tiểu luận Công nghệ sinh học

1 cng mụn Cụng ngh sinh hc. Cõu 1: C s phõn loi cụng ngh sinh hc, phõn tớch vai trũ ca Cụng ng AND trong CNSH hin i. Liờn h thc t ng dng CNSH VN. Cụng ngh sinh hc cú th hiu mt cỏch n gin l cụng ngh s dng cỏc c th sng sn xut cỏc sn phm hu ớch phc v con ngi. ĐN1: CNSH có thể hiểu đơn giản là công nghệ sử dụng các quá trình sinh học của các tế bào vi sinh vật, động vật và thực vật tạo ra th ơng phẩm phục vụ lợi ích con ngời ĐN2: CNSH là quá trình sản xuất ở quy mô công nghiệp có sự tham gia của các tác nhân sinh học (ở mức độ cơ thể, tế bào, dới tế bào) dựa trên các thành tựu nổi bật của nhiều bộ môn khoa học, phục vụ cho việc tăng của cải vật chất của xã hội và bảo vệ lợi ích của con ngời ĐN3: Công nghệ sinh học là ngành khoa học sử dụng các cơ thể, hệ thống hoặc quá trình sinh học để sản xuất công nghiệp các sản phẩm Ngi ta phõn CNSH ra hai loi: CNSH mi (new biotechnology) v CNSH c in (classical biotechnology). Cụng ngh sinh hc c in cú th coi l CNSH xut hin trong lch s loi ngi rt sm, cú th cỏch õy 5.000-8.000 nm, thm chớ 10.000 nm. Trong kinh thỏnh cng ó núi n qui trỡnh lm gim, lm ru nho, lm da, n nay chỳng ta vn cũn s dng qui trỡnh ú. Cụng ngh sinh hc mi xut hin khi k thut di truyn ra i. Theo quan im hin i, cỏc tỏc nhõn sinh hc tham gia vo quỏ trỡnh sn xut trờn l nhng ging sinh vt mi hoc cỏc sn phm ca chỳng c to ra bng k thut di truyn hin i (cụng ngh gen). T nh ngha cụ ng ny cú th thy: Cụng ngh sinh hc khụng phi l mt b mụn khoa hc nh toỏn, lý, hoỏ, sinh hc phõn t . m l mt phm trự sn xut. Cụng ngh sinh hc khụng ch to ra thờm ca ci vt cht, m cũn hng vo vic bo v v tng cng cht lng cuc sng con ngi. Thc t, cụng ngh sinh hc mang tớnh ng dng, tuy nhiờn hng lot k thut ca cụng ngh sinh hc ang l nhng cụng c sc bộn nghiờn cu khoa hc sinh hc v lm sỏng t cỏc c 2 chế của các hiện tượng sống ở mức phân tử. Ở nước ta, theo Nghị định số 18/CP của Chính phủ ngày 11/3/1994 về phát triển công nghệ sinh học thì: “Công nghệ sinh học là một tập hợp các ngành khoa học (sinh học phân tử, di truyền học, vi sinh vật học, sinh hóa học và công nghệ học) nhằm tạo ra các công nghệ khai thác ở quy mô công nghiệp các hoạt động sống của vi sinh vật, tế bào thực vật và động vật.” II. Phân loại - Công nghệ sinh học truyền thống (Traditional Biotechnology). Bao gồm: + Thực phẩm lên men truyền thống (Food of Traditional Fermentations) + Công nghệ lên men vi sinh vật (Microbial Fermentation Technology) + Sản xuất phân bón và thuốc trừ sâu vi sinh vật (Production of Microbial Fertilizer and Pesticide) + Sản xuất sinh khối giàu protein (Protein-rich Biomass Production) + Nhân giống vô tính bằng nuôi cấy mô và tế bào thực vật (Plant Micropropagation) + Thụ tinh nhân tạo (Invitro Fertilization) - Công nghệ sinh học hiện đại (Modern Biotechnology). Bao gồm: + Nghiên cứu genome (Genomics) + Nghiên cứu proteome (Proteomics) + Thực vật và động vật chuyển gen (Transgenic Animal and Plant) + Động vật nhân bản (Animal Cloning) + Chip gen (DNA chip) + Liệu pháp tế bào và gen (Gen and Cell Therapy) + Công nghệ sinh học nano (Nanobiotechnology) + Tin sinh học (Bioinformatics) + Hoạt chất sinh học (Bioactive Compounds) + Protein biệt dược (Therapeutic Protein) Sự phân loại công nghệ sinh học cũng có thể dựa vào các tác nhân sinh học tham gia vào quá trình công nghệ, có thể chia thành các nhóm sau: - Công nghệ sinh học thực vật (Plant Biotechnology) 3 - Công nghệ sinh học động vật (Animal Biotechnology) - Công nghệ sinh học vi sinh vật (Microbial Biotechnology) - Công nghệ sinh học enzyme hay công nghệ enzyme (Enzyme Biotechnology) Gần đây, đối với các tác nhân sinh học dưới tế bào còn hình thành khái niệm công nghệ protein (Protein Engineering) và công nghệ gen (Gen Engineering). Mặt khác, tùy vào đối tượng phục vụ của công nghệ sinh học, có thể phân ra các lĩnh vực công nghệ sinh học khác nhau như: - Công nghệ sinh học nông nghiệp (Biotechnology in Agriculture) - Công nghệ sinh học chế biến thực phẩm (Biotecnology in Food Processing) - Công nghệ sinh học y dược (Biotechnology in Medicine-Pharmaceutics) - Công nghệ sinh học môi trường (Environmental Biotechnology) - Công nghệ sinh học vật liệu (Material Biotechnology) - Công nghệ sinh học hóa học (Biotechnology in Chemical Production) - Công nghệ sinh học năng lượng (Biotechnology in Energy Production) . . Vị trí của công nghệ gen trong công nghệ sinh học Công nghệ gen là một mũi nhọn của công nghệ sinh học. Năm 1972-1973 kỹ thuật gen ra đời, mở đầu cho một giai đoạn mới của cuộc cách mạng công nghệ sinh học. Con người đã có khả năng vượt giới hạn tiến hoá, có thể chuyển các gen từ một loài này sang một loài khác, điều mà không thể thực hiện được bằng con đường chọn lọc tự nhiên. Đến nay người ta đã giải mã bộ gen của mhiều sinh vật như bộ gen của vi khuẩn E. coli, của nhiều virus, của giun tròn, của cây lúa và đến năm 2003 về cơ bản đã giải mã được bộ gen người. Trên cơ sở kỹ thuật gen các nhà khoa học đã tạo ra nhiều giống cây trồng có những đặc tính ưu việt như cây chống chịu hạn, chịu mặn, cây có năng suất cao góp phần là tăng giá trị kinh tế cho xã hội. Nhiều chủng vi sinh vật mới có khả năng tổng hợp enzym cao được tạo ra bằng công nghệ gen đã được sử dụng trong công nghiệp. Sự hiểu biết một cách chi tiết về cấu tạo và vận hành của bộ gen cho phép con người có khả năng can thiệp một cách chính xác vào các quá trình sống để phục vụ lợi ích của mình. Những thành tựu của 4 công nghệ gen luôn gắn với ứng dụng thực tiễn nhằm phục vụ lợi ích của con người. Tóm lại có thể nói công nghệ gen là mũi nhọn, là trung tâm phát triển của công nghệ sinh học. 3.2. Ứng dụng của công nghệ gen. CN di truyền còn gọi là CN gen, Kỹ thuật tái tổ hợp ADN (DNA recombination) thực hiện việc chuyển gen để tạo ra các tế bào hoặc cá thể mang các gen mới nhằm tạo ra những vật chất cần thiết cho con người. Đó là những thành tựu kỳ diệu nhằm giúp chẩn đoán, cứu chữa hoặc phòng