CHẤT GÂY DỊ ỨNG
Hiện nay y học vẫn chưa tìm được phương pháp để điều trị bệnh dị ứng thực phẩm. Việc chữa trị bằng thuốc chỉ là điều trị triệu trứng. Lời khuyên tốt nhất đối với các bệnh nhân dị ứng thực phẩm là tránh các thức ăn có chứa nhân tố gây dị ứng nhưng điều đó rất khó vì những thực phẩm gây dị ứng như đậu phộng và đậu nành lại rất phổ biến. Hơn nữa, hai loại đậu này lại có giá trị dinh dưỡng cao về protein, lipid, carbohydrate, khoáng và vitamin.
Nhiều nhà nghiên cứu đã đưa ra các giải pháp khác nhau để giảm hay loại bỏ chất gây dị ứng trong thực phẩm như xử lý nhiệt, tìm chọn những giống có hàm lượng chất gây dị ứng thấp, vacine, phương pháp chuyển gen. Trong đó phương pháp chuyển gen được cho là phương pháp khả quan và thành công nhất để hạn chế hay loại bỏ các chất gây dị ứng trong các cây họ đậu.
5.1. Khái niệm chuyển gen
Chuyển gen (transgenesis) là đưa một đoạn DNA ngoại lai vào hệ gen 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. Vì vậy khái niệm chuyển gen chỉ được sử dụng cho thực vật và động vật. Nấm men, vi khuẩn và tế bào nuôi cấy mang một đoạn DNA ngoại lai được gọi là các tế bào tái tổ hợp (recombinant cell) hoặc tế bào biến nạp (transformed cell) [29,51].
Về mặt lịch sử, thuật ngữ GMO (genetically modified organism)-sinh vật biến đổi gen, được sử dụng chủ yếu để chỉ các thực vật chuyển gen được gieo trồng để cung cấp lương thực, thực phẩm cho con người và động vật. Logic hơn và chính xác hơn, GMO đề cập tới tất cả các cơ thể sống biến đổi di truyền, bao gồm cả vi sinh vật. Thuật ngữ GMP (genetically modified plant)-thực vật biến đổi gen và GMA (genetically modified animal) - động vật biến đổi gen cũng được sử dụng [29].
Trong thực tế, các đoạn DNA ngoại lai được sử dụng để tạo sinh vật chuyển gen hầu hết là các gen luôn có sẵn một trình tự phù hợp với một promoter làm cho nó biểu hiện thành RNA, nói tổng quát là protein [29].
Sản phẩm phiên mã của gen có thể là một RNA không được dịch mã thành protein. Ðây là trường hợp đối với RNA ngược hướng (antisense RNA), rybozyme và các gen được phiên mã bởi RNA polymerase I và III [29].
5.2. Khái niệm thực vật chuyển gen
Muốn tạo một sinh vật biến đổi gen (genetically modified organism-GMO) cần phải có phương pháp thích hợp để đưa DNA ngoại lai (foreign DNA) vào trong tế bào của chúng. Ở vi khuẩn, tế bào được xử lý bằng dung dịch muối calcium chloride. Ở tế bào nấm men, sự tiếp nhận DNA tăng lên khi tế bào tiếp xúc với lithium chloride hoặc lithium acetate. Tuy nhiên, đối với phần lớn sinh vật bậc cao cần phải có các phương pháp khác tinh vi hơn.
Chuyển gen ở thực vật đã phát triển cùng với sự phát triển của các kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thực vật. Nó đã trở thành phương tiện quan trọng để nghiên cứu cơ bản trong sinh học thực vật. Ngoài việc mở ra triển vọng chuyển các gen có ý nghĩa kinh tế vào cây trồng, các kỹ thuật này còn cho phép nghiên cứu cấu trúc và điều khiển hoạt động của gen.
Quá trình đưa một DNA ngoại lai vào genome (hệ gen) của một sinh vật được gọi là quá trình biến nạp (transformation). Những cây được biến nạp được gọi là cây biến đổi gen (genetically modified plant-GMP). Ứng dụng công nghệ gen trong công tác giống cây trồng hiện đại có rất nhiều ưu điểm, chẳng hạn như:
- Bằng việc biến nạp một hoặc một số gen có thể thu được cây mang một đặc tính mới xác định.
- Rào cản về loài không còn có tác dụng, vì không chỉ các gen từ thực vật mà còn từ vi khuẩn, nấm, động vật hoặc con người được chuyển thành công vào thực vật. Về nguyên tắc chỉ thay đổi vùng điều khiển gen, promoter và terminator. Tuy nhiên, trong một số trường hợp đòi hỏi những thay đổi tiếp theo như sự phù hợp codon.
- Những đặc điểm không mong muốn của thực vật. Chẳng hạn, sự tổng hợp các chất độc hoặc chất gây dị ứng có thể được loại trừ bằng công nghệ gen.
- Thực vật biến đổi gen có thể là lò phản ứng sinh học (bioreactor) sản xuất hiệu quả các protein và các chất cần thiết dùng trong dược phẩm và thực phẩm..
