Đang tải... (xem toàn văn)
3 2 Ứng dụng của kĩ thuật di truyền ỨNG DỤNG KỸ THUẬT DI TRUYỀN TRONG SẢN XUẤT CÁC HỢP CHẤT SINH HỌC NỘI DUNG 1 Giới thiệu 2 Nguyên lí kỹ thuật di truyền 3 Phân loại 4 Ứng dụng kĩ thuật di truyền sản.Kỹ thuật di truyền có khả năng chữa lành các bệnh di truyền bằng cách hoán đổi gen bị lỗi với một gen còn hoạt động Những thực vật, động vật, hoặc vi sinh vật được thay đổi gen qua kỹ thuật di truyền được gọi là sinh vật biến đổi gen hoặc GMOs.
ỨNG DỤNG KỸ THUẬT DI TRUYỀN TRONG SẢN XUẤT CÁC HỢP CHẤT SINH HỌC NỘI DUNG Giới thiệu Nguyên lí kỹ thuật di truyền Phân loại Ứng dụng kĩ thuật di truyền sản xuất hợp chất sinh học Tính đạo đức Kết luận Giới thiệu Khái niệm kỹ thuật di truyền hay kỹ thuật gen: là thao tác thay đổi gen bằng cơng nghệ sinh học Nó bao gồm các phương pháp kỹ thuật dùng để thay đổi nhân tố di truyền tế bào, bao gồm dịch chuyển gen loài khác loài để tạo sinh vật hoàn hảo Giới thiệu • Kỹ thuật di truyền có khả chữa lành các bệnh di truyền bằng cách hoán đổi gen bị lỗi với gen cịn hoạt động • Những thực vật, động vật, vi sinh vật thay đổi gen qua kỹ thuật di truyền gọi là sinh vật biến đổi gen hoặc GMOs Giới thiệu - GMO là vi khuẩn tạo bởi Herbert Boyer và Stanley Cohen vào năm 1973 - Kỹ thuật di truyền áp dụng nhiều lĩnh vực khác bao gồm nghiên cứu, y học, công nghệ sinh học, nông nghiệp Nguyên lý kỹ thuật di truyền 2.1 Các yếu tố cần thiết 2.1.1 Chuẩn bị gen mục tiêu • Tách chiết DNA tổng số (DNA gene) • Tách chiết DNA plasmid • Tách chiết RNA • Kiểm tra độ tinh sản phẩm điện di quang phổ • Tổng hợp nhân tạo oligonucleotide Nguyên lý kỹ thuật di truyền 2.1.2 Các enzyme sử dụng kỹ thuật di truyền Nguyên lý kỹ thuật di truyền 2.1.3 Vector tách dòng Nguyên lý kỹ thuật di truyền 2.1.4 Vector biểu 2.1.5 Các hệ thống biểu gen: - Tế bào vi khuẩn - Baculovirus nuôi tế bào côn trùng - Tế bào nấm men - Tế bào động vật bậc cao Nguyên lý kỹ thuật di truyền 2.2 Các ngun tắc Ngun tắc chọn vector tách dịng: • DNA insert từ prokaryote: plasmid, phage, cosmid • DNA insert từ sinh vật bậc cao: NST nấm men nhân tạo, virus,… Kỹ thuật biến nạp: bắn gen, vi tiêm, xung điện, sốc nhiệt, sử dụng PEG… Kỹ thuật chọn lọc dòng tế bào tái tổ hợp: • Chọn lọc thị kháng sinh • Chọn lọc thị màu • Chọn lọc phương pháp lai phân tử 4.4 Đối với trồng 4.4.1 Lúa gạo - Nghiên cứu Arabidopsis IRT1 (AtIRT1) giống Medicago Sativa, Nodulin 12B dịng gạo NFP có hàm lượng sắt cao phát triển nicotianmine tổng hợp (AtNAS1) cho dòng lúa chuyển gen biểu AtIRT1 tăng