Đang tải... (xem toàn văn)
Theo chiều dài lịch sử, khi những kiến thức về lĩnh vực sinh học và khoa học công nghệ xuất hiện, sự trau dồi qua từng năm tạo tiền đề cho công nghệ sinh học hình thành và phát triển. Công nghệ sinh học là một trong những công nghệ tiên tiến mà các nước đang đầu tư, nhằm để đạt được sự phát triển bền vững trong thế kỷ này. Công nghệ sinh học trải qua nhiều cuộc cách mạng, để lại nhiều thành tựu to lớn và một trong số đó đã được ứng dụng vào thực tiễn cuộc sống.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ NGUYỄN ANH TÚ 18150381 CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG ĐỜI SỐNG HIỆN NAY: MỘT BÀI TỔNG QUAN NGẮN Thành phố Hồ Chí Minh, 2021 LÊ NGUYỄN ANH TÚ 27/04/2021 Theo chiều dài lịch sử, kiến thức lĩnh vực sinh học khoa học công nghệ xuất hiện, trau dồi qua năm tạo tiền đề cho công nghệ sinh học hình thành phát triển Cơng nghệ sinh học công nghệ tiên tiến mà nước đầu tư, nhằm để đạt phát triển bền vững kỷ [1] Công nghệ sinh học trải qua nhiều cách mạng, để lại nhiều thành tựu to lớn số ứng dụng vào thực tiễn sống GMO/chỉnh sửa gen bước tiến lớn khoa học công nghệ đại, chúng mang lại nhiều lợi ích nhiều lĩnh vực cho người tương lai Tạo sinh vật biến đổi gen (GMO), mục đích cung cấp sinh vật mục tiêu có đặc điểm cách sử dụng kỹ thuật công nghệ sinh học [25] Bên cạnh lợi ích, chúng ln kèm với rủi ro, ví dụ thực phẩm có nguồn gốc từ GMO tăng độc tính gây nhiều tác dụng phụ [15] Đó rủi ro gây tranh cãi GMO Từ đó, cho rằng, hầu hết quan tâm tranh luận công chúng tạo tiềm y học việc chỉnh sửa gen, có sở hy vọng đóng góp quan trọng nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản sản xuất thực phẩm [3, 4] Thế nên, công ty đa quốc gia phải đảm bảo nguồn cung cấp đáng tin cậy hạt giống [15] Cần có nghiên cứu sâu để đánh giá xem chấp nhận người tiêu dùng trồng biến đổi gen liệu chuyên gia có ý kiến cơng nghệ này, sử dụng để hỗ trợ kiểm sốt thực phẩm tốt hay khơng [11] Tất công nghệ gắn liền với rủi ro lợi ích, cơng nghệ áp dụng phân tích LÊ NGUYỄN ANH TÚ 27/04/2021 riêng mặt rủi ro [26] Tại thời điểm tại, khơng có tiêu chuẩn quốc tế để đánh giá lợi ích tiềm liên quan đến việc phát hành sinh vật GMO mới, nhiều quốc gia, phân tích rủi ro - lợi ích trở thành phần khơng thể thiếu khuôn khổ quy định GMO [15] Do đó, GMO nên quan tâm kiểm sốt chặt chẽ chúng thật cần thiết cho phát triển nhân loại đặt dấu mốc quan trọng khoa học công nghệ Với tiềm đầy hứa hẹn lợi ích đem lại, kỹ thuật chỉnh sửa gen hay sản phẩm GMO sử dụng rộng rãi nghiên cứu sinh học dần áp dụng vào thực tiễn đời sống Các công cụ kỹ thuật gen nhanh chóng phát triển suốt thập kỷ qua, nhóm nghiên cứu sử dụng thường xuyên ứng dụng rộng rãi, có tác động to lớn đến nghiên cứu khoa học đời sống bản, y học nông nghiệp [10] Nông nghiệp hưởng lợi từ công nghệ khoa học thông qua việc áp dụng chất hóa học, giống cải tiến máy móc, thiết bị [11] Ví dụ chỉnh sửa qua trung gian CRISPR/Cas9 cách chèn thay gen sử dụng để tạo lúa kháng thuốc trừ cỏ [9] Hiện nay, có số phương pháp tiếp cận áp dụng điều trị, bao gồm liệu pháp gen, phát triển cho bệnh nhân mắc bệnh khó chữa, chẳng hạn ung thư Trong tương lai gần, bệnh nhân điều trị liệu pháp dựa chỉnh sửa gen, từ nhận tiềm y học tiến khoa học chỉnh sửa gen [5] Nhiều thử nghiệm đầy hứa hẹn tiến hành để điều tra khả ứng dụng lâm sàng khả việc chỉnh sửa gen in vivo để LÊ NGUYỄN ANH TÚ 27/04/2021 đạt phương pháp chữa khỏi vĩnh viễn cho số bệnh định [12] Những đột biến thường xảy ngẫu nhiên, có nhiều loại biến dị khơng phát sinh