Đang tải... (xem toàn văn)
Nhà xuất bản Đại học Huế Năm 2006.. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com..[r]
(1)Nguyễn Hồng Lộc
Giáo trình
CÔNG NGHỆ TẾ BÀO
Nhà xuất Đại học Huế Năm 2006
(2)PGS TS Nguyễn Hoàng Lộc
Giáo trình
CƠNG NGHỆ TẾ BÀO
Nhà xuất bản Đại học Huế
Năm 2006
(3)Lời nói đầu
Cơng nghệ tế bào phận quan trọng công nghệ sinh học, chủ yếu nghiên cứu trình nuôi cấy tế bào động-thực vật vi sinh vật để sản xuất sinh khối, sản xuất hợp chất có hoạt tính sinh học (enzyme, vaccine, chất thứ cấp…), để làm mơ hình thực nghiệm khảo sát tác động hoá chất, làm nguyên liệu ghép tế bào quan…
Mặc dù, kỹ thuật nuôi cấy tế bào phát triển vào nửa đầu kỷ 20, đến ứng dụng chúng có bước tiến vượt bậc nhờ sựđóng góp cơng nghệ DNA tái tổ hợp
Bên cạnh giáo trình như: sinh học phân tử, nhập môn công nghệ
sinh học, công nghệ DNA tái tổ hợp, cơng nghệ chuyển gen… giáo trình cơng nghệ tế bào giúp sinh viên tiếp cận thêm lĩnh vực khác công nghệ sinh học thông qua việc cung cấp kiến thức vấn đề sau:
- Sinh trưởng động học sinh trưởng tế bào - Thiết kế hệ lên men
- Nuôi cấy tế bào ứng dụng chúng
Giáo trình cơng nghệ tế bào biên soạn theo hướng khảo sát q trình sinh học mang tính cơng nghệ nhiều q trình lên men ứng dụng cho tế bào vi sinh vật, lẫn tế bào động-thực vật thiết bị ni cấy (bioreactor/fermenter) Do đó, số ứng dụng khác kỹ thuật nuôi cấy mơ tế bào nói chung chúng tơi khơng đưa vào giáo trình
Lĩnh vực cơng nghệ tế bào rộng đa dạng, 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 hoàn thiện
Tác giả
(4)Chương
Mở đầu
I Công nghệ sinh học
Đến có nhiều định nghĩa cách diễn đạt khác
công nghệ sinh học tùy theo tác giả tổ chức Tuy nhiên, công nghệ sinh học (biotechnology) có thểđược định nghĩa cách tổng quát sau:
“Công nghệ sinh học q trình sản xuất quy mơ cơng nghiệp mà 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” Nếu công nghệ sinh học định nghĩa theo hướng khơng thể thừa nhận lĩnh vực khoa học Bởi vì, từ xa xưa lồi người biết sử dụng vi sinh vật để lên men bánh mì thực phẩm, cho dù họ chế biến đổi sinh học Loài người biết từ lâu việc lai tạo động vật thực vật để cải thiện suất vật nuôi trồng tốt Vì thế, cơng nghệ sinh học định nghĩa xem công nghệ
sinh học truyền thống
Tuy nhiên, năm gần thuật ngữ công nghệ sinh học thường sử dụng nhằm đề cập đến kỹ thuật DNA tái tổ hợp dung hợp tế bào, xem lĩnh vực công nghệ sinh học đại
1 Công nghệ DNA tái tổ hợp (DNA recombinant technology)
Là kỹ thuật cho phép thao tác trực tiếp nguyên liệu di truyền tế bào riêng biệt, sử dụng để phát triển vi sinh vật sản xuất sản phẩm thể hữu ích khác Những kỹ thuật gọi kỹ thuật di truyền (genetic engineering), công nghệ di truyền (genetic technology), thao tác gen (gene manipulation), kỹ thuật gen (gene engineering) hay công nghệ gen (gene
Công nghệ tế bào
(5)technology) Mục tiêu cơng nghệ DNA tái tổ hợp gắn gen ngoại lai (foreign gene) mã hóa cho sản phẩm mong muốn vào dạng DNA mạch vịng (plasmid vector) sau đưa chúng vào thể vật chủ, cho gen ngoại lai biểu để
sản xuất sản phẩm từ thể
2 Dung hợp tế bào (cell fusion)
Là trình hình thành tế bào lai đơn (single hybrid cell) với nhân tế bào chất từ hai loại tế bào riêng biệt để tổ hợp đặc điểm mong muốn hai loại tế bào Chẳng hạn, tế bào đặc biệt hệ thống miễn dịch sản xuất kháng thể hữu ích Tuy nhiên, tế bào thường khó ni cấy tốc độ sinh trưởng chúng chậm Mặt khác, tế bào khối u định có đặc điểm phân chia nhanh Bằng cách dung hợp hai tế bào này, tế bào lai hybridoma có thểđược tạo mang hai tính trạng Các kháng thể đơn dịng (monoclonal antibodies-Mabs) sản xuất từ tế bào lai,
được dùng để chẩn đoán, điều trị bệnh tinh protein
3 Ứng dụng công nghệ sinh học đại
