CÔNG NGHỆ SINH HỌC: CHƯƠNG 3 ĐỘNG VẬT BIẾN ĐỔI GEN

NỘI DUNG  Khái niệm chung  Công nghệ tạo động vật biến đổi gen  Những hướng nghiên cứu chính và thành tựu trong lĩnh vực chuyển gen động vật  Ứng dụng của động vật chuyển gen  Các vấn đề đặt ra đối với động vật chuyển gen1.KHÁI NIỆM CHUNG  Động vật chuyển gen  Lịch sử phát triển1.1. Động vật chuyển gen  Chuyển gen (transgenesis) là đưa một đoạn DNA ngoại lai vào genome của một cơ thể đa bào, sau đó đoạn DNA ngoại lai này sẽ có mặt ở hầu hết các tế bào và được truyền lại cho thế hệ sau.  Những động vật có hệ gen bị biến đổi bằng cách đưa thêm DNA ngoại lai gắn vào hệ gen của nó gọi là động vật chuyển gen (transgenic animal).1.1. Động vật chuyển gen  Đoạn DNA ngoại lai dùng để đưa vào cơ thể khác gọi là gen chuyển (transgene).  Gen ngoại lai này phải được truyền lại cho tất cả mọi tế bào, kể cả các tế bào sinh sản mầm  Việc chuyển gen ngoại lai vào động vật chỉ thành công khi các gen này di truyền lại cho thế hệ sau.1.1. Động vật chuyển gen  Các gen chuyển được sử dụng để tạo động vật, thực vật chuyển gen có nguồn gốc từ các loài sinh vật khác nhau: động vật, thực vật, vi sinh vật và cả con người.  Ví dụ: gen của người được đưa vào chuột và các vật nuôi khác như lợn, bò, cừu, chim.1.1. Động vật chuyển gen  Việc chuyển gen vào tế bào động vật nuôi cấy hay vào cơ thể động vật nhằm mục đích nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng.  Chuyển gen ở vật nuôi chủ yếu nhằm mục đích tạo ra những dòng vật nuôi có những đặc tính quý mong muốn một cách nhanh chóng, khắc phục được những trở ngại trong lai tạo tự nhiên như việc lai xa giữa hai loài động vật khác nhau.  Động vật chuyển gen có thể có những đặc tính mới, vượt qua cả giới hạn phạm vi loài, mà nhiều khi các phương pháp lai tạo truyền thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM KHOA CNSH - CNTP CHƯƠNG ĐỘNG VẬT BIẾN ĐỔI GEN Thái Nguyên, 2011 (Slides assembled from diverse sources) NỘI DUNG      Khái niệm chung Công nghệ tạo động vật biến đổi gen Những hướng nghiên cứu thành tựu lĩnh vực chuyển gen động vật Ứng dụng động vật chuyển gen Các vấn đề đặt động vật chuyển gen 1.KHÁI NIỆM CHUNG   Động vật chuyển gen Lịch sử phát triển 1.1 Động vật chuyển gen   Chuyển gen (transgenesis) đưa đoạn DNA ngoại lai vào genome thể đa bào, sau đoạn DNA ngoại lai có mặt hầu hết tế bào truyền lại cho hệ sau Những động vật có hệ gen bị biến đổi cách đưa thêm DNA ngoại lai gắn vào hệ gen gọi động vật chuyển gen (transgenic animal) 1.1 Động vật chuyển gen    Đoạn DNA ngoại lai dùng để đưa vào thể khác gọi gen chuyển (transgene) Gen ngoại lai phải truyền lại cho tất tế bào, kể tế bào sinh sản mầm Việc chuyển gen ngoại lai vào động vật thành công gen di truyền lại cho hệ sau 1.1 Động vật chuyển gen   Các gen chuyển sử dụng để tạo động vật, thực vật chuyển gen có nguồn gốc từ loài sinh vật khác nhau: động vật, thực vật, vi sinh vật người Ví dụ: gen người đưa vào chuột vật ni khác lợn, bị, cừu, chim 1.1 Động vật chuyển gen    Việc chuyển gen vào tế bào động vật nuôi cấy hay vào thể động vật nhằm mục đích nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng Chuyển gen vật nuôi chủ yếu nhằm mục đích tạo dịng vật ni có đặc tính q mong muốn cách nhanh chóng, khắc phục trở ngại lai tạo tự nhiên việc lai xa hai loài động vật khác Động vật chuyển gen có đặc tính mới, vượt qua giới hạn phạm vi loài, mà nhiều phương pháp lai tạo truyền thống thực 1.1 Lịch sử phát triển    Vào thập kỷ 1970, thí nghiệm nghiên cứu thực với tế bào ung thư biểu bì phơi tế bào ung thư quái thai để tạo nên chuột thể khảm Trong động vật thể khảm này, tế bào ni cấy lấy từ dịng chuột đưa vào phơi dịng chuột khác quần tụ phôi trực tiếp (direct embryo aggregation) cách tiêm vào phôi giai đoạn phôi nang (blastocyst) Chuột thể khảm trưởng thành sinh đóng góp tế bào từ bố mẹ khác biểu tính trạng dòng 1.1 Lịch sử phát