giống lồi đó, chương trình chỉnh sửa gen cần thiết để đưa alen mong muốn vào thể [30] Có thể nói, việc ứng dụng chỉnh sửa gen sản phẩm GMO vào thực tiễn sở cho phát triển nhân loại tương lai, tạo tiền đề phát triển kế thừa cho thành tựu khoa học sau Theo nhịp phát triển ứng dụng mạnh mẽ công nghệ sinh học vào thực tiễn, với kỹ thuật chỉnh sửa gen, kỹ thuật giải trình tự gen hệ (Next generation sequencing - NGS) có thành tựu định ý đến nhiều Giải trình tự gen hệ sử dụng rộng rãi phịng thí nghiệm chẩn đốn nghiên cứu, ngày áp dụng nhiều lĩnh vực khác [29], đặc biệt ung thư [17, 22] Trong nghiên cứu ung thư, việc xác định đột biến khiến khối u phát triển cho phép việc lựa chọn liệu pháp điều trị tối ưu hóa, cách sử dụng liệu pháp nhắm mục tiêu chống lại đột biến cụ thể, chiến lược cần thiết để giành chiến thắng chiến bệnh nhân [20] Ngay lĩnh vực bệnh di truyền, ứng dụng NGS vào nghiên cứu bệnh tật chuyển đổi mơ hình nghiên cứu y sinh học dẫn đến mở rộng đáng kể lĩnh vực nghiên cứu di truyền liên quan đến bệnh/tính trạng [28] Các phương pháp chẩn đoán NGS cải thiện đáng kể khả chẩn đoán bệnh gặp trở thành công cụ xét nghiệm di truyền bậc cho số nhóm bệnh, làm giảm phụ thuộc hệ thống y tế quốc gia hay hợp tác xuyên biên LÊ NGUYỄN ANH TÚ 27/04/2021 giới [27] Ta thấy, NGS cơng nghệ đột phá mở hội cho y sinh học, áp dụng công nghệ NGS vào thực tiễn cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu ngày tăng y học xác Kỹ thuật trao đổi chất (Metabolic engineering) bước tiến lớn việc sản xuất có hiệu hợp chất tự nhiên hay phi tự nhiên thông qua chủng vi sinh vật khác Sự phụ thuộc nhiều vào nguồn tài nguyên tái tạo gây vấn đề mơi trường biến đổi khí hậu, thúc giục hướng tới sản xuất hóa chất vật liệu dựa tảng sinh học từ nguồn tài nguyên tái tạo [7] Sản xuất hóa chất dựa sở sinh học, từ sản xuất hàng loạt vật liệu nhiên liệu, đặc biệt dược phẩm, hương liệu, mỹ phẩm nhiều loại khác, có nhu cầu cao kinh tế sinh học nhằm mục đích thay quy trình tương tự bền vững từ ngành cơng nghiệp hóa chất phụ thuộc vào tài ngun khống sản [18] Ví dụ đường tổng hợp isobutanol từ pyruvate biểu E.coli biểu gen ilvIHCD sản xuất tăng gấp lần so với chủng không biểu mức ilvIHCD [24] Connor Liao báo cáo ilvIHCD E.coli sản xuất 3-metyl-1-butanol Sau này, Connor Liao cải thiện việc sản xuất 3metyl-1-butanol cách chiến lược gây đột biến mà trước sử dụng để sinh tổng hợp axit amin [6] Trong nghiên cứu này, trình gây đột biến ngẫu nhiên thực với chất gây đột biến N-methyl-N′-nitrosoguanidine [6] Một ví dụ khác việc sản xuất hemoglobin người cải thiện đáng kể nhờ kỹ thuật trao đổi chất sinh tổng hợp heme Saccharomyces cerevisiae [14] Do đó, kỹ thuật trao đổi chất công cụ chiến LÊ NGUYỄN ANH TÚ 27/04/2021 lược tương lai việc xây dựng nhà máy tế bào sống sinh tổng hợp hợp chất theo nhu cầu người Một số thành tựu khoa học ứng dụng thực tiễn sống cảm biến nói chung cảm biến sinh học nói riêng Theo đó, cảm biến sinh học thiết bị đo lường phản ứng sinh học hóa học cách tạo tín hiệu theo tỷ lệ đến nồng độ chất phân tích phản ứng [16] Cảm biến sinh học sử dụng chất đánh dấu Bằng phương pháp OnCELISA, lựa chọn tế bào phóng thích cytokine cao bệnh lý phức tạp, chúng có giá trị liệu pháp tế bào tương lai cách sử dụng tế bào chọn để tối ưu hóa đặc tính cụ thể chúng [13] Cảm biến sinh học quang học kỳ vọng trở nên quan trọng lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, y sinh dược phẩm sinh học ngành [8] Cùng với đời công cụ thiết bị gắn cảm biến nhằm mục đích theo dõi sức khỏe Các cơng cụ đột phá thiết