IV. SỰ PHÂN LOẠI SINH GIỚ
2. Sinh học phân tử trong công nghiệp
Việc sản xuất ở quy mô công nghiệp nhiều sản phẩm cần cho đời sống là một h−ớng ứng dụng lớn của kĩ thuật gen. Trong h−ớng ứng dụng này, vi sinh vật đóng vai trò quan trọng nhất, mặc dù đôi khi tế bào động vật hay thực vật nuôi cấy cũng đ−ợc sử dụng để sản xuất một số chất đặc biệt (vaccin, kháng thể đơn dòng dùng trong y tế,…). Các sản phẩm của công nghệ vi sinh có thể là các hợp chất có phân tử l−ợng nhỏ nh− amino acid, vitamin, hoặc các hợp chất có phân tử l−ợng lớn nh− protein, polysaccharide, hay chính tế bào vi sinh (sinh khối). Một số quy trình sản xuất đã ra đời từ rất lâu và phát triển v−ợt bậc sau đó nhờ kỹ thuật gen, một số quy trình khác thì hoàn toàn mới vì chủ yếu bắt nguồn từ kỹ thuật nàỵ Khác với các ph−ơng pháp chọn giống cổ điển chỉ nhằm mục đích tăng năng suất sản phẩm, kỹ thuật gen còn cho phép tạo ra các sản phẩm mới mà ví dụ điển hình nhất là các loại kháng sinh thuộc nhóm isochromanequinonẹ Riêng các hoạt chất dùng để chữa bệnh đã đ−ợc đề cập trong ch−ơng tr−ớc nên sẽ không nhắc lại ở đâỵ
Trong quá trình tăng tr−ởng, vi sinh vật có thể sản xuất nhiều hợp chất cần thiết cho chúng với hàm l−ợng thấp nh− các vitamin, các amino acid,… hay một số sản phẩm chuyển hoá cuối cùng nh− ethanol, latic acid với hàm l−ợng cao,… các chất này đ−ợc gọi là các chất chuyển hoá sơ cấp. Một số chất khác đ−ợc tổng hợp sau khi quá trình tăng tr−ởng của vi sinh vật kết thúc và đ−ợc gọi là những chất chuyển hoá thứ cấp nh− kháng sinh, sắc tố,…
- Màu nhuộm chàm (indigo) dùng trong công nghiệp bắt đầu đ−ợc sản xuất từ vi khuẩn khi ng−ời ta chuyển gen mã hoá cho naphthalene dioxygenase từ Pseudomonas putida vào Ẹ coli ; Ẹ coli lúc bấy giờ có khả năng sản suất indigo từ nguyên liệu là tryptophan.
- Tr−ớc kia, vitamin C đ−ợc sản xuất từ glucose qua bốn giai đoạn hoá học và một giai đoạn vi sinh. Ngày nay, ng−ời ta đã đơn giản hoá đ−ợc quy trình tổng hợp, chỉ còn một giai đoạn hoá học và một giai đoạn vi sinh bằng cách chuyển gen mã hoá cho 2,5 – diketogluconic acid reductse từ Corynebacterium sang vi sinh vật dùng trong sản xuất Erwiniạ
2.2. Sản xuất các hợp chất phân tử l−ợng cao
ở đây, vai trò của kĩ thuật gen thấy rõ nhất trong côngnghệ sản xuất protein đặc biệt là các enzym . Trong một số tr−ờng hợp, kĩ thuật gen không những làm tăng năng suất mà còn giúp cải thiện chất l−ợng sản phẩm nh− tính ổn định với nhiệt độ, với pH, tăng tốc độ phản rứng và tính đặc hiệu cơ chất của các enzym … trong thực tế, nhiều quy trình sản xuất đã cho năng suất rất cao, khó có thể tăng hơn nhiều nên chính chính h−ớng thứ hai – cải thiện chất l−ợng sản phẩm – mới là mục đích chủ yếu của kĩ thuật gen ứng dụng trong công nghiệp.
