Chương 6. MỘT SỐ KỸ THUẬT TRONG SINH HỌC PHÂN TỬ, THÀNH TỰU VÀ TRIỂN VỌNG
6.2. Những thành tựu và triển vọng của sinh học phân tử
- Nguồn gốc sự sống: rRNA
- Cơ chế của bệnh ung thư: do virus gây nên, do tác động của tác nhân lí hoá.
rRNA → giải thích thuyết nội sinh
rRNA → vi khuẩn cổ, vi khuẩn thất, sinh vật nhân chuẩn
rRNA → RNA: Khuôn, chức năng như enzyme, tham gia dịch mã 6.2.2. Sinh học phân tử và tin sinh học (khoa học máy tính)
- Sử dụng công nghệ thông tin trong phân tích di truyền số lượng; sử dụng phần mềm Excel trong phân tích di truyền số lượng...phân lập gen, giải trình tự gen đều dùng phần mềm tin sinh học để xử lý số liệu trên phương tiện máy tính...
- Truy cập, tìm kiếm các dữ liệu liên quan đến sinh học, công nghệ sinh học đề qua các địa chỉ tìm kiếm của mạng internet...
6.2.3. Sinh học phân tử và y học
- Ứng dụng kỹ thuật sinh học phân tử trong chẩn đoán bất thường phôi thai, bệnh di truyền, bệnh ung thư
Các bất thường trên gene gây các bệnh nguy hiểm trong lúc mang thai. Bệnh di truyền và bệnh ung thư đã được chẩn đoán chính xác nhờ các kỹ thuật sinh học phân tử. Một số kỹ thuật gồm khuếch đại gene, giải trình tự gene, phân tích sự đa hình, phân tích nhiễm sắc thể, ... Các bệnh thường gặp gồm: bệnh Thalassemia, hội chứng Down, bệnh Hemophilia, đột biến ở các gene AZF gây hiếm muộn ở nam do mất khả năng sản sinh tinh trùng, đột biến ở gene egfr và kras dẫn đến sự kháng thuốc ở bệnh nhân ung thư dạ dày – tá tràng. Việc chẩn đoán này đã giúp hạn chế các trẻ sơ sinh bất thường, sàng lọc bệnh nhân ung thư kháng thuốc, tư vấn sinh con và hôn nhân, dự báo trước khả năng bị bệnh ở trẻ em trong gia đình của những người không may mang đột biến gene.
- Kỹ thuật sinh học phân tử trong giám định Pháp y: Các kỹ thuật sinh học phân tử đã được các nhà khoa học ứng dụng tốt vào giám định pháp y về xâm hại tình dục, dấu vết sinh học, xác định quan hệ huyết thống (bao gồm xác định hài cốt liệt sĩ).
- Thụ tinh nhân tạo: Sự hiếm muộn do nhiều nguyên nhân ở cả nam lẫn nữ. Nhờ sự can thiệp của công nghệ sinh học trong sinh sản gồm kỹ thuật thụ tinh trong ống nghiệm, vi tiêm tinh trùng vào trứng,... các nhà khoa học và bác sĩ đã mang lại hạnh phúc cho nhiều gia đình. Nhiều đứa trẻ Việt Nam đã được ra đời nhờ thụ tinh nhân tạo.
- Sản xuất thuốc đặc trị nhiễm virus: Interferon được biết đến như một nhân tố tự nhiên của cơ thể được các tế bào sản xuất ra để chống lại virus (ví dụ: virus viêm
105
gan C). Nhờ công nghệ protein tái tổ hợp, Interferon của người được sản xuất và đang từng bước được ứng dụng trên người. Ngoài ra, một số nhân tố kích thích tăng sinh tế bào tiền thân tạo máu (GM-CSF, M-CSF) cũng đã được thử nghiệm sản xuất nhờ công nghệ tái tổ hợp để ứng dụng giúp tăng sinh tế bào bạch cầu hạt sau điều trị ung thư máu.