triển   Một kiểu chuyển genome khác động vật chuyển nhân nguyên từ phôi vào tế bào trứng chưa thụ tinh dòng nhận khác cách trực tiếp Bước phát triển kỹ thuật chuyển gen thực cách tiêm retrovirus vào phôi chuột nuôi cấy trước 1.1 Lịch sử phát triển  Trong năm gần đây, số kỹ thuật tạo động vật chuyển gen khác công bố:     phương pháp chuyển gen cách sử dụng tế bào gốc phôi phương pháp chuyển đoạn nhiễm sắc thể nguyên chuyển gen trực tiếp vào tinh trùng kết hợp với thụ tinh in vitro phương pháp vi tiêm DNA vào tiền nhân hợp tử 3.7.1.Chuyển gen vào tinh trùng 3.7.1.Chuyển gen vào tinh trùng Linker Based Sperm-Mediated Gene Transfer (LB-SMGT) 3.7.1.Chuyển gen vào tiền thể tinh trùng   Tinh trùng thành thục tạo từ tế bào gốc thông qua giai đoạn khác biệt hóa Các tế bào gốc tinh trùng tách chiết, nuôi cấy in vitro thời gian ngắn cấy chuyển vào tinh hoàn nhận 3.7.1.Chuyển gen vào tiền thể tinh trùng   Các tế bào gốc tế bào biệt hóa cách cục tách chiết, ni cấy chuyển DNA chọn lọc vào Tinh trùng mang DNA ngoại lai sử dụng để thụ tinh ICSC Tế bào gốc tách chiết, nuôi cấy điều kiện ngăn cản biệt hóa chúng, chuyển DNA ngoại lai vào, chọn lọc đưa vào lại tinh hoàn nhận, nơi mà chúng biệt hóa Tinh trùng tạo sử dụng để thụ tinh trứng phương pháp thông thường 3.7.1.Chuyển gen vào tiền thể tinh trùng 3.7.1.Chuyển gen vào tiền thể tinh trùng  DNA liên kết với thể chuyển nhiễm tiêm vào ống sinh tinh Nuôi cấy phôi ống nghiệm (đối với động vật bậc cao)    Tế bào trứng tiền nhân sau vi tiêm nuôi cấy ống nghiệm để phát triển đến giai đoạn phôi dâu (morula) túi phôi (blastocyst) Ở giai đoạn màng (pellucida) bị bong phơi làm tổ Những phôi cấy chuyển vào nhận gây chửa giả (pseudopregnant) để phát triển thành cá thể Kiểm tra động vật sinh từ phôi chuyển gen  Ðể khẳng định động vật có chuyển gen lạ vào hay không, cần kiểm tra:    Gen lạ có xâm nhập vào máy di truyền động vật trưởng thành hay không (PCR, lai phân tử) Sản phẩm gen lạ có tổng hợp hay không (RT – PCR; Western blot, ELISA, RIA) Theo dõi hệ sau III NHỮNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ THÀNH TỰU TRONG LĨNH VỰC CHUYỂN GEN ĐV   Những hướng nghiên cứu tạo động vật chuyển gen Những thành tựu lĩnh vực chuyển gen động vật Những hướng nghiên cứu tạo động vật chuyển gen        Tốc độ lớn nhanh, hiệu sử dụng thức ăn cao Sản xuất protein quý dùng y dược Chống chịu bệnh tật thay đổi điều kiện môi trường Nâng cao suất, chất lượng động vật cách thay đổi đường chuyển hóa thể động vật Cung cấp nội quan cấy ghép cho người Mơ hình nghiên cứu bệnh người Mơ hình nghiên cứu dược học độc chất học Một số thành tựu lĩnh vực tạo động vật chuyển gen  Chuột chuyển gen: Vào năm 1982, Palmiter Brinster thành công việc tạo động vật chuyển gen giới Một số thành tựu lĩnh vực tạo động vật chuyển gen  Thỏ chuyển gen: Dùng để sản xuất protein quý (Giá phôi thỏ thấp, thời gian mang thai ngắn thành thục nhanh, không truyền bệnh nguy hiểm cho người) Một số thành tựu lĩnh vực tạo động vật chuyển gen IV ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG VẬT CHUYỂN GEN    Trong nghiên cứu Trong nông nghiệp công nghiệp Trong y dược học V MỘT SỐ VẤN ĐỀ ĐỐI VỚI ĐỘNG VẬT CHUYỂN GEN    Phức tạp, tỷ lệ thành cơng thấp, nhiều tác động phụ An tồn thực phẩm Tác động đến môi trường, đa dạng sinh học ... chung Công nghệ tạo động vật biến đổi gen Những hướng nghiên cứu thành tựu lĩnh vực chuyển gen động vật Ứng dụng động vật chuyển gen Các vấn đề đặt động vật chuyển gen 1.KHÁI NIỆM CHUNG   Động vật. .. chuyển gen   Các gen chuyển sử dụng để tạo động vật, thực vật chuyển gen có nguồn gốc từ lồi sinh vật khác nhau: động vật, thực vật, vi sinh vật người Ví dụ: gen người đưa vào chuột vật ni... truyền lại cho hệ sau Những động vật có hệ gen bị biến đổi cách đưa thêm DNA ngoại lai gắn vào hệ gen gọi động vật chuyển gen (transgenic animal) 1.1 Động vật chuyển gen    Đoạn DNA ngoại lai