bị đeo cổ tay đeo ngực cho phép theo dõi sinh lý liên tục không xâm lấn thể [19, 21] Cùng với phát triển mạnh mẽ lĩnh vực y học, y học xác nhiều quan tâm từ cộng đồng nhà nghiên cứu Cảm biến sinh học in vivo nhận phản ứng với kích thích tế bào cụ thể [23] Cảm biến sinh học có tiềm lớn việc chẩn đoán, theo dõi, quản lý điều trị nhiều loại bệnh tật, đặc biệt ung thư Cảm biến sinh học điện hóa định vị sử dụng cơng cụ chẩn đốn để phát dấu hiệu khối u, ung thư tuyến tiền liệt phân tích lâm sàng [2] Từ đó, cảm biến sinh học cho ta thấy nhiều tiềm năng, chúng ứng dụng vào thực tế đời sống nhiều tương lai LÊ NGUYỄN ANH TÚ 27/04/2021 Tóm lại, cơng nghệ sinh học phần quan trọng đời sống người Thông qua việc thay lao động thủ công, kỹ thuật thông thường, công nghệ sinh học ngày cải thiện đời sống người Những kỹ thuật số nhiều thành tựu mà công nghệ sinh học mang lại Việc kế thừa phát huy thành tựu tiền đề cho phát triển người tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] S K Aghmiuni, S Siyal, Q Wang, and Y Duan, "Assessment of factors affecting innovation policy in biotechnology," Journal of Innovation & Knowledge, vol 5, no 3, pp 180-190, 2020 [2] Z Akbari jonous, J S Shayeh, F Yazdian, A Yadegari, M Hashemi, and M Omidi, "An electrochemical biosensor for prostate cancer biomarker detection using graphene oxide– gold nanostructures," Engineering in Life Sciences, vol 19, no 3, pp 206-216, 2019 [3] R Barrangou and J A Doudna, "Applications of CRISPR technologies in research and beyond," Nature biotechnology, vol 34, no 9, pp 933-941, 2016 [4] K Belhaj, A Chaparro-Garcia, S Kamoun, and V Nekrasov, "Plant genome editing made easy: targeted mutagenesis in model and crop plants using the CRISPR/Cas system," Plant methods, vol 9, no 1, pp 1-10, 2013 [5] F S Collins and S Gottlieb, "The next phase of human genetherapy oversight," New England Journal of Medicine, vol 379, no 15, pp 1393-1395, 2018 LÊ NGUYỄN ANH TÚ [6] 27/04/2021 M R Connor, A F Cann, and J C Liao, "3-Methyl-1-butanol production in Escherichia coli: random mutagenesis and twophase fermentation," Applied microbiology and biotechnology, vol 86, no 4, pp 1155-1164, 2010 [7] T U Chae et al., "Metabolic engineering for the production of dicarboxylic acids and diamines," Metabolic engineering, vol 58, pp 2-16, 2020 [8] P Damborský, J Švitel, and J Katrlík, "Optical biosensors," Essays in biochemistry, vol 60, no 1, pp 91-100, 2016 [9] M Endo, M Mikami, and S Toki, "Biallelic gene targeting in rice," Plant physiology, vol 170, no 2, pp 667-677, 2016 [10] K Hua et al., "Perspectives on the application of genomeediting technologies in crop breeding," Molecular plant, vol 12, no 8, pp 1047-1059, 2019 [11] R Lassoued, D M Macall, H Hesseln, P W Phillips, and S J Smyth, "Benefits of genome-edited crops: expert opinion," Transgenic research, vol 28, no 2, pp 247-256, 2019 [12] J Lee, D Bayarsaikhan, G Bayarsaikhan, J.-S Kim, E Schwarzbach, and B Lee, "Recent advances in genome editing of stem cells for drug discovery and therapeutic application," Pharmacology & therapeutics, vol 209, p 107501, 2020 [13] G Liu et al., "A nanoparticle-based affinity sensor that identifies and selects highly cytokine-secreting cells," Iscience, vol 20, pp 137-147, 2019 [14] L Liu, J L Martínez, Z Liu, D Petranovic, and J Nielsen, "Balanced globin protein expression and heme biosynthesis improve production of human hemoglobin in Saccharomyces cerevisiae," Metabolic engineering, vol 21, pp 9-16, 2014 LÊ NGUYỄN ANH TÚ 27/04/2021 [15] E