- Tăng năng suất sản phẩm
- Cải thiện chất l−ợng của enzym: các enzym có giá trị th−ờng đ−ợc sử dụng trong các quy trình sản xuất công nghệ. Trong các quy trình này, hoạt động xúc tác của các enzym phải đạt mức tối −u; điều đó đòi hỏi ở enzym nhiều tính chất lí học, đặc biệt là tính bền vững đối với nhiều tác nhân của môi tr−ờng.
2.3. Tạo sinh khối
- Thuốc trừ sâu
Việc phát triển nông nghiệp trên thế giới đã dựa một phần rất lớn vào công nghiệp thuốc trừ sâu hoá học. Năng suất cây trồng tăng vọt đồng thời với tác nhân của các hoá chất này đối với sinh thái và sức khoẻ con ng−ờị Từ đó, việc phát hiện và sử dụng các nhân tố tự nhiên, các vi sinh vật có tính độc đối với sâu bệnh trở thành mối quân tâm hàng đầụ
Vi sinh vật đ−ợc sử dụng nhiều nhất là Bacillus thuringiensis có khả năng tạo tinh thể protein nội bào độc đối với côn trùng.
- Men “cái” hay môi tr−ờng khởi động (starterculture)
Trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa nh− pho mát, sữa chua,… men “cái” có ý nghĩa quyết định. Ngày nay, ng−ời ta chủ động cấy môi tr−ờng khởi động (men “cái”) bao gồm các tế bào vi khuẩn lên men lactic đã đông lạnh hay đông khô vào sữa tiệt trùng để thúc đẩy quá trình lên men.
- Protein đơn bào
Từ “protein đơn bào” (SCP – Single – Cell) dùng để chỉ các tế bào, dịch chiết protein hay các vi sinh vật đ−ợc nuôi cấy ở quy mô lớn dùng làm nguồn protein bổ sung cho thực phẩm của ng−ời và đặc biệt của gia súc. Thực tế hiện nay cho thấy
protein đơn bào không có ý nghĩa quan trọng nh− lúc mới đ−ợc khởi x−ớng vì nhiều nguyên nhân chính trị và xã hộị
2.4. Giải quyết ô nhiễm môi tr−ờng
Sự phát triển của công nghiệp và nông nghiệp kéo theo nhu cầu phân huỷ và chuyển hoá các chất thảị Ng−ời ta đã thành công trong việc chuyển gen mã hoá cho cellulase và hemicellulase từ Clostridium vào những loài Clostridium chịu nhiệt. Các vi sinh vật chuyển gen này sau đó đ−ợc sử dụng để chuyển hoá các chất thải và có chứa cellulose và hemicellulose hàm l−ợng cao thành ethanol, acetone, butanol, acetic acid và lactic acid.
để giải quyết ô nhiễm do hoá chất, ng−ời ta đã tạo ra những chủng vi khuẩn phân huỷ và hấp thụ nhiều chất thải của công nghiệp hoá, ví dụ: cá gen mã hoá các enzyme phân huỷ polychlorinated biphenyl đ−ợc chuyển vào bộ gen của gần 20 chủng Pseudomonas; các chủng này đ−ợc sử dụng sau đó để chuyển chất này thành chất vô hạị
Tế bào thực vật nuôi cấy cũng đ−ợc sử dụng trong sản xuất công nghiệp các chất nh− atropine, hyoscyaminẹ Tr−ớc hết, ng−ời ta nhiễm tế bào thực vật bằng vi khuẩn Agrobacterium rhizogenes. Các tế bào này sau đó sẽ trở nên thích ứng cho các thao tác chuyển gen.
Tế bào động vật thì đ−ợc sử dụng khi sản phẩm cuối cùng chỉ có hoạt tính sau khi đã trải qua những biến đổi sau dịch mã (glycosyl hoá, carboxyl hoá,…). Các tế bào procaryote không có những hệ thống biến đổi đó. Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của tế bào động vật nuôi cấy là sản xuất các hoạt chất chữa bệnh.