Đang tải... (xem toàn văn)
- Cách mạng sinh học lần thứ hai (sau thế chiến thứ 2): sản xuất kháng sinh, các sản phẩm lên men công nghiệp như glutamic acid, các polysaccharide; trong đó có các thành tự[r]
(1)PGS TS Nguyễn Hoàng Lộc
Giáo trình
Nhập mơn Cơng nghệ sinh học
(2)NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC HUẾ
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)Lời nói đầu
Cơng nghệ sinh học ngành khoa học ứng dụng hiểu biết người hệ thống sống để sử dụng hệ thống thành phần chúng cho mục đích cơng nghiệp Đây ngành mũi nhọn, giới quan tâm có tốc độ phát triển nhanh chóng tạo cách mạng sinh học nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, y-dược, bảo vệ môi trường, vật liệu…
Từ sản phẩm công nghệ lên men truyền thống đến sản phẩm công nghệ sinh học đại như: sinh vật biến đổi gen, động vật nhân bản, nuôi cấy tế bào gốc, công nghệ sinh học nanô cho thấy phạm vi nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học ngày mở rộng đa dạng, hướng đến phát triển công nghiệp công nghệ sinh học Điều cho thấy công nghệ sinh học phối hợp khoa học công nghệ để khai thác kiến thức hệ thống sống cho ứng dụng thực hành
nay công ngh
trong nước giới Giáo trình Nhập mơn cơng nghệ sinh học cung cấp kiến thức cho sinh viên công nghệ DNA tái tổ hợp, công nghệ lên men vi sinh vật, công nghệ sinh học thực vật, công nghệ sinh học động vật, công nghệ protein số ứng dụng chúng lĩnh vực nông nghiệp, y học môi trường
Giáo trình xuất lần nên khó tránh khỏi thiếu sót chưa đáp ứng u cầu bạn đọc Vì thế, chúng tơi mong nhận nhiều ý kiến đóng góp để lần xuất sau hồn thiện
Chúng tơi chân thành cảm ơn Quỹ Nâng cao chất lượng-Dự án Giáo dục đại học hỗ trợ biên soạn giáo trình này, PGS TS Lê Trần Bình đọc thảo góp nhiều ý kiến quý báu
(4)Phần I
(5)Chương
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 cơng 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
(6)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 mô 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:
(7)- Công nghệ sinh học enzyme hay công nghệ enzyme (enzyme biotechnology)
Gần đây, nhân tố sinh học tế bào cịn hình thành khái niệm công nghệ protein (protein engineering) công nghệ gen (gene engineering) Công nghệ protein công nghệ gen xun suốt trở thành cơng nghệ chìa khóa nằm công nghệ sinh học thực vật, công nghệ sinh học động vật công nghệ sinh học vi sinh vật Nhờ kỹ thuật đọc trình tự gen kỹ thuật DNA tái tổ hợp, công nghệ gen đạt thành tựu to lớn mang tính định, mở giai đoạn phát triển Đó nghiên cứu tồn genome nhiều sinh vật, đáng ý việc giải mã genome người lúa Đó việc hình thành phương hướng nghiên cứu, ứng dụng kinh doanh sinh vật biến đổi gen (gentically modified organism-GMO) thực phẩm biến đổi gen (gentically modified food-GMF) Cơng nghệ protein có tiềm ứng dụng lớn việc sản xuất protein tái tổ hợp (recombinant protein) dùng làm dược phẩm điều trị bệnh hiểm nghèo interferon, interleukin, insulin
Mặt khác, tùy vào đối tượng phục vụ cơng nghệ sinh học, chia lĩnh vực công nghệ sinh học khác như:
- Công nghệ sinh học nông nghiệp (biotechnology in agriculture) - Công nghệ sinh học chế biến thực phẩm (biotechnology 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)