ngừa các bệnh hiểm nghèo, chẳng hạn như việc sản xuất ở quy mô công nghiệp insulin (dùng cho bệnh nhân tiểu đường), kích tố sinh trưởng người (BN lùn bẩm sinh), các loại interferon (chống virut và ung thư), các nhân tố kích thích tập lạc tế bào (CSF), giới tố bạch cầu (IL), nhân tố gây chết khối u (TNF), nhân tố sinh trưởng biểu bì (EGF), nhân tố sinh trưởng tế bào nội bì mạch máu (PDGF), nhân tố sinh trưởng chuyển hoá (TGF), các chemokin (C, CC, CXC, CX3C), nhân tố kích hoạt plasminogen tổ chức (tPA), men urokinase (UK), pro-urokinase (pro-UK ), calcitonin, nhân tố sinh trưởng thần kinh ( NGF), enkephalin (chữa bệnh thần kinh), thymosin (tăng cường miễn dịch ), hemopoietin (chữa thiếu máu) , protein huyết tương (PP) , relaxin (hỗ trợ sản phụ), nhân tố đông tụ máu (BCF), các loại vắc xin tái tổ hợp (phòng chống viêm gan B, viêm não Nhật Bản, dịch tả, sởi, bại liệt, dại, sốt rét, lở mồm long móng .) CN gen tạo cơ sở điều trị các bệnh di truyền mà trước đây hoàn toàn chịu bó tay: bệnh nhiễm sắc thể thường, bệnh NST giới tính, hội chứng đa bội thể, bệnh đa gen, bệnh phân tử, một số bệnh ung thư . CN gen hỗ trợ hữu hiệu cho việc chọn giống cây trồng: chọn giống đơn bội, chọn giống đa bội, tạo dưa hấu không hạt, chọn giống có hiệu suất quang hợp cao, chọn giống mang gen cố định đạm (không cần phân đạm), chọn giống mang gen diệt sâu hại ( hạn chế sử dụng thuốc trừ sâu), chọn giống kháng virut, chọn giống giàu dinh dưỡng, chọn giống đề kháng thuốc trừ cỏ . CN gen mở ra tiền đồ to lớn trong việc tạo ra các cây trồng chuyển gen (GMC hay GMO): Cây thuốc lá là cây chuyển gen đầu tiên được đưa vào ứng dụng (1983). Sau đó là cây bông kháng sâu 5 và kháng cỏ dại (1986). Khi đó chỉ mới có 5 loại GMC được đưa ra thử nghiệm. Đến năm 1992 số GMC đã tăng lên đến 675 loại. Trong vòng 12 năm (1987-1999) riêng Hoa Kỳ đã đưa vào thí nghiệm đồng ruộng 4779 loại GMC (!). Diện tích gieo trồng GMC trên thế giới vào năm 1995 la 1,2 triệu ha, năm 1996 là 2,84 triệu ha, năm 1997 là 12,55 triệu ha, năm 1998 là 27,80 triệu ha, năm 1999 là 39,9 triệu ha. Trong tổng số diện tích gieo trồng GMC (1998) thì Hoa Kỳ chiếm 72,8%, Argentina- 15,3%; Canađa- 9,9%; Trung Quốc- 0,7%; Australia- o,4%; Mexico- 0,4%; các nước khác- 0,5%. Trong các loại GMC thì đậu tương chiếm 51,7%, ngô- 30,1%; bông- 9,1%; cải dầu- 8,7%; khoai tây- 0,3%. Về đặc tính chuyển gen thì chủ yếu nhằm mục tiêu đề kháng với thuốc trừ cỏ- 71,0%; đề kháng với sâu hại- 27,6%; đề kháng với cả hai- 1,1%; chỉ có 0,3% là nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm. Các nước hiện có cách nhìn không thống nhất về GMC. Hoa Kỳ mở rộng rất nhanh chủng loại và diện tích gieo trồng GMC. Trung Quốc thận trọng hơn nhưng riêng loại bông kháng sâu hại cũng đã được đưa ra diện tích tới 5 triệu mẫu TQ (15 mẫu TQ = 1ha). Nhiều nước Châu Âu chống lại chủ trương phát triển các loại GMC. Cũng có thể còn do có cả các lý do cạnh tranh thị trường. Việt Nam chủ trương tôn trọng các