Sỳng bắn gen (Gene gun) lă một thiết bị sử dụng để đưa thụng tin di truyền văo tế băo, được thiết kế đầu tiớn cho biến nạp DNA ngoại lai văo tế băo thực vật vă được phõt triển văo đầu thập niớn 1980 do cõc nhă thực vật học ở éại học Corrnell cựng với cõc nhă nghiớn cứu ở Corrnell Nanofabrication Facility, Newyork, USA. Sỳng bắn gen được bõn trớn thị trường văo năm 1990. éạn sử dụng cho loại sỳng năy lă cõc hạt kim loại nặng cơ bản được bao bọc DNA. Tớn chớnh xõc vă đầy đủ của sỳng bắn gen lă hệ thống phđn phối hạt biolistics (biolistic particle delivery system) vă kỹ thuật năy thường được gọi một cõch đơn giản lă biolistics (sự kết hợp giữa hai thuật ngữ biology (sinh học) vă ballistics (sự bắn tung)). Mặc dự cú nhiều thiết kế kỹ thuật khõc nhau nhưng nguyớn lý chung của phương phõp năy lă sử dụng õp lực xung của khớ helium để gai tốc cõc hạt.
Hỡnh 2.20 : Sỳng bắn gen (Hờng Biorad)
Sỳng bắn gen bao gồm hai buồng bằng thĩp khụng gỉ, kớch thước 6“x7“x10“ nối với hai bơm chđn khụng. DNA ngoại lai được gắn văo cõc hạt tungsten cú đường kớnh rất nhỏ, khoảng 1μm (cõc kim loại năng khõc như văng vă bạc cũng được sử dụng nhưng khụng thường xuyớn do giõ cả đắt). Cõc hạt năy được đặt trớn một
cõi đĩa ở mặt bớn trong của sỳng. Sự bựng nổ khớ helium ở 1000psi lăm cho cõi đĩa bắn về phớa trước với tốc độ 1300 food/s, tương đương với tốc độ khi một viớn đạn rời khỏi nũng sỳng. Một tấm chắn lăm dừng đĩa lại vă cõc hạt văng hay tungsten được phúng về phớa cõc tế băo đớch. Chỳng xuyớn qua võch tế băo vă phúng thớch cõc phđn tử DNA (Hỡnh 2.21). Sỳng bắn gen sử dụng kỹ thuật DNA tõi tổ hợp để hợp nhất sự biểu hiện cõc gen đờ phđn phối. Cõc tế băo biến đổi di truyền cú thể được sử dụng để tạo thực vật bao gồm cả sự sửa đổi di truyền mong muốn ở trong tất cả cõc tế băo của chỳng (Voiland, 1999).
Hỡnh 2.21: Sơ đồ nguyớn lý hoạt động của sỳng bắn gen
Mục tiớu của sỳng bắn gen thường lă callus của cõc tế băo thực vật giống nhau sinh trưởng trong mụi trường gel trớn đĩa petri. Sau khi cõc hạt tungsten đờ va chạm văo đĩa, gel vă callus bị phõ vỡ nhiều. Tuy nhiớn một số tế băo khụng bị phõ vỡ khi va chạm mạnh
vă đờ tiếp nhận cõc hạt tungsten được bao bọc DNA vă cuối cựng cõc phđn tử DNA ngoại lai đờ xđm nhập vă hợp nhất văo nhiễm sắc thể thực vật. Cõc tế băo từ đĩa petri được tập hợp lại vă chọn lọc cõc tế băo đờ hợp nhất thănh cụng vă biểu hiện DNA ngoại lai bằng cõc kỹ thuật húa sinh hiện đại như sử dụng gen chọn lọc nối tiếp vă Northern blots.
Cõc tế băo đơn đờ chọn lọc từ callus cú thể được xử lý với một số hormone thực vật như auxin, gibberelin vă mỗi một tế băo cú thể phđn chia, biệt húa thănh cõc tế băo mụ, cơ quan, tế băo chuyớn húa của toăn bộ cđy. Cđy mới cú nguồn gốc từ một tế băo nảy mầm thănh cụng cú thể mang cõc đặc tớnh di truyền mới.