- Cơng nghệ sinh học hóa học (biotechnology in chemical production) - Công nghệ sinh học lượng (biotechnology in energy production)
(8)sách đầu tư hợp lý ưu tiên cho công nghệ sinh học Dưới lĩnh vực ứng dụng công nghệ sinh học quan tâm hàng đầu
3 Các lĩnh vực ứng dụng công nghệ sinh học
3.1 Công nghệ sinh học nông nghiệp
Lĩnh vực nông nghiệp mục tiêu phát triển hàng đầu công nghệ sinh học nhiều nước công nghiệp giới, thực tế hoạt động nghiên cứu phát triển, sản xuất thương mại hóa lĩnh vực nhiều tập đồn lớn quan tâm Có thể nêu ba lĩnh vực là:
- Giống trồng vật ni nhân vơ tính chuyển gen mang đặc điểm nông-sinh quý phương pháp truyền thống không tạo được, đồng thời lại bảo vệ thông qua quyền tác giả
- Các chế phẩm sinh học dùng bảo vệ trồng vật nuôi, như: vaccine, thuốc trừ sâu bệnh phân bón vi sinh
- Công nghệ bảo quản chế biến nông-hải sản chế phẩm vi sinh enzyme Giá trị nông sản nâng lên nhiều lần quy trình cơng nghệ kèm trang thiết bị dạng hàng hóa kinh doanh chuyển giao cơng nghệ
Ngồi liệt kê thêm số lĩnh vực khác:
- Công nghệ sinh học chế biến thực phẩm: Các enzyme (amylase, rennin, β-galactosidase, invertase, gluco-isomerase, pectinase), chất phụ gia thực phẩm (các chất tạo ngọt, hương vị, tạo màu, bột nở làm ổn định, vitamin, amino acid, chất chống oxy hóa, chất bảo quản, chất hoạt hóa bề mặt )
- Các loại thức ăn bổ sung cho chăn nuôi (kháng sinh )
- Các loại thuốc trừ sâu, diệt cỏ với tính đặc hiệu tăng lên (các sản phẩm Bt, baculovirus, tuyến trùng ký sinh )
(9)3.2 Công nghệ sinh học y dược
Có lẽ thành tựu công nghệ sinh học thể rõ nét lĩnh vực y học Hiện nay, hầu hết sản phẩm quan trọng sau sản xuất sở công nghệ sinh học, bao gồm ứng dụng sau:
- Các loại kháng sinh chất diệt khuẩn, loại vitamin chất bổ dưỡng, loại amino acid hỗn hợp chúng dịch truyền, loại vaccine loại hormone chữa bệnh
- Các kit chuẩn dùng chẩn đốn bệnh chẩn đốn hóa sinh y dược
- Cây trồng vật nuôi cấy chuyển gen sản sinh loại protein trị liệu mục tiêu đầu tư nhiều công ty y dược hàng đầu giới
Cụ thể nghiên cứu sản xuất dược phẩm, kháng thể đơn dòng, interferon, hormone (hormone sinh trưởng, insulin, erythropoietin, thrombopoietin ), enzyme (urokinase, heparinase, alcohol dehydrogenase), protein khác (các kháng nguyên đặc hiệu, albumin, antithrombin, fibronectin ), kháng sinh, thuốc vitamin mới, dược phẩm có chất protein, loại vaccine viêm gan B, C, HIV, cúm, sốt rét, viêm não, tả tác nhân gây bệnh tiêu chảy, kit chẩn đoán như: chẩn đốn có mặt HIV, virus viêm gan B C máu, số chẩn đoán thai , liệu pháp gen: điều trị gen gây bệnh di truyền
Hiện nay, công ty công nghệ sinh học y dược hàng đầu giới tập trung vào nghiên cứu tạo sản phẩm chống lại bệnh HIV/AIDS, loại bệnh ung thư, tiểu đường, bệnh tim mạch, bệnh truyền nhiễm
3.3 Công nghệ sinh học công nghiệp chế biến thực phẩm
Công nghệ sinh học công nghiệp bao gồm lĩnh vực sản xuất loại enzyme amylase, cellulase protease dùng công nghiệp dệt, cơng nghiệp xà phịng mỹ phẩm, cơng nghiệp bánh kẹo, rượu bia nước giải khát…
(10)hiệu dùng chất xúc tác sinh học (enzyme), tái sinh xử lý dung môi đường sinh học