đáng kể lượng sắt kết hợp với NAS Ferritin làm tăng lượng sắt lên 9,6 µg/g DW hạt bóng, cao gấp 2,2 lần so với dòng NFP - Các hạt dịng AtIRT1 tích lũy nhiều đồng kẽm khơng có mangan Kết quả: biểu phối hợp AtIRT1 , AtNAS1 PvFERRITIN làm tăng sắt hạt gạo đánh bóng chưa đánh bóng Do đó, AtIRT1 chất vận chuyển có giá trị cho chương trình lọc sinh học sắt sử dụng kết hợp với gen khác mã hóa chất vận chuyển sắt protein dự trữ 4.4 Đối với trồng 4.4.1 Lúa gạo Tăng cường dự trữ sắt gạo Hàm lượng sắt hạt, rễ dòng biểu AtIRT1 Nồng độ đồng, kẽm mangan hạt AtIRT1 thể dòng chuyển gen 4.4 Đối với trồng 4.4.1 Lúa gạo Sử dụng công nghệ RNAi hàm lượng Phytate gạo • Trong hầu hết nhóm lương thực, khoảng 80% tổng lượng axit phytic tích lũy aleurone Axit phytic tích tụ dạng muối hỗn hợp gọi phytate • Phytate có ion mang điện tích âm, làm cho trở thành chất chelat hóa trị mạnh cation hóa trị hai Fe Zn 2+ , Ca 2+ 2+ , 2+ Mg làm giảm hoạt tính khống chất Con đường chuyển hóa axit phytic gạo 4.4 Đối với trồng 4.4.1 Lúa gạo Sử dụng công nghệ RNAi hàm lượng Phytate gạo • Giảm 3,85 lần hàm lượng enzyme IPK1 hạt chuyển gen → giảm phytate tăng phosphate vô • Tích lũy sắt gấp 1,8 lần nội nhũ mà không cản trở tăng trưởng phát triển lúa chuyển gen • Nồng độ acid phytic giảm 46,2% can thiệp RNAi gây bất hoạt gen chất tương đồng ITPK gạo Khitish Indica tích lũy sắt hạt giống tăng 1,3 lần, kẽm gấp 1,6 lần gấp 3,2 lần sinh khả dụng Pi Hình thái hạt tìm thấy gạo đối chứng (không biến đổi gen) gạo bổ sung dinh dưỡng sinh học (gạo nhiều sắt) sử dụng kĩ thuật can thiệp RNA 4.4 Đối với trồng 4.4.1 Lúa gạo Con đường sinh tổng hợp Gạo vàng 4.4 Đối với trồng 4.4.1 Lúa gạo Ba loại gạo vàng nghiên cứu Các giống Indica IR64 BR29 biến đổi gen để tăng cường carotenoid hạt Tổng số carotenoid tăng lên 9,34 µg/g giống Indica β-caroten biến đổi (provitamin A) hạt IR64 2,32 µg/g BR29 3,92 µg/g 4.4 Đối với trồng 4.4.1 Lúa gạo Kĩ thuật CRISPR-Cas9 gạo Super Basmati kháng bệnh bạc vi khuẩn Phương pháp thực hiện: - Thiết kế xây dựng gRNAs - Quá trình biến đổi xác định gạo chuyển gen - Thử nghiệm Endonuclease T7 - Sàng lọc chống lại đề kháng vi khuẩn - Tách chiết RNA, tổng hợp cDNA RT-qPCR - Đánh giá kiểu hình Giản đồ promoter cho thấy vị trí EBE promoter mà ba gRNA thiết kế 4.4 Đối với trồng 4.4.1 Lúa gạo Kĩ thuật CRISPR-Cas9 gạo Super Basmati để kháng bệnh bạc vi khuẩn Giải trình tự Sanger chỉnh sửa AvrXa7 PthXo3 EBE 4.4 Đối với trồng 4.4.2 Vaccine từ thực vật Các nghiên cứu sử dụng lâm sàng vaccine từ thực vật