Hỡnh 2.22: Chuyển gen bằng sỳng bắn gen
Phương phõp năy cú ưu điểm lă thao tõc dễ dăng, cú thể chuyển gen văo nhiều loại tế băo vă mụ, cõc tế băo được biến nạp cú tỉ lệ sống sút cao, cho phĩp đưa cõc gen văo tế băo ở vị trớ mong muốn....Do vậy nú được sử dụng rộng rời trong nhiều lĩnh vực. Cõc ứng dụng của kỹ thuật bắn gen bao gồm
- Tạo thực vật chuyển gen: đđy lă phương phõp được sử dụng rộng rời nhất hiện nay trong lĩnh vực tạo ngũ cốc chuyển gen.
Bacillus thuringiensis lă loăi vi khuẩn tổng hợp ra protein crystal
(crys1Ab vă crys1Ac) cú khả năng giết một cõch chọn lọc cõc nhúm cụn trựng nhất định. Gen mờ hoõ protein crystal được gọi lă gen
Bt. Gen Bt đờ được bắn văo mụ sẹo của cđy ngũ cốc
(Rassmussen, 1994). Trong khi cõc tế băo năy sửa chữa tổn thương, DNA ngoại lai xđm nhập văo genome tế băo chủ. Vỡ vậy cho phĩp tế băo chủ phiớn mờ vă giải mờ gen Bt. Sau mỗi lần quõ trỡnh biến nạp được hoăn thănh người ta cũng tiến hănh săng lọc theo phương phõp truyền thống lă dựa trớn cơ sở cõc marker chọn lọc được xen văo DNA cấu trỳc (Brettschneider, 1997). Cõc marker chọn lọc mang tớnh khõng (khõng thuốc khõng sinh hay khõng thuốc diệt cỏ) như kanamycin lă một lă một trong những marker phổ biến nhất được sử dụng.
- Tiớm chủng vaccine di truyền: cõc gen được đưa văo cơ thể bằng sỳng bắn gen với mục đớch gđy ra phản ứng miễn dịch với protein biểu hiện bởi gen chuyển. Phương phõp tiớm chủng vaccine năy an toăn hơn cõc phương phõp khõc bởi vỡ chỉ DNA ngoại lai được đưa văo vă khụng cú cõc protein ngoại lai (Lin, 2000).
- Liệu phõp gen tự sõt (Suicide gene therapy): phương phõp bắn gen đờ được sử dụng trong điều trị bệnh ung thư. Một gen biểu hiện protein gđy độc cú promoter đặc hiệu khối u được đưa văo cõc tế băo khối u. Khi protein năy được biểu hiện thỡ tế băo khối u chết. Protein năy chỉ gđy độc đối với cõc tế băo khối u bởi vỡ promoter đặc hiệu cần cho sự biểu hiện chỉ được tạo ra trong cõc tế băo khối u (Lin, 2000).
- Sự điều biến miễn dịch (Immunomodulation): phương phõp năy cũn được sử dụng để chống lại ung thư. Sử dụng sỳng bắn gen, một protein chỉ biểu hiện trong tế băo khối u nhưng lăm cho phản ứng miễn dịch tăng lớn được đưa văo tế băo. Phản ứng miễn dịch tăng lớn nhắm văo cõc tế băo khối u vă hiển nhiớn gđy ra hiệu quả mong muốn (Lin,2000).
- Dược lý di truyền: sỳng bắn gen cú thể được sử dụng để đưa cõc gen tổng hợp protein hữu ớch hay protein liệu phõp văo cơ thể. Vớ dụ như cõc yếu tố đụng mõu ở cõc cơ thể rối loạn sự đụng mõu hoặc tăng sự tổng hợp hồng cầu trong cõc cơ thể thiếu mõu. Sự biểu hiện kĩo dăi của cõc gen đưa văo lă một vấn đề, trong nhiều trường hợp thường đũi hỏi sự phđn phối gen phức tạp (Lin, 2000).
- Sỳng bắn gen lă một cụng cụ nghiớn cứu: sỳng bắn gen cú thể được sử dụng để xen cõc promoter mă sẽ dẫn đến sự biểu hiện của
cõc gen nhất định. Hiệu quả khuyếch đại cõc protein nhất định lă một phương phõp cú giõ trị lớn đối với cõc nhă khoa học để nghiớn cứu chức năng của cõc protein năy (Lin, 2000).