- Mở ra khả năng nghiên cứu chức năng của gen trong quá trình phát triển của thực vật và các quá trình sinh học khác. Vì vậy, thực vật biến đổi gen có ý nghĩa trong nghiên cứu cơ bản.
- Trong lai tạo giống hiện đại, công nghệ gen giúp làm giảm sự mâu thuẫn giữa kinh tế và môi trường sinh thái. Bằng việc sử dụng cây trồng kháng thuốc diệt cỏ có thể giảm được lượng thuốc bảo vệ thực vật.
5.3. Một số nguyên tắc cơ bản trong chuyển gen5.3.1. Một số nguyên tắc sinh học 5.3.1. Một số nguyên tắc sinh học
Khi đặt ra mục đích và thực hiện thí nghiệm chuyển gen cần chú ý một số vấn đề sinh học ảnh hưởng đến quá trình chuyển gen như sau:
Các cây khác nhau có phản ứng không giống nhau với sự xâm nhập của một gen ngoại lai.
Cây biến nạp chỉ có thể tái sinh từ các tế bào có khả năng tái sinh và khả năng thu nhận gen biến nạp vào genome.
Mô thực vật là hỗn hợp các quần thể tế bào có khả năng khác nhau. Cần xem xét một số vấn đề như: chỉ có một số ít tế bào có khả năng biến nạp và tái sinh cây. Ở các tế bào khác có hai trường hợp có thể xảy ra: một số tế bào nếu được tạo điều kiện phù hợp thì trở nên có khả năng, một số khác hoàn toàn không có khả năng biến nạp và tái sinh cây.
Thành phần của các quần thể tế bào được xác định bởi loài, kiểu gen, từng cơ quan, từng giai đoạn phát triển của mô và cơ quan.
Thành tế bào ngăn cản sự xâm nhập của DNA ngoại lai. Vì thế, cho đến nay chỉ có thể chuyển gen vào tế bào có thành cellulose thông qua Agrobacterium, virus và bắn gen hoặc phải phá bỏ thành tế bào để chuyển gen bằng phương pháp xung điện, siêu âm và vi tiêm.
Khả năng xâm nhập ổn định của gen vào genome không tỷ lệ với sự biểu hiện tạm thời của gen.
Các DNA (trừ virus) khi xâm nhập vào genome của tế bào vật chủ chưa đảm bảo là đã liên kết ổn định với genome.
Các DNA (trừ virus) không chuyển từ tế bào này sang tế bào kia, nó chỉ ở nơi mà nó được đưa vào.Trong khi đó, DNA của virus khi xâm nhập vào genom cây chủ lại không liên kết với genome mà chuyển từ tế bào này sang tế bào khác ngoại trừ mô phân sinh (meristem).
5.4. Liệu pháp gen đối với đậu phộng:
5.4.1. Cơ chế loại bỏ chất gây dị ứng trong đậu phộng bằng liệu pháp gen:
Đường đi của dòng thông tin di trưyền thường là từ DNA phiên mã tạo thành mRNA , sau đó mRNA dịch mã tạo thành protein. Ví dụ trong trường hợp của Ara h 1, hệ gen gồm 2275 bp được phiên mã thành mRNA vơi 1875 bp , sau đó dịch mã thành protein Ara h 1 có 636 acid amin.
Như vậy để có thể loại chất gây dị ứng trong đậu phộng ta có thể tác động vào đường đi của dòng thông tin di truyền. Chẳng hạn, để loại bỏ Ara h 1 ta có thể tác động ở tại quá trình phiên mã (còn gọi là điều hòa phiên mã) hay sau quá trình phiên mã (còn gọi là điều hòa sau phiên mã). Điều hòa sau phiên mã thì thích hợp để điều hòa chất dị ứng trong đậu phộng vì tính đặc hiệu của nó đối với sự phân hủy mRNA.
Gen chất gây dị ứng sau khi được biến đổi sẽ được biến nạp vào tế bào thực vật thông qua vectơ chuyển gen. Bên trong tế bào, quá trình phiên mã từ gen chuyển sẽ tạo thành các RNA mạch kép (double-stranded RNA- dsRNA).
RNA mạch kép sau đó sẽ bị cắt thành các RNA mạch kép ngắn từ 21-25 nucleotide (siRNA) bởi một enzyme cắt giữa đoạn gọi là Dicer (Dicer là một ribonucelase thuộc họ RNAse III).
Một mạch đơn của siRNA sẽ gắn với RISC (RNA-induced silencing complex)- một loại nucleoprotein- tạo thành phức hợp siRNA-RISC. Dưới sự hướng dẫn của siRNA, phức hợp này sẽ ngăn ngừa các mạch kép siRNA nối lại với nhau. Đồng thời khi tìm thấy mạch mRNA đích nó sẽ kích hoạt enzyme RNAse và cắt nhỏ mRNA đích. Khi mRNA bị phá hủy quá trình dịch mã sẽ không thể diễn ra và protein do nó tổng hợp cũng không thể tạo thành.
Hình 5.1: Sơ đồ mô tả đường đi của dòng thông tin trong việc hình thành Ara h 1 a) Đường đi của dòng thông tin từ DNARNA protein Ara h 1