Các ứng dụng công nghệ sinh học đại nhiều (Bảng 1.1) Các dược phẩm đắt triền trước insulin để chữa bệnh đái tháo đường, hormone sinh trưởng người để điều trị bệnh còi trẻ em, interferon để chống viêm nhiễm, vaccine phòng bệnh kháng thể đơn dịng dùng để chẩn đốn sản xuất tế bào biến đổi di truyền tế bào lai rẻ tiền với số lượng lớn Các giống bệnh khoẻ mạnh hơn, vật ni dùng làm thực phẩm có sản lượng cao phát triển, lồi trồng quan trọng biến đổi di truyền để có tính trạng chống chịu stress, chống chịu chất diệt cỏ kháng côn trùng Hơn nữa, cơng nghệ DNA tái tổ hợp có thểđược ứng dụng để phát triển vi sinh vật biến đổi di truyền (genetically modification) cho chúng sản xuất hợp chất hóa học khác với sản lượng cao vi sinh vật bình thường
Công nghệ tế bào
(6)Tái tổ hợp (recombination). Q trình nhiễm sắc thể hay phân tử DNA đứt phần đứt nối lại theo tổ hợp Quá trình xảy tế bào sống (qua trao đổi chéo phân bào giảm nhiễm) hay ống nghiệm nhờ enzyme cắt nối DNA
Tầng nuôi dưỡng (feeder layer) hay tế bào ni dưỡng (nurse cells). Lớp tế bào có thểđã bị chiếu xạ làm khả phân bào trải bên để cung cấp số chất cần thiết cho lớp tế bào khác nuôi bên
Tế bào lai (hybrid cell). Là tế bào có nhân hình thành sau dung hợp hai tế bào dẫn đến hình thành nhân hỗn hợp
Tế bào mầm phôi (embryonic stem cell). Tế bào phơi chưa biệt hóa, ni cấy thời gian dài mà giữ tính đa thể
(nghĩa khả biệt hóa theo nhiều hướng khác nhau)
Thành tế bào (cell wall). Được cấu tạo carbohydrate tự nhiên (cellulose hemicellulose) Lớp thành tế bào chứa pectin để giúp liên kết với tế bào bên cạnh Thành tế bào có chức nâng đỡ cho
Thể ổn định hóa tính (chemostat). Trong hệ lên men liên tục tốc độ
dòng chảy dinh dưỡng cài đặt giá trị đặc biệt tốc độ sinh trưởng nuôi cấy sẽđiều chỉnh tốc độ dịng chảy này, trì
được nồng độ mơi trường dinh dưỡng thích hợp với mật độ tế bào
Thểổn định độđục (turbidostat) Được sử dụng hệ lên men liên tục tiến hành tốc độ pha loãng cao gần với điểm rửa trơi (washout point), ta ngăn cản rửa trơi cách điều hịa tốc độ dịng chảy trường hợp thất tế bào thơng qua dịng chảy ngồi vượt q sinh trưởng tế bào hệ lên men
Thời gian gấp đôi quần thể (population doubling time). Thời gian mà số lượng tế bào dịng hay chủng ni cấy tăng đến gấp đôi kể từ bắt đầu nuôi
Thực khuẩn thể (bacteriophage). Một virus tái tế bào vi khuẩn
Tiếp mẫu (inoculation) Bước đưa mẫu vào nuôi cấy khởi đầu (initiation culture).
Tính tồn thể (totipotency) Một đặc tính tế bào có khả phát triển thành kiểu tế bào có thể trưởng thành mà từ
được tách ra, tức có khả tái sinh thành thể hồn chỉnh
Cơng nghệ tế bào 199
(7)Tốc độ phân chia tế bào (cell division rate) Sự phân chia tế bào đơn vị thời gian Tốc độ phân chia số suốt thời gian sinh trưởng (theo hàm mũ) tế bào
Tốc độ sinh trưởng tế bào (cell growth rate). Sự thay đổi số lượng tế bào theo thời gian Tốc độ sinh trưởng số suốt thời gian sinh trưởng (theo hàm mũ) tế bào
Tốc độ sinh trưởng đặc trưng tế bào (cell specific growth rate). Sự thay đổi theo logarithm tự nhiên số lượng tế bào theo thời gian
Trình tự cis. Trình tự phân tử DNA có tác động (điều hịa)
đến trình tự khác phân tử DNA Các trình tựcis khơng mã hóa cho protein
Tuổi hệ tế bào (cell generation time) Thời gian hai lần phân chia tế bào Khái niệm không đồng nghĩa với thời gian gấp
đôi quần thể
Ty thể (mitochondrion) Chứa vật liệu di truyền nhiều enzyme quan trọng trao đổi chất tế bào
Vector Là phân tử DNA sử dụng tạo dòng gen nhân chúng tế bào vật chủ (E coli hoặc nấm men) Có ba nhóm vector gồm: (1) Nhóm plasmid, (2) Nhóm phage/phagemid, (3) Nhóm nhiễm sắc thể nhân tạo (artificial chromosome: BAC YAC) Ý tưởng vector chuyển gen bắt nguồn từ plasmid vi khuẩn Vector chuyển gen phân tử DNA có khả tự tái sinh, tồn độc lập tế
bào mang gen cần chuyển
Vector hai nguồn (binary vector) Là dạng sử dụng hai hay nhiều loại plasmid vi khuẩn lúc, ví dụ: vi khuẩn E coli Agrobacterium, plasmid trường hợp thích ứng với E coli Agrobacterium
Virus. Phần tử có mang nucleic acid (DNA RNA) nằm vỏ bọc protein, có khả chép tế bào chủ lan truyền từ
tế bào sang tế bào
Xoắn kép (double helix). Cấu trúc ba chiều tự nhiên hai chuỗi DNA bổ sung, đối song xoắn với
Công nghệ tế bào 200