- Ứng dụng tế bào gốc: Tế bào gốc là những tế bào có khả năng phân chia và biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau của cơ thể. Xét về giai đoạn phát triển của cơ thể, tế bào gốc gồm tế bào gốc phôi (các tế bào ban đầu khi phôi thai được hình thành) và tế bào gốc trưởng thành (các tế bào ở giai đoạn sau sinh). Các nguồn thu nhận tế bào gốc trưởng thành gồm tủy xương, máu ngoại vi, máu cuống rốn, và mỡ. Trong đó, mỡ là nguồn cho nhiều tế bào gốc nhất nên rất được chú ý hiện nay.
Tế bào gốc đang được ứng dụng để chữa các bệnh về máu. Hàng trăm ca ghép tế bào gốc máu ngoại vị đã được thực hiện trong cả nước. Bên cạnh đó, tế bào gốc từ mỡ và các sản phẩm từ tế bào gốc đang từng bước được ứng dụng lĩnh vực thẫm mỹ chăm sóc sắc đẹp và đã mang lại hiệu quả điều trị tích cực và được khách hàng đánh giá cao.
Mặc dù khoa học thế giới đã ứng dụng ồ ạt tế bào gốc vào nhiều lĩnh vực, chúng ta cần tiếp nhận có chọn lọc để tránh những tiêu cực do sự “thần thánh hóa’’ vai trò của tế bào gốc của nhiều người.
- Sản xuất cây dược liệu và thực phẩm chức năng: Việt Nam là nước giàu về tài nguyên dược liệu. Nhiều cây thuốc quý đã được sử dụng chữa bệnh từ rất lâu đời. Nhờ sự kết hợp với công nghệ sinh học trong thực vật, di truyền chọn giống, công nghệ cao trong canh tác, nhiều cây dược liệu đã được nhân và trồng đại trà. Rất nhiều loại thực phẩm chức năng có tính điều trị và phòng bệnh ra đời mang lại hiệu quả kinh tế cao và góp phần chăm sóc sức khỏe người dân. Đây là lĩnh vực kinh tế lớn rất được xã hội quan tâm phát triển trong tương lai.
6.2.4. Sinh học phân tử trong nông lâm ngư nghiệp
- Nghiên cứu đa hình (xác định quan hệ di truyền và bảo tồn nguồn gen) các giống vật nuôi cây trồng.
Nghiên cứu tính đa hình của 3 gen: PSTF1 gene, myogenin gene và heart fatty axit BP gene liên quan đến khả năng sinh trưởng, sự biệt hóa cơ và mỡ trong cơ: Phạm Thu Thủy và ctv (2003); Nguyễn Văn Anh (2005); Nguyễn Thu Thủy và ctv (2005).
- Sử du ̣ng DNA marker để phân tích di truyền trong chăn nuôi theo nhiều mu ̣c đích khác nhau:
+ Dùng dánh giá mức độ biến đô ̣ng di truyền trong mô ̣t quần thể vâ ̣t nuôi
+ Cho phép đánh giá sự khác biê ̣t di truyền giữa hai cá thể bố me ̣. Sự khác biệt càng lớn thì tibhs di ̣ hợp tử ở con càng cao
+ Theo dõi hiệu quả của một chương trình cho ̣n giống đi ̣nh hướng đối với mô ̣t alen đă ̣c biê ̣t.
Ví du ̣: Người ta đã xác đi ̣nh được locus Rπ qui định chất lượng thịt ở heo nằm trên nhiễm sác thể 15, cách marker S0088 18 cM (Milan và cộng sự, 1995)
- Tạo sinh vật chuyển gen:
+ Tạo động vâ ̣t chuyển gen: Động vật chuyển gen được sử du ̣ng vào nhiều mu ̣c đích khác nhau như: Làm mô hình thí nghiê ̣m cho viê ̣c nghiên cứu bê ̣nh ở người, sản xuất mô ̣t lượng lớn protein, ta ̣o chủng ma ̣ng những đặc tính quí
106
Ví dụ: Vào năm 2002, các nhà nghiên cứu của Công ty AviGenics và Khoa Di truyền của trường Ðại học Georgia ở Athens đã tìm ra một hệ thống vector ALV có giá trị hơn đối với việc tạo gà chuyển gen cũng như để phát triển cách nhận diện thế hệ sau chuyển gen một cách nhanh chóng với các phương pháp ít tốn công sức hơn. Họ đã sản xuất được 3 đàn gà mang gen chuyển (với hệ thống vetor ALV) hợp nhất, ổn định và đã truyền lại cho các thế hệ sau. Gần 5% gà trống sinh ra từ phôi vi tiêm được sử dụng để nhân giống. Các gà trống này đã truyền gen lại cho con cháu với tần số 1%.