- Quá trình chế biến tinh bột: Dùng enzyme cơng nghệ sinh học tạo để dịch hóa đường hóa tinh bột thành glucose chuyển hóa thành fructose
- Công nghiệp làm sạch: Các chất giặt tẩy đại đuợc bổ sung protease enzyme khác làm vết bẩn protein, tinh bột chất béo
- Công nghiệp bột gỗ giấy: Nhu cầu thị trường bảo vệ môi trường ngày lớn giấy chứa hợp chất chlorine gây nhiễm Q trình sản xuất bột giấy gây ô nhiễm nặng Công nghệ sinh học đưa giải pháp sinh học để sản xuất bột giấy không gây ô nhiễm cách sử dụng loại nấm phân hủy lignin-cellulose để tạo bột Các enzyme dùng nâng cao chất lượng sợi chất lượng giấy
- Công nghiệp khai khống phát khống sản Có hai cơng nghệ: lọc sinh học/oxy hóa sinh học kim loại, xử lý ô nhiễm kim loại tái sinh Công nghệ lọc kim loại dùng vi sinh vật thu kim loại quí đồng, kẽm cobalt Công nghệ xử lý sinh học ô nhiễm áp dụng kim loại nặng
3.4 Công nghệ sinh học môi trường
Tuy lĩnh vực phát triển ứng dụng công nghệ sinh học môi trường đáng kể Mọi trình xử lý chất thải khơng khép kín xử lý sinh học khó thành cơng trọn vẹn
Các hoạt động cơng nghệ sinh học mơi trường trọng là:
(11)- Dự phịng mơi trường: Phát triển thiết bị dị theo dõi ô nhiễm môi truờng, đặc biệt việc dị nước khí thải cơng nghiệp trước giải phóng mơi trường
II Sơ lược lịch sử hình thành cơng nghệ sinh học
Cơng nghệ sinh học phát triển ngày nay, qua ba giai đoạn chính:
- Cơng nghệ vi sinh
- Công nghệ tế bào (nuôi cấy mô tế bào động-thực vật ) - Công nghệ sinh học đại, tức cơng nghệ gen
Cũng có tác giả gắn trình phát triển nêu với ba cách mạng sinh học
- Cách mạng sinh học lần thứ (đầu kỷ 20): sử dụng trình lên men để sản xuất sản phẩm acetone, glycerine, citric acid, riboflavin
- Cách mạng sinh học lần thứ hai (sau chiến thứ 2): sản xuất kháng sinh, sản phẩm lên men cơng nghiệp glutamic acid, polysaccharide; có thành tựu đột biến, tạo chủng vi sinh vật cho suất hiệu cao, phát triển trình lên men liên tục phát phương pháp bất động enzyme để sử dụng nhiều lần
- Cách mạng sinh học lần thứ ba (bắt đầu từ thập niên 1970): với phát quan trọng enzyme cắt hạn chế, enzyme gắn, sử dụng plasmid làm vector tạo dịng, đặt móng cho cơng nghệ sinh học hồn tồn cơng nghệ DNA tái tổ hợp
Hai giai đoạn đầu, công nghệ vi sinh công nghệ tế bào, sử dụng hoạt động sinh học tế bào tách biệt, chưa biến đổi cấu trúc di truyền chúng, nên xem hai giai đoạn công nghệ sinh học truyền thống Phải đến cách mạng sinh học lần thứ ba nêu trên, đời công nghệ sinh học đại, giai đoạn phát triển cao công nghệ sinh học, mở kỷ nguyên sinh học
(12)1 Giai đoạn thứ
Đã hình thành từ lâu việc sử dụng phương pháp lên men vi sinh vật để chế biến bảo quản thực phẩm, ví dụ sản xuất mát, dấm ăn, làm bánh mì, nước chấm, sản xuất rượu bia… Trong đó, nghề nấu bia có vai trị đáng kể Ngay từ cuối kỷ 19, Pasteur cho thấy vi sinh vật đóng vai trị định trình lên men Kết nghiên cứu Pasteur sở cho phát triển ngành công nghiệp lên men sản xuất dung môi hữu aceton, ethanol, butanol, isopropanol… vào cuối kỷ 19, đầu kỷ 20
2 Giai đoạn thứ hai