quy ước quốc tế về an toàn sinh học nhưng mặt khác cũng cần đẩy mạnh các nghiên cứu và ứng dụng trong phạm vi có thể kiểm soát được. Nhiều công trình nghiên cứu của công nghệ sinh học đã được ứng dụng thành công trong y dược, đặc biệt là trong sản xuất thuốc và trong chuẩn đoán bệnh. Phạm vi ứng dụng của kháng thể đơn dòng trong ngành y tế ngày càng tăng như phân tích miễn dịch, định vị các khối u, phát hiện một số protein có liên quan đến sự hình thành khối u, xác định sự có mặt của các loại vi khuẩn khác nhau, . giúp cho các bác sĩ xác định bệnh một cách nhanh chóng và chính xác. Kháng thể đơn dòng là tập hợp các phân tử kháng thể đồng nhất về mặt cấu trúc và tính chất. Kháng thể đơn dòng được tạo ra bằng cách cho lai tế bào lympho trong hệ miễn dịch của động vật hoặc của người với tế bào ung thư. Một số thể lai có khả năng tạo ra kháng thể đặc hiệu đối với kháng nguyên. Chọn các thể lai đó nhân lên và sản xuất kháng thể đơn dòng. Các tế bào lai có khả năng tăng sinh vĩnh viễn trong môi trường nuôi cấy 6 - tớnh cht ny nhn c t t bo ung th. Nh cụng ngh s dng DNA tỏi t hp m ngi ta cú th sn xut mt s protein cú hot tớnh sinh hc dựng cha bnh nh insulin cha bnh tiu ng, interferon cha bnh ung th, cỏc hormon tng trng cho con ngi. Bn cht ca cụng ngh ny l lm thay i b mỏy di truyn ca t bo bng cỏch a gen mó húa cho mt protein c hiu v bt nú hot ng to ra mt lng ln loi protein m con ngi cn. @ Những giai đoạn phát triển của CNSH Việt Nam Giai đoạn trớc 1945: 1891 Calmette thành lập Viện Pasture Sài Gòn: Vaccine đậu mùa, chống dại, men làm rợu nếp, bệnh ở vùng nhiệt đới Yersin nghiên cứu về dịch hạch và sáng lập Viện Pasture Nha Trang 1887 Nhà máy rợu SàI Gòn ra đời Giai đoạn 1945-1954: 1949 BS Ng Văn Hởng sản xuất vaccine đậu mủa, tả, thơng hàn, làm các xét nghiệm và đào tạo đợc KTV và đội tiêm trủng 1950 GS BS. Phạm Ngọc Thạch và GS TS. Đặng V Ngữ sản xuất penicillin tử nấm penicillin để rửa vết thơng cho các chiến sỹ Giai đoạn 1955 đến nay: Công nghệ vaccine Công nghệ rợc bia Nhà máy bột ngọt (60) 1995 đến nay: Lập bản đồ gen, chẩn đoán phân tử, tạo sinh vật chuyển gen, vaccin táI tổ hợp Trong khi CNSH trên th gii phát trin rt nhanh, chúng ta cn coi trng c CNSH truyn thng, CNSH cn i, nhng phi tp trung lc lng tin thng vo CNSH hin i. Đó l các công ngh: di truyn, t bo, enzym - protein, vi sinh vt lên men, sinh h c môi trng. Mun 7 làm c nh vy, trc ht phi lo ào to nhanh mt i ng tr và gii v công ngh sinh học. Cõu 2: Mt s thnh tu cụng ngh VSV trong ngnh y t, nng nghip v BVMT khi b ụ nhim. Sinh khối vi sinh vật: sản xuất bánh mì, phân vi sinh, protein đơn bào, chế phẩm diệt côn trùng, vaccin, chế phẩm trơn sinh Enzyme vi sinh vật: amylase, glucanase, glucose isomerase, glucose oxidase, cellulase, hemicellulase, protease, lactase, lipase. Các sản phẩm trao đổi chất: các sản phẩm sơ cấp: rợu, bia, amino acid, vi tamin, axit citric, ethanol các sản phẩm thứ cấp: kháng sinh Sản phẩn chuyển gen: các proten táI tổ hợp