Harvey và cộng sự (2002) thuộc trường Ðại học Georgia ở Athens đã đưa gen mã hoá enzyme beta-lactamase vi khuẩn vào trong phôi của gà Leghorn trắng. Khoảng 2% các phôi này đã sinh trưởng đến thành thục và đã biểu hiện enzyme beta-lactamase trong một số tế bào. Bước tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã cho lai các gà bình thường với các gà trống và gà mái đã biểu hiện beta-lactamase trong tinh trùng hay trong trứng của chúng. Thế hệ con sinh ra đã mang các bản sao của gen beta-lactamase ở trong tất cả các tế bào và các gà mái thế hệ con này đã đẻ ra các quả trứng mặc dù nhỏ nhưng có chứa beta-lactamase. Các gen chuyển ổn định trong gà. Mỗi gà mái chuyển gen có thể đẻ trứng chứa enzyme tối thiểu là 16 tháng và gen chuyển hoạt động chức năng tối thiểu qua 4 thế hệ gà mái.
+ Tạo thực vật chuyển gen: chuyển gen vào thực vâ ̣t là phương pháp đưa gen la ̣ có thể không phải là gen có nguồn gốc thực vâ ̣t vào cơ thể nhờ vector chuyển gen. Có
hai loại vector thường hay được sử du ̣ng là: virus thực vật và plasmid Ti. Các gen được chuyển thường liên quan đến các tính tra ̣ng như : tính kháng thuốc diê ̣t cỏ, virus và côn trù ng; tăng hàm lượng và chất lượng protein sản phẩm dùng làm thực phẩm cho người và gia súc; ta ̣o cây chuyển gen có khả năng sản xuất ra những loa ̣i protein mới;
tạo cây chuyển gen có những đă ̣c tính chi ̣u ha ̣n, chi ̣u mă ̣n, chi ̣u phèn...
6.2.5: Sinh học phân tử trong đời sống xã hội
Công nghệ mang tính cách mạng có tác động lớn đối với xã hội theo nhiều hướng khác nhau như hậu quả về kinh tế, xã hội và đạo đức.. Hơn nữa, do liên quan đến sự sống, nên nó có ảnh hưởng đến nhiều vấn đề nhạy cảm của xã hội. Ngay trong dự án bộ gen người, 5% được giành cho nghiên cứu những hậu quả kinh tế xã hội mà trọng tâm xoay hai vấn đề chính là đạo lí sinh học và an toàn sinh học.
Năm 1983, UNESCO đã thành lập ủy ban quốc tế về đạo lý sinh học IBC. Tổ chức này đã nêu ra các dự án, thu thập ý kiến để đi đến các luật lệ về đạo đức sinh học.
Ủy ban này tuyên bố rằng “Bộ gen người là tài sản chung của loài người”. Nó là đối tượng cần được bảo vệ và không ai có quyền sử dụng nó vào mục đích thương mại cũng như để phân biệt giữa người với người trên các đặc tính về di truyền. Ủy ban này kêu gọi các quốc gia cần theo dõi các nghiên cứu và có biện pháp bảo vệ con người.
Bên cạnh những đóng góp to lớn cho nhân loại, sự phát triển của di truyền học đồng thời gây không ít những điều đáng lo ngại. Thậm chí, có nơi trên thế giới có những nhà khoa học đề nghị trưng cầu dân ý để cấm các nghiên cứu di truyền học. Đa số cho rằng không thể caams, nhưng phải có những luật lệ để bảo vệ bộ gen, phù hợp với đạo lý.