Nổi bật trình phát triển công nghệ sinh học giai đoạn hình thành cơng nghiệp sản xuất thuốc kháng sinh penicillin, khởi đầu gắn liền với tên tuổi Fleming, Florey Chain (1940) Trong thời kỳ xuất số cải tiến mặt kỹ thuật thiết bị lên men vô trùng cho phép tăng đáng kể hiệu suất lên men Các thí nghiệm xử lý chất thải bùn hoạt tính cơng nghệ lên men yếm khí tạo biogas chứa chủ yếu khí methane, CO2 tạo nguồn phân bón hữu có giá trị tiến hành hoàn thiện
3 Giai đoạn thứ ba
Bắt đầu từ năm 50 kỷ 20, song song với việc hồn thiện quy trình cơng nghệ sinh học truyền thống có từ trước, số hướng nghiên cứu phát triển công nghệ sinh học hình thành phát triển mạnh mẽ nhờ loạt phát minh quan trọng ngành sinh học nói chung sinh học phân tử nói riêng Đó việc lần xác định cấu trúc protein (insulin), xây dựng mơ hình cấu trúc xoắn kép
phân tử DNA (1953) Tiếp th
(13)
Y tế Dùng enzyme tạo cảm biến sinh học thiết
bị phân tích y tế Sử dụng tế bào vi sinh vật, tế bào động-thực vật sản xuất thuốc (ví dụ: steroid) tổng hợp loại kháng sinh Sử dụng enzyme chữa trị bệnh
Công nghiệp thực phẩm
enzyme
Giám sát môi
trường chất
chất )
(citric acid, itaconic acid, acetic
acid ), sản xuất
Năng lượng
4 Giai đoạn thứ tư
(14)III Một số khía cạnh khoa học kinh tế công nghệ sinh học đại
Các phương tiện thông tin đại chúng đăng tải khơng ý kiến phản đối ứng dụng số thành tựu công nghệ sinh học sản xuất, chí thành tựu giới khoa học đánh giá sáng chói Thật vậy, cơng nghệ sinh học khoa học hạt nhân, bên cạnh ứng dụng to lớn cho lợi ích phát triển lồi người, cịn mang lại nhiều hiểm họa khơng thể lường trước hậu Gần đây, nhà khoa học xác nhận kỹ thuật nhân cừu Dolly hồn tồn áp dụng cho việc nhân người, khắp nước dấy lên sóng phản đối việc nhân người, có nơi cấm hoàn toàn hướng nghiên cứu Sau tìm hiểu hiểm họa tiềm tàng công nghệ sinh học
1 Về khoa học
Sự dè dặt sử dụng sản phẩm chuyển gen làm thực phẩm cho người gia súc nhiều lý khác nhau, chia thành hai nhóm sau:
- Bộ máy di truyền sinh vật mang tính hồn thiện cao tiến hóa qua hàng trăm triệu năm, gen gắn thêm vào cho trồng vật nuôi để tăng suất chất lượng nơng sản, phá vỡ tính hồn thiện, tính cân sống sinh vật Và thế, người khơng thể yên tâm với việc hàng ngày nuốt vào thể số lượng lớn sản phẩm thiếu tính hồn thiện, cân hay nói cách khác có dị tật
(15)triển Hiện nay, người ta tìm cách thay gen thị chọn lọc cũ gen hại gen mã hóa protein phát huỳnh quang màu xanh lục (green fluorescence protein-GFP) Gen GFP coi gen thị tốt, làm cho GMO phát sáng xanh rực rỡ đặt tia tử ngoại Nhưng dù nghi ngại cịn, gen GFP có nguồn gốc từ lồi cá Bắc Băng Dương, không từ động vật có nguồn gốc gần với người
2 Về kinh tế
2.1 Những công ty đa quốc gia công nghệ sinh học
Tổ chức quốc tế nông nghiệp tiến RAFI (Rural Advancement Foundation International) tổ chức phi phủ Canada hoạt động nhằm hạn chế ảnh hưởng công ty đa quốc gia giống Theo RAFI, công ty đa quốc gia công nghệ sinh học hoạt động mạnh kỷ 21, cơng ty phát triển nhanh chóng nhờ thâu tóm cơng ty nhỏ trước hết nhờ lợi nhuận khổng lồ thu độc quyền bán sản phẩm GMO
Chẳng hạn cách 15 năm, công ty Monsanto chuyên sản phẩm hóa dầu, thuốc trừ sâu trừ cỏ Tuy nhiên, thời gian gần Monsanto đầu tư lớn triển khai công nghệ gen thực vật để tạo giống GMO trở thành công ty giống lớn giới RAFI gọi Monsanto “Microsoft cơng nghệ sinh học” từ năm 1996 đến Monsanto mua lại nhiều công ty trước vốn người khổng lồ thị trường hạt giống