nh insulin, interferol, yếu tố VIII, vaccin táI tổ hợp Sản phẩm của chuyển hóa sinh học: vitamin, steroid, acrylamid Các đại phân tửu sinh học và các chất hoạt động bề mặt: alginat, xanthan, lipoprotein, glicoprotein 2.3. Sn xut enzyme ng dng thng mi chớnh ca cỏc enzyme vi sinh vt l trong cụng nghip thc phm l sn xut bia mc dự enzyme ó c tha nhn trong cỏc ng dng phõn tớch v chn oỏn bnh, cng nh trong sn xut bt git. Cỏc enzyme cú th c sn xut t ng-thc vt cng nh cỏc ngun vi sinh vt, nhng sn xut bng lờn men vi sinh vt l phng phỏp kinh t v thớch hp nht. Hn na, hin nay nh cụng ngh DNA tỏi t hp ngi ta cú th chuyn gen vo cỏc t bo vi sinh vt sn xut cỏc enzyme ca ng-thc vt. 8 Các tiến bộ của công nghệ DNA tái tổ hợp đã mở rộng phạm vi các sản phẩm lên men tiềm tàng của vi sinh vật. Có khả năng đưa các gen từ các cơ thể bậc cao vào các tế bào vi sinh vật như là các tế bào nhận để tổng hợp các protein (bao gồm enzyme) ngoại lai. Các tế bào vật chủ dùng trong những trường hợp này là E. coli, Sac. cerevisiae và một số loại nấm men khác. 2.4. Sản xuất kháng sinh Penicillin là kháng sinh được tìm ra đầu tiên và được sản xuất sớm nhất dùng để chữa một số bệnh nhiễm khuẩn vào những năm đầu của Thế chiến thứ 2. Những vi sinh vật sinh penicillin thuộc các giống nấm mốc Penicillum và ergillus. Nhưng các chủng của Penicillum notatum và Pen. chrysogenum có hoạt lực cao và được dùng trong công nghiệp kháng sinh. Tuy nhiên, những chủng Penicillum có hoạt lực cao lại thường kém ổn định. Do đó, một vấn đề khó khăn được đặt ra là tạo được khả năng sinh kháng sinh cao nhất, giữ được ổn định trong quá trình nghiên cứu và sản xuất. Nhiệm vụ này có một ý nghĩa rất lớn trong công nghiệp. Ngày nay, nhờ kỹ thuật di truyền học người ta đã tạo được những giống ổn định, ít nhất sau sáu thế hệ vẫn không giảm hoạt tính kháng sinh. Quá trình lên men penicillin thuộc vào loại lên men hai pha: pha sinh trưởng và pha sinh penicillin. Nguồn carbon trong lên men penicillin bằng nấm Pen. chrysogenum có thể là glucose, saccharose, lactose, tinh bột, dextrin, các acid hữu cơ (lactic, acetic, formic), các amino acid . Tuy nhiên, đường lactose cho hiệu suất penicillin cao nhất và thường được dùng trong công nghiệp. II. Công nghệ tái tổ hợp vi sinh vật và lên men Một trong những ứng dụng đầu tiên của công nghệ di truyền là tạo ra một chủng Pseudomonas syringae. Chủng hoang dại (wild type) của vi khuẩn này thông thường chứa một gen tạo băng, gen này kích thích sự tạo băng trên các bề mặt lạnh và ẩm. Sự biến đổi gen này tạo ra một thể tái tổ hợp có khả năng ngăn ngừa sự tạo thành băng giá (frost). Được tạo ra dưới tên gọi là Frostban, vi khuẩn này đã mang lại một thành công khiêm tốn trong việc chống lại việc tạo thành băng giá trên các cây dâu tây và khoai tây ngoài đồng ruộng. Trong một thí nghiệm khác, một chủng 9 virus có khả năng diệt sâu đo bắp cải được thả vào một thửa ruộng bắp cải. Nó đã được thiết kế để có thể tự phá hủy sau một thời