Ngày nay, công nghệ gene đã giúp cho việc chuyển gene ưu việt vào việc tạo giống mới, ghép các gene tăng sức đề kháng của cây như tạo ra nhiều chất ức chế sự tiêu hóa của sâu bọ, người[r]
(1)Trao đổi trực tuyến tại:
(2)CNSH Nhà nước Việt Nam ưu tiên phát triển ngành khoa học công nghệ trọng điểm CNSH coi “công cụ đại hóa” sinh học Về bản chất, CNSH tự thân phải ngành khoa học công nghệ hồn chỉnh, có tính độc lập khoa học phạm vi ứng dụng, có sức sống riêng tồn lĩnh vực khoa học công nghệ đại với công nghệ thông tin, cơng nghệ điện tử…đang góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội Để đáp ứng yêu cầu đó, CNSH mặt phải xây dựng ngành khoa học đại, bên cạnh đặc tính liên ngành phải dựa tảng khoa học riêng vững đặc thù không trùng lặp với lĩnh vực khoa học công nghệ khác.
Thật vậy, kỉ XXI, CNSH ngày chứng tỏ mũi nhọn sinh học đại Trong lịch sử sinh học giới chưa nhân loại đạt nhiều thành tựu sinh học có ý nghĩa chiến lược ngày nay.
CNSH có nội dung phong phú, đa dạng, ngày có thơng tin đổi mới cập nhật Vì vậy, người viết giáo trình CƠNG NGHỆ SINH HỌC TRONG SẢN XUẤT VÀ ĐỜI SỐNG không thỏa mãn hết tri thức đòi hỏi người đọc không tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý chân thành đồng nghiệp bạn đọc.
Cuốn sách xuất với tài trợ Ban Điều phối Dự án Giáo dục thuộc Đại học Huế.
Chúng xin chân thành cảm ơn Ban Điều phối Dự án Giáo dục Đại học Huế giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho việc đời sách này.
Cũng nhân đây, xin chân thành cảm ơn TS Trần Quốc Dung cán trường Đại học Sư phạm Huế viết cho chương ,mục 6: “Công nghệ sinh học tạo giống vật nuôi cho suất cao” mục 7: Vector virus sống tạo vaccine thú y tái tổ hợp.
Xin chân thành cảm ơn.
(3)CNSH-Mở đầu Trương Văn Lung
Mở đầu
1 Thế công nghệ sinh học (CNSH)
Sự bùng nổ CNSH
Danh từ CNSH xuất vào nửa cuối thập kỉ 50-70 kỉ XX, dùng phổ biến Cho đến nay, người đưa danh từ xuất xứ từ đâu?
Cơng nghệ sinh học hiểu cách đơn giản công nghệ sử dụng thể sống để sản xuất sản phẩm hữu ích phục vụ người Cũng có nhiều người đưa nhiều định nghĩa, song chưa có định nghĩa bao trùm nghĩa
Liên đoàn châu Âu CNSH (European Federation of Biotechnology) định nghĩa: CNSH ứng dụng thực tiễn thể sinh học hay thành phần tế bào chúng để tạo sản phẩm phục vụ cho sản xuất đời sống, để điều khiển môi trường sống
Có người lại định nghĩa: CNSH kĩ thuật cao sử dụng thể sống hay chất tách từ thể để tạo hay sữa đổi sinh vật, để nâng cao đặc tính có giá trị kinh tế lồi động thực vật hay tạo vi sinh vật có khả tác động đến mơi trường
Vừa qua có người lại cho rằng: CNSH coi ngành khoa học công nghệ việc chuyển nạp gene (DNA) vào tế bào hay thể chủ nhằm khai thác cách công nghiệp sản phẩm gene phục vụ đời sống, phát triển kinh tế
Theo định nghĩa hiểu CNSH theo hai nghĩa: Nghĩa rộng: bao gồm nhiều dạng sử dụng sinh vật vào mục đích sản xuất làm rượu, làm men bánh mì, fromage (phomat), làm tương, chao,
Nghĩa hẹp: CNSH kĩ thuật cao CNSH phân tử sử dụng kĩ thuật đại tái tổ hợp DNA, biến nạp gene qua đường vector plasmid, cố định enzyme, gắn enzyme lên chất đó, giữ yên để sử dụng nhiều lần…