2.2 Sự lệ thuộc vào công ty đa quốc gia công nghệ sinh học
RAFI tiên đốn người nơng dân hầu giới, kể nước công nghiệp phát triển, bị lệ thuộc vào nhóm nhỏ cơng ty cơng nghệ sinh học đa quốc gia
(16)Chẳng hạn, gen terminator quan đăng ký quyền Mỹ thức cấp phát minh cho công ty Delta Pine (3/1998) Khi chuyển gen vào giống nào, hạt bán nảy mầm hệ Nếu người nông dân lấy hạt để trồng vụ sau, gen tạo hợp chất giết chết mầm, hạt hồn tồn không nảy mầm Với gen terminator tay, công ty đa quốc gia bắt nông dân nước hàng năm phải mua hạt giống họ
Mặt khác, cơng ty giống thơn tính dần công ty chế biến lương thực, thực phẩm đầu nông sản Vừa độc quyền hạt giống GMO lại vừa nắm công ty chế biến nông sản, công ty đa quốc gia công nghệ sinh học khơng chừa lối cho nơng dân nước phát triển
IV Các vấn đề pháp lý công nghệ sinh học đại
Công nghệ DNA tái tổ hợp giúp nhà khoa học thay đổi chế tiến hóa tự nhiên, sáng tạo sản phẩm gen, tạo dạng sinh vật Ngày có nhiều chứng hiển nhiên lợi ích cơng nghệ DNA tái tổ hợp Tuy nhiên, phải cân nhắc đến nguy tiềm tàng nó, thực tế nảy sinh số vấn đề pháp lý quan trọng buộc phải xem xét lại cách thận trọng
Chẳng hạn, tham khảo hệ thống quản lý sản phẩm trồng công nghệ sinh học đại Mỹ, nơi mà lĩnh vực công nghệ sinh học đầu tư phát triển tốt giới
(17)nghiệp an tồn mơi trường trồng trọt thử nghiệm trường giống trồng tạo nhờ công nghệ sinh học
Các loại lương thực thành phần lương thực tạo nhờ công nghệ sinh học phải đáp ứng tiêu chuẩn an toàn tương tự tiêu chuẩn mà Đạo luật FD&C áp dụng trồng tạo theo phương pháp lai giống thông thường Điều có nghĩa sản phẩm cơng nghệ sinh học phải an toàn giống sản phẩm truyền thống thị trường FDA có quyền loại trừ loại lương thực khỏi thị trường trừng phạt người bn bán loại lương thực gây rủi ro sức khỏe cộng đồng Cần lưu ý Đạo luật FD&C quy định người áp dụng công nghệ sinh học phải chịu trách nhiệm pháp lý nhằm đảm bảo lương thực mà họ bán cho người tiêu dùng phải an toàn đáp ứng tất yêu cầu pháp lý
1 An toàn sinh học
1.1 Sự chuyển gen hạt phấn
Cho tới hạt phấn loại trồng biến đổi gen hạn chế khả phát tán Các phương thức quản lý cách ly không gian thời gian hạn chế lưu chuyển gen (gene flow) trồng, hạn chế hạt sót lại đất sót lại sau thu hoạch Việc sử dụng vùng cách ly, rào cản trồng rào cản thực vật khác nguồn tạo nơi nhận hạt phấn giảm mức độ phát tán hạt phấn Thời gian hạt phấn khơng khí dài, phát tán đến khoảng cách xa Tuy nhiên, điều kiện thời tiết mơi trường thay đổi gây phát tán khoảng cách xa Các biện pháp cách ly sinh học phát triển nhằm xác định liệu sinh sản trồng kiểm sốt hay khơng để tránh giao lưu gen qua hạt hạt phấn
(18)Các nghiên cứu cho thấy phần lớn thụ phấn chéo xảy khoảng cách ngắn khả thụ phấn thành công giảm theo hàm mũ so với khoảng cách từ nguồn phát hạt phấn Nhưng phạm vi nơng trại có lưu chuyển gen, mức độ xảy thấp khoảng cách xa, tách biệt hoàn toàn mặt di truyền khó trì
Trong hạt phấn đóng vai trị quan trọng phát tán theo khơng gian hạt giống đóng vai trị quan trọng phát tán theo thời gian Do đó, cách ly trồng chuyển gen với trồng không chuyển gen phải tính đến chuyện trước trồng chuyển gen có trồng mảnh đất khơng tập quán canh tác có gây di chuyển hạt mảnh ruộng hay không