kỳ nhất định. Pseudomonas fluorescens đã được tái tổ hợp với các gen sản sinh chất diệt côn trùng sinh học Bac. thuringiensis. Các vi khuẩn này được thả vào đất, chúng sẽ bám vào rễ và giúp tiêu diệt các côn trùng đang tấn công. Nói chung, mọi sự phóng thích các thể tái tổ hợp vào môi trường đều phải được các cơ quan bảo vệ môi trường chuẩn y và được giám sát chặt chẽ. Đến nay, nhiều nghiên cứu đã cho thấy các vi sinh vật này không sống sót hoặc sinh sôi trong môi trường và chắc chắn không gây ra nhiều hiểm họa. Các virus được thiết kế di truyền đặc biệt có ích trong các ứng dụng y học, chẳng hạn để sản xuất vaccine. Một điều làm công nghệ di truyền trở nên đặc biệt hấp dẫn là các kỹ thuật của nó có thể kết hợp với các kỹ thuật của công nghệ lên men để sản xuất ra những số lượng lớn các chất giống kháng sinh hoặc steroid. Hầu hết các protein tái tổ hợp đang bán trên thị trường hiện nay đều rất hữu ích trong y học. Dưới đây là một số trong các sản phẩm này: - Insulin, chất thay thế hormone dùng trong điều trị bệnh tiểu đường type I. - Hormone sinh trưởng của người, được sử dụng để điều trị những trẻ em bị bệnh lùn hoặc bệnh già trước tuổi. - Interferone, một chất miễn dịch được sử dụng để điều trị một số loại ung thư, viêm gan mạn tính. - Interleukin-2, một chất hoạt hóa tế bào T và B được dùng trong điều trị ung thư. - Erythropoietin (EPO), một chất kích thích các tế bào tủy sống sinh hồng cầu, dùng để điều trị một số bệnh thiếu máu. - Hoạt tố plasminogen của mô (tPA), một enzyme tham gia vào quá trình làm tan các cục máu đông (huyết khối). - Nhân tố VIII, một protein gây đông máu cho những người ưa chảy máu. - Các vaccine tái tổ hợp cho bệnh viêm gan, và bệnh viêm màng não do Hemophilus influenza B gây ra. 10 - Octolon, một chất ức chế miễn dịch dùng cho các bệnh nhân cấy ghép nội tạng. Hình 3: Sơ đồ sản xuất insulin công nghiệp [...]...11 12 13 14 15 16 Đề cương Tế bào học 17 Câu 1: Màng sinh học, hình thái cấu tạo, thành phần hóa học và mô hình phân tử của màng Câu 2: Tính linh hoạt của MSC, chức năng của MSC Câu 3: Các hình thức vận chuyển các chất qua màng tế bào: thụ động và tích cực Câu 4: Chu kì tế bào, các pha của chu kì tế bào, diễn biến các kì trong nguyên nhiễm Đặc điểm và ý nghĩa sinh học của nguyên nhiễm, giảm nhiễm,... chia TB trần, ứng dụng kĩ thuật TB trần trong cải tiến giống cây trồng Câu 5:Vai trò của nhân trong đời sống tế bào, các hình thức phân chia tế bào Đề cương Sinh lý cơ thể động vật Câu 1: Sự hình thành phát triển và hoạt động của hệ tuần hoàn Sinh ly tuan hoan (16 - 27) (40- 54 Chuopng 3 chuonh 5 ) Câu 2: sự hình thành phát triển và hoạt động của hệ tiêu hóa . công nghệ sinh học thì: Công nghệ sinh học là một tập hợp các ngành khoa học (sinh học phân tử, di truyền học, vi sinh vật học, sinh hóa học và công nghệ. - Công nghệ sinh học động vật (Animal Biotechnology) - Công nghệ sinh học vi sinh vật (Microbial Biotechnology) - Công nghệ sinh học enzyme hay công nghệ