Tùy thuộc vào việc hiểu định nghĩa rộng hay hẹp mà người ta phân hai loại: CNSH (new biotechnology) CNSH cổ điển (classical biotechnology)
Công nghệ sinh học cổ điển coi CNSH xuất lịch sử lồi người sớm, cách 5.000-8.000 năm, chí 10.000 năm Trong kinh thánh nói đến qui trình làm giấm, làm rượu nho, làm dưa, …đến cịn sử dụng qui trình
(4)Công nghệ sinh học xuất kĩ thuật di truyền đời Chúng ta có dịp sâu vào vấn đề phần sau
2 Lịch sử phát triển CNSH
Từ sau chiến tranh giới lần thứ hai, CNSH phát triển vũ bão Cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật có thay đổi có liên quan đến phát triển vi sinh vật học, hóa sinh học, lí sinh học, sinh học phân tử, di truyền học phân tử, hóa sinh học hữu Nhiều mơ hình nghiên cứu giúp cho việc định hướng đắn phát triển CNSH đặc biệt sinh học phân tử
Vào năm 1950-1960, nghiên cứu đạt nhiều thành tựu to lớn, bật vấn đề mã di truyền Đến năm 1960-1962, chứng minh chế điều hòa hoạt động gene sau (1969), tổng hợp gene thành tựu to lớn sinh vật học Sau năm 1972-1975, đời kĩ thuật di truyền, tạo bùng nổ CNSH, tiến hành sản xuất sinh học bắt đầu thao tác ống nghiệm (in vitro) Kĩ thuật di truyền tạo cách mạng sinh học, đồng thời đánh dấu bước phát triển sinh học phân tử Những thành tựu sinh học phân tử dẫn đến thống nghiên cứu sinh học làm sáng tỏ nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng
Trước CNSH đời (từ năm 1950-1960) có bước phát triển sản xuất vaccine, kháng sinh, acid amin Sự phát triển CNSH lôi kéo, tập trung lớn vấn đề sinh học Hầu bước tiến lên sinh học đại lại mở khả thường hoàn toàn bất ngờ CNSH Trước hết phải nói đến phương pháp hồn thiện nhờ cơng nghệ gene (genetic engineering) nhằm cấu trúc lại chủng vi khuẩn nấm men với gene lạ với đặc tính dự kiến trước Tốc độ phát triển CNSH nhanh chóng cách dị thường, thực qui mô công nghệ rộng lớn thức ăn gia súc, thực phẩm hormone, peptid, neuropeptid, chất cao phân tử sinh học phức tạp đến hợp chất vô hữu tương đối đơn giản
Ngày nay, CNSH cơng cụ áp dụng cho nhiều ngành kinh tế khác nông lâm ngư nghiệp, sản xuất chế biến thực phẩm, chăn nuôi thú y, y tế sức khỏe cộng đồng, sản xuất dược chất, sản xuất lượng, chuyển hóa hóa chất, chuyển hóa sản phẩm phụ nơng nghiệp công nghiệp, v.v
(5)CNSH-Mở đầu Trương Văn Lung
phấn vào dung dịch DNA, phương pháp vi tiêm gene, phương pháp dùng súng bắn gene chuyển gene trực tiếp vào tế bào khác thực vật hoặc, người ta chuyển gene gián tiếp thông qua việc sử dụng vector plasmid tạo phôi soma v.v
Có thể nói rằng, CNSH đặc biệt cơng nghệ gene thật kì diệu, mở triển vọng lớn lao giúp người thực hoài bão to lớn tương lai phát triển với thời gian rút ngắn
3 Hứa hẹn CNSH với nước phát triển
Trước gặp gỡ với em học sinh trường PTTH, em hỏi nhà bác học tiếng, viện sĩ trẻ tuổi – phó chủ tịch viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô (cũ) Iu Ovchianhicov:
Tại viện sĩ lại hiến dâng đời cho sinh vật học? Viện sĩ có lấy làm tiếc điều khơng?
