4. TRIỂN VỌNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
4.8. Chuyển gens ản xuất protein kháng nguyên vào
phẩm
Các nhà khoa học đã nghiên cứu chuyển một hay nhiều gen sinh tổng hợp các protein có tác dụng như một kháng nguyên vào một đối tượng cây trồng như rau quả, cây ăn quả,….
Như vậy, thay vì phải tiêm vaccine phòng bệnh, chúng ta có thể ăn quả chuối, đu đủ, cà chua đã được chuyển gen tổng hợp protein kháng nguyên-vaccine đó. Và protein kháng nguyên này được gọi là vaccine thực phẩm.
Mô hình của loại vaccine này là chuyển các gen độc tố của virus hoặc vi khuẩn vào thực vật-thông thường là những cây lương thực thực phẩm-các cây chuyển gen sau đó sẽ sản xuất protein kháng nguyên tương ứng. Protein này được sử dụng dưới dạng rau quả tươi sống để ăn sẽ có tác dụng như là chủng ngừa vaccine Các protein kháng nguyên thường bị biến tính ở nhiệt độ cao nên chúng ta thường chọn những cây trồng có thể ăn sống không qua nấu chín để làm đối tượng chuyển gen.
Các loại vaccine chủng ngừa truyền thống hoặc DNA tái tổ hợp nói chung có giá thành cao, điều kiện bảo quản khắc khe nên việc triển khai tiêm chủng mở rộng tại các nước đang phát triển gặp nhiều khó khăn.
Mặt khác, các loại vaccine truyền thống có nhược điểm là dễ độc hóa trở lại, có nguy cơ làm biến dị gen, dễ gây dị ứng do nhiễm tạp các protein khác trong vaccine. Vaccine thực phẩm có thể vượt qua những hạn chế của vaccine truyền thống, vì chúng chỉ chứa một phần nhỏ của mầm bệnh, không có khả năng tạo nên một cơ thể toàn vẹn để gây bệnh. Quan trọng hơn, vaccine thực phẩm dựa trên cơ sở thực vật cảm ứng hiệu quả đáp ứng miễn dịch màng nhầy, được xem là hàng rào bảo vệ đầu tiên để chống lại sự xâm nhiễm của mầm bệnh bằng cách ngăn chặn sự tương tác đặc hiệu của mầm bệnh với bề mặt màng nhầy.
Các kháng nguyên vaccine biểu hiện trong những cơ quan thực vật như củ, quả, hạt, lá... thường ổn định ở nhiệt độ phòng, không cần giữ lạnh khi bảo quản và vận chuyển Bên cạnh đó, điều kiện sống của thực vật đơn giản.
Nhiều công trình đã công bố chuyển gen vào cây trồng tạo vaccine thực phẩm: Vaccine phòng bệnh viêm gan B (Thanavala và cs 1995), vaccine dịch tả được sản xuất từ khoai tây (Anakwa và cs 1997). Kang và cs (2003), Kim và cs (2004) đã chuyển gen CTB (cholera toxin B subunit) vào cây thuốc lá và gen HIV-1 gp120 V3 vào khoai tây. Danniell và cs (2001) chuyển gen CTB vào cây thuốc lá. Năm 2000, Sandhu và cs đã nghiên cứu phản ứng miễn dịch ở chuột đối với sự biểu hiện của quả cà chua chuyển gen F của virus gây bệnh hô hấp nguyên thể. Năm 2002, Jani và cs đã nghiên cứu sự biểu hiện của kháng nguyên CTB trong cây cà chua chuyển gen. Jiang và cs (2007) đã nghiên cứu sự cảm ứng của hệ thống miễn dịch của protein kháng nguyên CTB trong cây cà chua chuyển gen. Năm 2003, Ma và cs đã nghiên cứu việc chuyển gen ORF2 của virus gây bệnh viêm gan E vào cây cà chua.
