổ hợp vào việc sản xuất sản phẩm sp cũ với chất lượng tốt Kỹ thuật sản xuất dược phẩm chũa bệnh đắt tiền interferon b - Trong công nghiệp thực phẩm chưa có chứng đảm bảo thực phẩm biến đổi gene không gây tác động tiêu cực cho sức khỏe người, đặc biệt lâu dài "Những sản phẩm cần phải để thân người tiêu dùng định Nhưng vấn đề đặt việc ghi nhãn thực phẩm biến đổi gene nước ta trở thành quy định bắt buộc việc triển khai, kiểm tra, quản lý điều cần bàn giám sát chặt“ PGS, TS Nguyễn Hồng Minh, Giám đốc trung tâm nghiên cứu phát triển giống rau chất lượng cao cho biết, chi phí mua giống biến đổi gene đắt gấp nhiều lần giống truyền thống Số tiền ngày nhiều lên người nông dân lệ thuộc vào công ty cung ứng Nhưng họ muốn quay trở lại với giống cũ khơng thể môi trường sinh thái biến đổi, đầu tư nhiều tiền, nhiều thời gian, cơng sức khó cải tạo cũ sinh vật BĐG cấp Giấy xác nhận đủ điều kiện sử dụng làm thực phẩm phải đáp ứng điều kiện sau đây: - Sinh vật biến đổi gen Hội đồng ATTP BĐG thẩm định hồ sơ đăng ký cấp Giấy xác nhận sinh vật BĐG đủ điều kiện sử dụng làm thực phẩm kết luận sinh vật BĐG khơng có rủi ro khơng kiểm sốt sức khỏe người Sinh vật BĐG nước phát triển cho phép sử dụng làm thực phẩm chưa xảy rủi ro nước Dân số giới tăng lên tỷ người dự kiến vượt 12 tỷ người sau 50 năm tới Vấn đề cung cấp đủ lương thực, thực phẩm cho nhân loại vấn đề lớn Trong giải pháp nhiều nước quan tâm việc mở rộng việc nghiên cứu triển khai loại thực phẩm chuyển gen c - - Lên men công nghiệp: Nhật Bản xem công nghệ sinh học ngành quan trọng, ngành công nghệ sinh học cũ lên men, sản xuất enzyme, chất phụ gia sản phẩm thực phẩm lên men đóng vai quan trọng cơng nghiệp Nhật Bản suốt kỷ qua Không nhật bản, nước giới áp dụng để dùng cho việc sản xuất bia, rượu hay bánh mỳ… Nấm men thông thường lên men đường pentoza Tuy nhiên, cấy thêm số gen cần thiết từ loại nấm vi khuẩn khác, chủng nấm biến đổi gen lên men đường pentoza tạo Trong số đó, dòng nấm tái tổ hợp TMB3061 lựa chọn làm thí nghiệm, nuôi cấy hỗn hợp đường xyloza arabinoza lựa chọn chủng nấm ổn định nhất, có khả chuyển hóa pentoza nguyên liệu thành ethanol Sản xuất nhiên liệu sinh học d - Trong báo cáo nghiên cứu đăng ấn phẩm Viện khoa học Quốc gia (National Academy of Sciences), nhà khoa học tuyên bố họ tạo chủng khuẩn E.coli biến đổi gen để sản xuất nhiên liệu sinh học Chủng khuẩn E.coli biến đổi gen mà nhà nghiên cứu tạo không chuyển đổi đường thành chất béo khuẩn E.Coli thông thường, mà chúng chuyển đổi đường thành loại nhiên liệu có đặc tính giống dầu diesel Nếu người mở rộng quy mô, loại nhiên liệu sinh học nhân tạo từ chủng khuẩn E.coli biến đổi gen trở thành nguồn thay khả thi cho nhiên liệu hóa thạch - khơng ethanol, isobutanol pha trộn với xăng theo tỷ lệ nên không cần thiết bị chuyên dụng cho thùng xăng xe Do vậy, sử dụng trực tiếp isobutanol cho động động có mà khơng cần phải thay đổi So với ethanol, nhiên liệu có nồng độ cồn cao isobuthanol ứng cử viên sáng giá thay xăng chúng có mật độ lượng, giá trị octan áp suất Reid, đơn vị đo độ bay hơi, gần giống xăng Mặc dù sinh khối xenlulô rơm ngô cỏ switchgrass dồi giá rẻ, sử dụng chúng để sản xuất nhiên liệu sinh học lại khó khăn nhiều so với dùng ngô mía Để tạo chuyển hóa có thể, nhà khoa học biến đổi gen chủng Clostridium cellulolyticum, vi khuẩn địa phân hủy xenlulơ có khả tổng hợp isobutanol trực tiếp từ xenlulô tự nhiên, khơng có vi sinh vật xác định có tất đặc trưng cần thiết cho ý tưởng nên họ phải biến đổi gen chủng vi khuẩn mục đích Trong số nhiều ứng cử viên, cuối nhóm nghiên cứu lựa chọn chủng vi khuẩn Clostridium cellulolyticum tách từ cỏ thối rữa để tăng sản lượng etanol e Công nghiệp khai thác: Để sử dụng vsv thiobacillus người ta phải phun tẩm ướt quặng nước đc axit hóa đến ph 1,3-3,0 H2SO4, việc kích thích trình oxy hóa quặng chứa S Cu tăng khoảng 1tr lần, giúp hòa tan quặng chứa Cu2S H2SO4 ... giống trở nên ngày quan tâm đến tính trạng khác tốc độ sinh trưởng Các công ty Công nghệ Sinh học cho kế hoạch họ không tăng số lượng gà nuôi để giết thịt mà rút ngắn thời gian sinh trưởng gà việc... nhiều nước quan tâm việc mở rộng việc nghiên cứu triển khai loại thực phẩm chuyển gen c - - Lên men công nghiệp: Nhật Bản xem công nghệ sinh học ngành quan trọng, ngành công nghệ sinh học cũ lên... khoa Queenland (Australia) lai tạo cho đời giống chuối chuyển gen có tên Cavendish Banana, có hàm lượng sắt beta carotene cao Giống chuối trồng thử nghiệm Australia đưa sang trồng Uganda  Cây