Nhà bác học mỉm cười nói: * Khơng, tơi khơng tiếc Và sau giải thích:
* Vâng, có khoa học không phần quan trọng sinh vật học Nhưng tơi khơng biết có khoa học khác lại quan trọng sinh vật hoc
Câu trả lời hoàn toàn đắn tất nhiên chứa đựng lịng say mê tình u nhà bác học lĩnh vực hoạt động sáng tạo lựa chọn Viện sĩ xác định cách sâu sắc rõ ràng vị trí khoa học sống, tính qui luật vận động vật chất sống hệ thống khoa học bản, phức tạp đại
Cách 40 năm, trả lời vấn nhà khoa học giới tương lai di truyền nhà khoa học sinh học phân tử nói:
“Khó mà tiên đốn, biết đến năn 2000 buổi sáng mùa xuân, thí sinh trả lời câu hỏi “bằng cách biến đổi di truyền chuyển gene để Đậu Hà Lan đổi chiều cuộn ngược lại từ phải sang trái giá đỡ, để cho toàn hứng ánh sáng mặt trời tạo điều kiện cho quang hợp tốt Và cách chuyển gene để “bốc thuốc gene” chữa cho hồng tử mắc bệnh tâm thần”
Ngày nay, cơng nghệ gene giúp cho việc chuyển gene ưu việt vào việc tạo giống mới, ghép gene tăng sức đề kháng tạo nhiều chất ức chế tiêu hóa sâu bọ, người ta chuyển gene protein capsid (những kháng thể cây) chống virus
(6)không tương hợp sinh dục (sexual incompatibility) nên tiết kiệm nhiều thời gian Kĩ thuật tái tổ hợp DNA ứng dụng chúng thực vật giúp loại bỏ hàng rào sinh lí giải phẫu ngăn cản lai khác loài (Rachie Lyman, 1981), kĩ thuật in vitro cũng cho phép tăng đa dạng di truyền gần bị giảm sút phá hủy sinh cảnh tự nhiên, làm giảm đe dọa sâu bệnh số trồng có di truyền đơn
Các nước phát triển nước khu vực nhiệt đới giữ đa dạng di truyền tương đối rộng hệ sinh thái tự nhiên hệ sinh thái nông nghiệp hình thức nhiều lồi hoang dại có quan hệ họ hàng với trồng, nhiều giống chống chịu giống địa phương
Các kĩ thuật nuôi cấy quan, mô tế bào thực vật lĩnh vực nghiên cứu liên quan liên kết việc áp dụng công nghiệp theo đường sau:
- Nuôi cấy đỉnh sinh trưởng tái sinh hồn chỉnh
- Ni cấy tế bào trần protoplast, mô đơn bội, chọn lọc biến chứng đột biến, dung hợp protoplast tái sinh
- Kĩ thuật tái tổ hợp di truyền, cấy chuyền gene tái sinh
- Nuôi cấy tế bào qui mô lớn, chọn đột biến, dung hợp protoplast kĩ thuật tái tổ hợp DNA
- Nuôi cấy tế bào, protoplast, chuyển dạng sinh học
Nhân giống in vitro giống virus Cải thiện giống nhân giống trồng
Cải thiện giống trồng Sản xuất loại hoạt chất có ích
Tổng hợp chất
Trên quan điểm kinh tế, chi phí lao động tham gia vào cấy chuyền nhân giống khoản mục lớn giá thành giống in vitro
Người ta tiến hành nghiên cứu máy tự động để cấy chuyền Năm 1985, mẫu máy cấy chuyền chế tạo Australia cấy giây Những thiết bị làm giá thành cấy mô giảm đáng kể (Marti, 1986-87)
(7)CNSH
phục vụ nông lâm ngư nghiệp Trương Văn Lung
Các áp dụng có thời gian ngắn (3 năm): nhân giống vơ tính in vitro, sản xuất bệnh, bảo quản trao đổi quĩ gene thực vật
Các áp dụng trung hạn (3-8 năm): đột biến soma đột biến giao tử, cứu phôi, thụ tinh ống nghiệm, nuôi cấy túi phấn sản xuất đơn bội
Các áp dụng dài hạn (8-15 năm): lai tế bào soma, lai xa, dòng tế bào đột biến, chuyển gene, chuyển NST, sản xuất chất thứ cấp tế bào nuôi cấy in vitro.
Việc áp dụng CNSH vào đổi thu hoạch mùa màng trong cách mạng khoa học kĩ thuật Việc đổi dựa vào biện pháp kĩ thuật sau:
* Sản xuất nhanh qui mơ lớn trồng có tính chất di truyền, cho suất cao thông qua kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào
* Tạo giống có suất cao thơng qua phương pháp chọn dịng soma ni cấy mô tế bào
* Tạo lai có đặc tính ưu việt kĩ thuật dung hợp protoplast (protoplast fusion)
* Tạo đặc tính mong muốn qua việc đưa nguyên liệu di truyền vào tế bào trồng kĩ thuật tái tổ hợp DNA
2.1 Sản xuất nhanh qui mơ lớn trồng có tính chất di truyền cho suất cao thông qua kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào
Trong kĩ thuật trồng trọt có nhiều lồi cần phải nhân giống vơ tính qui mơ lớn Một số trồng tái sản xuất dễ dàng hạt khả nẩy mầm thấp, đặc biệt lâm nghiệp Một số khác hạt dễ nẩy mầm trình sản xuất hạt lại đắt Cũng có số lai cần nhân lên vơ tính để giữ lại đặc tính ưu việt
Trong năm 1930, việc tái sinh lại chồi toàn trồng tiến hành cách thuận lợi nhờ xây dựng kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thành công Ngày nay, hầu hết phịng thí nghiệm nghiên cứu sinh lí hóa sinh di truyền thực vật trang bị kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào
Kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật bao gồm:
* Chuẩn bị môi trường nuôi cấy có đủ thành phần cần thiết nhiều loại, phải chọn giống cho môi trường nuôi cấy loại mô, tế bào thay đổi theo thời kì phát triển phân hóa mơ (môi trường nuôi cấy protoplast khác với môi trường nuôi cấy callus, môi trường tạo rễ tạo mầm khác với mơi trường trì mơ trạng thái callus, v.v.)