Hiện nay, Nguyễn Hoàng Lộc (2006-2009), Viện Tài nguyên Môi trường và Công nghệ sinh học, Đại hoc Huế đã tái sinh thành công các loại cây trồng chuyển gen: rau má, xà lách xoong, rau cần cua mang gen LTB (Heat-labile enterotoxin subunit của E.coli) và cây cà chua mang gen CTB.
TÓM TẮT CHƯƠNG
Biến nạp thông tin di truyền (chuyển gen) ở thực vật là kỹ thuật đưa DNA tinh khiết vào cơ thể thực vật và theo dõi sự biểu hiện của DNA mới này. Phương pháp này thành công chỉ khi đáp ứng đủ hai yêu cầu: DNA mới phải hợp nhất với nhân tế bào thực vật và được biểu hiện; tế bào mang DNA mới này phải được tái sinh.
Có hai phương pháp chuyển gen chính: chuyển gen gián tiếp và chuyển gen trực tiếp
1. Phương pháp chuyển gen gián tiếp, gen được đưa vào tế bào thực vật qua một sinh vật trung gian thường là vi sinh vật hoặc virus.
+ Vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens được sử dụng để chuyển gen vào tế bào thực vật. Trong tự nhiên, vi khuẩn này có khả năng xâm nhiễm vào tế bào thực vật tại vết thương là nhờ vào Ti-plasmid. Trên Ti-plasimd có chứa các gen vùng vir, vùng gen
chuyển hóa opine và đoạn T-DNA. Gen cần chuyển sẽ được gắn vào T-DNA, sản phẩm vùng gen vir sẽ đưa đoạn T-DNA vào tế bào thực vật và hợp nhất với nhân tế bào thực vật. Như vậy, gen cần chuyển cũng đã được vào và hợp nhất với nhân của tế bào thực vật.
2. Phương pháp chuyển gen trực tiếp, gen được trực tiếp vào tế bào thực vật thông qua những thiết bị hoặc thao tác nhất định mà không nhờ vào các sinh vật trung gian
+ Chuyển gen bằng phương pháp bắn gen: Các hạt vi đạn kim loại được bọc DNA được bắn trực tiếp vào tế bào thực vật bởi sung bắn gen. Một phần DNA sẽ hợp nhất với hệ gen của tế bào vật chủ. Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng các viên đạn có kích thước hiển vi, có tỷ trọng cao để đạt gia tốc cao xuyên qua vỏ và màng tế bào, đưa DNA bọc ngoài tiếp cận với bộ máy di truyền của tế bào thực vật.
+ Chuyển gen vào protoplast bằng xung điện: DNA sẽ được chuyển vào tế bào trần (thành cellulose đã được loại bỏ bởi enzyme) nhờ thiết bị xung điện tạo lỗ màng trên tế bào thực vật và DNA sẽ đi vào tế bào thực vật qua lỗ màng.
+ Chuyển gen vào protoplast bằng kỹ thuật vi tiêm: DNA được tiêm trực tiếp vào tế bào trần.
CÂU HỎI
Câu 1: Trình bày biến nạp di truyền vào tế bào thực vật.
Câu 2: Phân biệt phương pháp chuyển gen gián tiếp và chuyển gen gián tiếp ở thực vật?
Câu 3: Phân tích cấu tạo của Ti-plasmid?
Câu 4: Vì sao có thể sử dụng vi khuẩn A.tumerfaciens làm vector chuyển gen? Câu 5: Phân tích phương pháp chuyển gen bằng súng bắn gen?
Câu 6: Phân tích phương pháp chuyển gen bằng?
Chương 9. SẢN XUẤT CÁC CÂY SẠCH BỆNH VIRUS
Hầu hết các cây trồng nông -lâm nghiệp đều bị nhiễm các hệ thống gây bệnh như nấm, virus, vi khuẩn, mycoplasma và nematodes . Các tác nhân gây bệnh không phải luôn gây chết cây, nhưng nó thường xuyên làm giảm năng suất và chất lượng của cây trồng. Trong khi các tác nhân gây bệnh khác gần như luôn xâm nhiễm vào cơ thể thực vật qua nhân giống sinh dưỡng , thì các bệnh virus lại xuất hiện ở cả những cây trồng nhân giống bằng hạt cũng như nhân giống sinh dưỡng.
