Công nghệ sinh học là quá trình sản xuất các sản phẩm trên quy mô công nghiệp, trong đó nhân tố tham gia trực tiếp và quyết định là các tế bào sống (vi sinh vật, thực vật, động vật)2. [r]
(1)PGS TS Nguyễn Hoàng Lộc
Giáo trình
Nhập mơn Cơng nghệ sinh học
(2)Địa chỉ: 01 Điện Biên Phủ, Huế - Điện thoại: 054.834486
Chịu trách nhiệm xuất bản:
Giám đốc: Nguyễn Xuân Khoát Tổng biên tập: Hồng Hữu Hịa
Người phản biện:
PGS TS Lê Trần Bình
Biên tập nội dung:
PGS Nguyễn Khải
Biên tập kỹ thuật-mỹ thuật:
Hồng Minh
Trình bày bìa:
Nguyễn Hồng Lộc
Chế vi tính:
Nguyễn Hồng Lộc
NHẬP MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC
(3)Nhập môn Công nghệ sinh học
Phần I
(4)Mở đầu
I Định nghĩa công nghệ sinh học
1 Định nghĩa tổng quát
Có nhiều định nghĩa cách diễn đạt khác công nghệ sinh học tùy theo tác giả, tất thống khái niệm sau đây:
Công nghệ sinh học trình sản xuất sản phẩm quy mơ cơng nghiệp, nhân tố tham gia trực tiếp định tế bào sống (vi sinh vật, thực vật, động vật) Mỗi tế bào sống thể sinh vật hoạt động lĩnh vực sản xuất xem lò phản ứng nhỏ
Đầu năm 1980, bắt đầu hình thành công nghệ sinh học đại lĩnh vực công nghiệp sử dụng hoạt động sinh học tế bào biến đổi di truyền Công nghệ sinh học đại đời với xuất kỹ thuật gen Cơ sở sinh học áp dụng bao gồm sinh học phân tử, sinh học tế bào, hóa sinh học, di truyền học, vi sinh vật học, miễn dịch học, nguyên lý kỹ thuật máy tính
Có hai cách định nghĩa công nghệ sinh học cách tổng quát nhất: - Do UNESCO (1985) định nghĩa: Công nghệ sinh học công nghệ sử dụng phận hay tế bào riêng rẽ thể sinh vật vào việc khai thác sản phẩm chúng
- Do Trường Luật Stanford (1995) định nghĩa: Công nghệ sinh học công nghệ chuyển hay nhiều gen vào sinh vật chủ nhằm mục đích khai thác sản phẩm chức gen
Sự khác biệt rõ rệt hai định nghĩa thuộc đối tượng tác động công nghệ sinh học: UNESCO xem quan, phận, tế bào chức riêng rẽ sinh vật đối tượng, Trường Luật Stanford lại coi gen đối tượng tác động công nghệ
(5)Nhập môn Công nghệ sinh học 1.1 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 thuốc trừ sâu vi sinh vật (production of microbial fertilizer and pesticide)
+ Sản xuất sinh khối giàu protein (protein-rich biomass production) + Nhân giống vơ tính ni cấy mơ tế bào thực vật (plant micropropagation)
+ Thụ tinh nhân tạo (in vitro fertilization)
1.2 Công nghệ sinh học đại (modern biotechnology)
Bao gồm:
+ Nghiên cứu genome (genomics) + Nghiên cứu proteome (proteomics)
+ Thực vật động vật chuyển gen (transgenic animal and plant) + Động vật nhân (animal cloning)
+ Chip DNA (DNA chip)
+ Liệu pháp tế bào gen (gene and cell therapy) + Protein biệt dược (therapeutic protein)
+ Tin sinh học (bioinformatics)
+ Công nghệ sinh học nano (nanobiotechnology) + Hoạt chất sinh học (bioactive compounds)
2 Nội dung khoa học công nghệ sinh học
Công nghệ sinh học phân loại theo kiểu khác Xét góc độ tác nhân sinh học tham gia vào q trình cơng nghệ sinh học, chia thành nhóm sau:
(6)phage λ
Vị trí liên kết kháng nguyên đơn (unique antigen combining site) Vị trí liên kết với kháng thể nằm phân tử kháng ngun
Vịng cặp tóc (hairpin loop). Vùng chuỗi đơn bổ sung tạo nếp gấp chứa cặp base tạo thành xoắn kép,
Vùng hướng (downtream region). Đề cập đến vị trí đoạn trình tự nằm phía đầu 3’ gen đoạn gen quan tâm
Vùng đa nối (polylinker hay polycloning site). Một trình tự DNA mạch kép tổng hợp nhân tạo có mang loạt vị trí nhận biết enzyme hạn chế Trình tự gắn vào vector dùng kỹ thuật tạo dòng gen (như vùng tạo dòng)
Vùng liên kết ribosome (ribosome binding site, RBS)
(xem trình tự Shine-Dalgarno)
Vùng ngược hướng (upstream region).Vị trí trình tự nucleotide nằm phía đầu 5’ phân tử DNA so với gen quan tâm
Vùng tạo dòng (multiple cloning sites, MCS).
t số enzyme cắt hạn chế thông dụng, thiết kế để chèn đoạn DNA ngoại lai vào
Western blot. Kỹ thuật chuyển protein tổng số phân tách điện di SDS polyacrylamide gel lên màng nylon nitrocellulose để lai với kháng thể thứ đặc hiệu sau kháng thể thứ hai có đánh dấu enzyme nhằm phát protein kháng nguyên tương ứng
(7)Nhập môn Công nghệ sinh học 355
ô nhiễm dioxin, polychlorinated biphenyl , ảnh hưởng chúng lên khu hệ sinh vật (biota)
X-gal (5-bromo-4-chloro-3indolyl- -D-galactopyranoside). Cơ chất sinh màu với -galactosidase cho sản phẩm có màu xanh lam
YAC (Yeast artificial chromosome). Nhiễm sắc thể nhân tạo nấm men, dùng làm vector để tạo dòng đoạn DNA có kích thước lớn nấm men
Yếu tố tác động cis (cis-acting element). Đoạn trình tự DNA biểu hiệu phân tử DNA mà tác động Ví dụ: hộp CAAT phần tử tác động cis trình phiên mã sinh vật eukaryote
Yếu tố tác động trans (trans-acting element) Yếu tố di truyền biểu hiệu mà khơng cần nằm phân tử với đoạn trình tự đích Thường yếu tố mã hóa cho sản phẩm protein (có thể enzyme hay protein điều hịa) sản phẩm khuếch tán đến điểm tác động
Tài liệu tham khảo/đọc thêm
1 Ban Từ điển-NXB Khoa học Kỹ thuật. 2002 Từ điển Bách khoa
Sinh học NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội
2 Bains W 2003 Biotechnology from A to Z Oxford University Press Inc New York, USA
3 Lawrence E. 1995 Henderson’s Dictionary of Biological Terms 7th ed Longman Group Ltd Singapore
4 Ratledge C and Kristiansen B 2002 Basic Biotechnology Cambridge University Press, UK.
5 Singleton P and Sainsbury D 2001 Dictionary of Microbiology and
Molecular Biology 3rd ed John Wiley & Sons, Ltd UK
6 Walker JM and Rapley R 2002 Molecular Biology and Biotechnology
polychlorinated biphenyl , t (biota)