J Morris, "A semi-quantitative approach to GMO riskbenefit analysis," Transgenic research, vol 20, no 5, pp 1055-1071, 2011 [16] B Nikhil, J Pawan, F Nello, and E Pedro, "Introduction to biosensors," Essays in Biochemistry, vol 60, no 1, pp 1-8, 2016 [17] S B Ng et al., "Exome sequencing identifies MLL2 mutations as a cause of Kabuki syndrome," Nature genetics, vol 42, no 9, pp 790-793, 2010 [18] I Otero-Muras and P Carbonell, "Automated engineering of synthetic metabolic pathways for efficient association to reaction rules biomanufacturing," Metabolic Engineering, 2020 [19] J Palix, M Akselrod, C Cungi, F Giuliani, and J Favrod, "Changes in heart rate variability recorded in natural situation with t-shirt integrated sensors and level of observed behavioral excitation: a pilot study of patients with intellectual disabilities and psychiatric disorders," Frontiers in psychiatry, vol 8, p 4, 2017 [20] M Palmieri et al., "Two‐point‐NGS analysis of cancer genes in cell‐free DNA of metastatic cancer patients," Cancer medicine, vol 9, no 6, pp 2052-2061, 2020 [21] R Paradiso, T Faetti, and S Werner, "Wearable monitoring systems for psychological and physiological state assessment in a naturalistic environment," in 2011 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2011: IEEE, pp 2250-2253 LÊ NGUYỄN ANH TÚ 27/04/2021 [22] K Robison, "Application of second-generation sequencing to cancer genomics," Briefings in bioinformatics, vol 11, no 5, pp 524-534, 2010 [23] S Shi, E L Ang, and H Zhao, "In vivo biosensors: mechanisms, development, and applications," Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, vol 45, no 7, pp 491-516, 2018 [24] Y Tashiro, G M Rodriguez, and S Atsumi, "2-Keto acids based biosynthesis chemicals," Journal pathways of for renewable Industrial fuels Microbiology and and Biotechnology, vol 42, no 3, pp 361-373, 2015 [25] T Tengs et al., "Characterization of unknown genetic modifications using high throughput sequencing and computational subtraction," BMC biotechnology, vol 9, no 1, pp 1-6, 2009 [26] A L Van Eenennaam, "GMOs in animal agriculture: time to consider both costs and benefits in regulatory evaluations," Journal of animal science and biotechnology, vol 4, no 1, pp 1-14, 2013 [27] M Vinkšel, K Writzl, A Maver, and B Peterlin, "Improving diagnostics of rare genetic diseases with NGS approaches," Journal of Community Genetics, pp 1-10, 2021 [28] J Xia, Q Wang, P Jia, B Wang, W Pao, and Z Zhao, "NGS catalog: a database of next generation sequencing studies in humans," Human mutation, vol 33, no 6, pp E2341-E2355, 2012 [29] G Zamperin et al., "Sequencing of animal viruses: quality data assurance for NGS bioinformatics," Virology journal, vol 16, no 1, pp 1-13, 2019 10 LÊ NGUYỄN ANH TÚ 27/04/2021 [30] Y Zhang, K Massel, I D Godwin, and C Gao, "Applications and potential of genome editing in crop improvement," Genome biology, vol 19, no 1, pp 1-11, 2018 11 ... lịch sử, kiến thức lĩnh vực sinh học khoa học công nghệ xuất hiện, trau dồi qua năm tạo tiền đề cho công nghệ sinh học hình thành phát triển Cơng nghệ sinh học công nghệ tiên tiến mà nước đầu... Thông qua việc thay lao động thủ công, kỹ thuật thông thường, công nghệ sinh học ngày cải thiện đời sống người Những kỹ thuật số nhiều thành tựu mà công nghệ sinh học mang lại Việc kế thừa phát... đó, cảm biến sinh học cho ta thấy nhiều tiềm năng, chúng ứng dụng vào thực tế đời sống nhiều tương lai LÊ NGUYỄN ANH TÚ 27/04/2021 Tóm lại, cơng nghệ sinh học phần quan trọng đời sống người Thông