Kĩ thuật di truyền ngay từ lúc ra đời đã làm nhiều nhà khoa học lo sợ. Trải qua quá trình phát triển 25 năm, nhiều vấn đền tâm lí – xã hội được đặt ra: tâm lí – xã hội và các thí nghiệm phi đạo lí.
- Các vấn đề tâm lí – xã hội: khi biết rõ về bộ gen người có nhiề vấn đề nảy sinh như (chẩn đoán sớm có ảnh hưởng xã hội như thế nào khi biết rằng một số người khỏe mạnh nhưng có mang gen bệnh. Việc biết trước này có ảnh hưởng đến tâm lí và hôn nhân trong tương lai của người đó không và con cái họ sẽ như thế nào. Khi biết trước
107
về bộ gen của mỗi người thì xã hội sẽ đối xử với họ như thế nào. Bảo hiểm nhân thọ sẽ ra sao? Trên thực tế ở Mĩ đã xảy ra tranh cãi về vấn đề này. Ngoài ra còn hàng loạt các vấn đề khác như các GMO,...
- Các vấn đề phi đạo lí: Vấn đề mà loài người lo sợ hơn cả là một số thí nghiệm tạo ra các sản phẩm không hoàn chỉnh mà xã hội phải chịu hậu quả hoặc vài cá nhân có thể lợi dụng kĩ thuật di truyền tạo ra các dạng sinh vật phi đạo lí. Điều này cần sớm ngăn chặn. Tuy nhiên, hiện vẫn còn nhiều tranh cãi và chưa có sự nhất trí.
- Liệu pháp gen: : Là sự đưa một hay nhiều gen chức năng vào tế bào người với mục tiêu điều chỉnh những rối loạn do khiếm khuyết di truyền.
- Tạo dòng con người: qua một thời gian dài, khi nghiên cứu sinh học sinh sản động vật có vú và chuyển gen các loài động vật có vú phát triển, có vẻ như khả năng tạo dòng một con người sẽ thực sự xảy ra vào một thời điểm nào đó trong tương lai.
Nhận thức này trở thành hiện thực năm 1997, khi cừu Dolly ra đời và tiếp sau là phát hiện tế bào gốc soma vào năm 1999. Hiện nay, không qúa cường điệu để tin rằng có thể tạo dòng con người. Vào thời điểm hiện nay, những nghiêm cấm luật pháp này phải có đủ hiệu lực ngăn chặn việc tạo dòng con người. Tuy nhiên, câu hỏi việc liệu dòng hóa con người có đáng để thực hiện không sẽ phải được hiair đáp.
* An toàn sinh học: Là sự bảo vệ con người, xã hội và môi trường khỏi các tác động có hại hoặc nguy hiểm đối với sức khỏe con người của thế hệ hôm nay và mai sau do các độc tố hay các sản phẩm của công nghệ gen. Nó đòi hỏi phải đánh giá mức độ an toàn của tất cả các biện pháp sử dụng như các tác nhân chẩn đoán và trị liệu; dị ghép cơ quan; các tác nhân bảo vệ cây trồng vật nuôi,...
Câu hỏi ôn tập
Câu 1: Phân lập gen là gì? Trình bày các phương pháp phân lập gen.
Câu 2: Phương pháp tách dòng dùng để làm gi? Trình bày các bước trong phương pháp tách dòng.
Câu 3: Ngân hàng hệ gen là gì? Trình bày các bước thiết lập và ứng dụng ngân hàng hệ gen
Câu 4: Ngân hàng cDNA là gì? Trình bày các bước thiết lập và ứng dụng của ngân hàng cDNA.
Câu 5: Trình bày đặc điểm của quá trình biểu hiện gen.
Câu 6: Phân tích thành tựu và ứng dụng của sinh học phân tử trong y học
Câu 7: Phân tích thành tựu và ứng dụng của sinh học phân tử trong nông – lâm – ngư nghiệp.
Câu 6: Phân tích thành tựu và ứng dụng của sinh học phân tử trong đời sống xã hội.