Ngoài ra, lưu chuyển gen biến đổi gen họ hàng cịn tùy thuộc vào loại tính trạng gen chuyển quy định, đặc điểm sinh học (thụ phấn chéo tự thụ phấn) bối cảnh nông nghiệp (hệ thống trồng, tổ chức không gian ruộng)
1.2 Sự bền vững DNA đất
(19)Mặc dù có vài khảo sát bền vững DNA chuyển gen đất, bền vững cấu trúc thời gian dài chứng minh rõ ràng
1.3 Chuyển gen ngang từ thực vật vào vi sinh vật đất
Chuyển gen ngang (horizontal gene transfer) tượng chuyển gen nguyên liệu di truyền trực tiếp từ cá thể riêng biệt vào cá thể khác trình tương tự gây nhiễm Phân biệt với trình bình thường chuyển gen dọc (vertical gene transfer)-từ bố mẹ vào cái-xuất trình sinh sản Chuyển gen ngang phần đề cập đến DNA ngoại lai chuyển gen diện đất, vi khuẩn phát triển khả để nhận gen cuối cùng, trình tự hợp genome vi khuẩn
Nguy cơng nghệ di truyền làm tăng tiềm chuyển gen ngang qua lồi khơng họ hàng Các chế tế bào cho phép gen ngoại lai xen đoạn vào genome loài Các gen kháng thuốc diệt cỏ kháng kháng sinh vi khuẩn thường sử dụng thị chọn lọc chuyển gen Vì thế, chuyển ngang từ thực vật vào vi sinh vật gen kháng thường xem hiệu ứng tiềm tàng không mong muốn chuyển gen vi sinh vật đất
Tuy nhiên, chưa có chứng rõ ràng việc chuyển gen từ thực vật vào vi sinh vật Hiện nay, nghiên cứu an toàn sinh học (biosafety) chuyển gen ngang từ chuyển gen vào vi sinh vật (vi khuẩn nấm) có hai hướng tìm hiểu chế chuyển gen từ thực vật vào vi sinh vật đánh giá hậu sinh thái
(20)1.4 Chuyển gen từ thực vật vào virus
Kết chuyển gen biểu protein vỏ virus khảm thuốc (TMV) ngăn chận phát triển bệnh xuất năm 1986 Phương thức sau sử dụng để tạo tính kháng cho loại virus khác nhau, nhiên nhà di truyền học đặt câu hỏi an toàn trồng chuyển gen từ ngày Nguy rõ rệt tiềm tạo virus gây nhiễm tái tổ hợp, ví dụ: gen chuyển virus (viral transgene) liên kết trao đổi phần với nucleic acid virus khác Do vỏ protein không ngăn virus xâm nhập vào tế bào thực vật, gen chuyển (transgene) tiếp xúc với nucleic acid nhiều virus mang tới thực vật vector côn trùng (insect vector)
Một số nghiên cứu chứng minh virus thực vật cơng loạt gen virus khác từ chuyển gen Chẳng hạn:
- Virus gây bệnh khảm hoại tử cỏ ba màu đỏ (red clover necrotic mosaic virus-RCNMV) dạng khiếm khuyết thiếu gen cho phép chuyển từ tế bào đến tế bào khác (vì khơng gây nhiễm được) tái tổ hợp với gen thuốc chuyển gen
Nicotiana benthamiana, sinh sản virus gây nhiễm
- Cây cải Brassica napus chuyển gen VI, nhân tố hoạt động dịch mã, virus khảm súp-lơ (cauliflower mosaic virus-CaMV), tái tổ hợp với phần bổ sung virus thiếu gen đó, tạo virus gây nhiễm 100% chuyển gen
- Sự tái tổ hợp CaMV dạng hoang dại dạng chuyển gen VI chứng minh N bigelovii Ít số virus tái tổ hợp
có độc tính dạng hoang dại
- Cây N benthamiana biểu đoạn gen protein vỏ virus CCMV (cowpea chlorotic mottle virus) tái tổ hợp với virus khiếm khuyết thiếu gen
Nhiều khảo sát cho thấy thí nghiệm có CaMV tần số tái tổ hợp cao nhiều so với virus khác Trong CCMV tái tổ hợp phục hồi từ 3% chuyển gen N benthamiana, CaMV tái tổ hợp