Mặc dù các cây trồng bị nhiễm bệnh vi khuẩn và nấm có thể phản ứng với việc xử lý các hợp chất diệt khuẩn (bactericidal) và diệt nấm (fungicidal), nhưng người ta chưa thể sản xuất ra các hợp chất thương mại diệt virus để chữa bệnh ch o các cây trồng nhiễm virus.
Có khoảng 600 loài virus ở thực vật đã được biết đến và trong số đó có ít nhất 80 loài có thể truyền qua hạt giống. Bệnh virus hại thực vật là một loại bệnh nguy hiểm, dễ lan truyền qua nhân vô tính (do tồn tại trong các bộ phận sống), qua môi giới truyền bệnh (các loại côn trùng như rệp, bọ phấn, nhện…), qua tiếp xúc cơ giới. Khác với các bệnh gây ra do nấm và vi khuẩn, virus là một bệnh không chữa được trong khi lại gây tổn thất rất lớn về năng suất, phẩm chất và lan truyền qua các thế hệ khi nhân giống vô tính, gây ra hiện tượng thoái hóa giống.
Để sản xuất cây sạch bệnh virus, thông thường người ta chọn ra một hoặc nhiều cây khỏe mạnh và sau đó nhân giống chúng bằng phương thức sinh dưỡng , tạo ra một quần thể cây khoẻ mạnh. Nhưng tại nơi mà quần thể của một dòng hoàn toàn bị nhiễm bệnh virus thì chỉ có cách thu được cây sạch bệnh thông qua nuôi cấy mô.
Các mô phân sinh đỉnh chồi, đỉnh rễ, và lá bao thứ nhất ở các cây bị nhiễm bệnh thường hoặc là sạch bệnh hoặc chứa nồng độ virus rất thấp . Tuy nhiên, nồng độ của virus trong cây tăng lên tương ứng với việc tăng khoảng cách tính từ các đ ỉnh phân sinh.
Theo Mathews (1970), Wang và Hu (1980) các lý do khác nhau để cho mô phân sinh không hoặc ít bị virus xâm nhiễm là:
- Virus di chuyển dễ dàng trong cơ thể thực vật thông qua hệ thống mạch dẫn là cấu trúc mà ở đỉnh phân sinh không có nên virus không thể xâm nhiễm.
- Hoạt động trao đổi chất cao trong quá trình phân chia của các tế bào phân sinh ngăn cản sự sao chép thông tin di truyền của virus
- Hệ thống vô hiệu hóa virus ở vùng mô phân sinh đỉnh mạnh hơn các vùng khác trong cây.
- Nồng độ auxin nội sinh cao ở trong các đỉnh chồ i có thể ức chế sinh sản c ủa virus.
Lý do đầu tiên được xem là lý do chủ yếu nhất.
Morel và Martin (1952) đã ứng dụng các kỹ thuật nuôi cấy mô để loại bỏ sự xâm nhiễm virus ở thực vật . Họ nuôi cấy các đỉnh phân sinh tách ra từ cây Dahlia bị nhiễm virus và thu được các cây sạch bệnh . Sau đó, các tiến bộ trong loại bỏ virus bằng kỹ thuật nuôi cấy mô đã được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp . Nuôi cấy đỉnh phân sinh cũng cho phép thu được các cây sạch những bệnh khác như bệnh viroid (dạng virus -tác nhân gây bệnh chỉ chứa một đoạn rất ngắn RNA ), mycoplasma, vi khuẩn, và nấm.
Một cách khác để tạo cây sạch virus là dùng các phương pháp chẩn đoán bệnh virus để thanh lọc các mẫu nhiễm bệnh trước khi đưa vào nuôi cấy, sử dụng biện pháp nhân nhanh in vitro để nhân nhanh mẫu bệnh.