Phương pháp phân phối gen trực tiếp Phương pháp phân phối gen gián tiếp Virus thực vật biến đổi gen 4.4 Đối với trồng 4.4.3 Thực vật phát sáng • Kỹ thuật làm cho thực vật phát ánh sáng chiếu sáng bền vững dựa chế tạo lưu trữ nguồn lượng độc lập khả tự sửa chữa thực vật • Nghiên cứu thực dựa kỹ thuật di truyền cách sử dụng luciferase đom đóm gen operon lux vi khuẩn tạo protein phát sáng vào gen Kết khả phát xạ ánh sáng loài rau bina (spinacia cần thực oleracea), rau arugula (eruca sativa), cải xoong (nasturtium officinale), cải xoăn (brassica oleracea) 4.4 Đối với trồng 4.4.1 Tăng hàm lượng Flavonol cà chua • Cà chua bi ( Lycopersicon esculentum M.) coi loại trái lành mạnh toàn giới chứa nhiều chất dinh dưỡng • Flavonol, chất dinh dưỡng cà chua bi, có đặc tính chống oxy hóa điều chỉnh tế bào Phương pháp nghiên cứu: • • • • Hạt giống ba dòng cà chua Micro-Tom, CSl09-03 Sheng Nv-Guo Tiến hành định lượng flavonoid Định lượng PCR thời gian thực (qRT-PCR) Định lượng khả chống oxy hóa Kiểu hình cà chua đối chứng cà chua biểu SlMYB1 Tính đạo đức ♦ An tồn sức khỏe: GMO khơng lành mạnh Các nghiên cứu người cho thấy thực phẩm biến đổi gen (GM) để lại vật chất bên thể, nguy gây vấn đề lâu dài. Nhiều vấn đề sức khỏe sau GMOs giới thiệu vào năm 1996 Tỷ lệ người Mỹ mắc bệnh mãn tính tăng từ - 13% năm; dị ứng thực phẩm chứng rối loạn tự kỷ, rối loạn sinh sản, vấn đề tiêu hóa bệnh khác gia tăng. Tính đạo đức ♦ Vấn đề lo ngại môi trường Cây trồng biến đổi gen chất diệt cỏ liên quan gây hại cho lồi chim, trùng, động vật lưỡng cư, hệ sinh thái biển sinh vật đất → làm giảm đa dạng sinh học, gây ô nhiễm nguồn nước sinh thái khơng bền vững ♦ Tạo mầm bệnh tính kháng mạnh GMO làm tăng việc sử dụng thuốc diệt cỏ: từ năm 1996 - 2008, nông dân Hoa Kỳ phun thêm 383 triệu pound thuốc diệt cỏ lên GMOs. Lạm dụng Roundup mức dẫn đến "siêu tảo", kháng thuốc diệt cỏ. Điều khiến nông dân phải sử dụng nhiều loại thuốc diệt cỏ độc hại hơn. Dẫn đến gây hại cho môi trường, thực phẩm biến đổi gen chứa dư lượng thuốc diệt cỏ độc hại cao Kết luận ... peptide 4 Ứng dụng kĩ thuật di truyền sản xuất hợp chất sinh học Ứng dụng kĩ thuật di truyền sản xuất hợp chất sinh học 4.1 Sản xuất chế phẩm sinh học y học 4.1.2 Sản xuất hormon sinh trưởng... đa u tủy 4 Ứng dụng kĩ thuật di truyền sản xuất hợp chất sinh học Ứng dụng kĩ thuật di truyền sản xuất hợp chất sinh học 4.1 Sản xuất chế phẩm sinh học y học 4.1.4 Vaccin DNA tái tổ hợp • Vaccine... sản xuất hợp chất sinh học Ứng dụng kĩ thuật di truyền sản xuất hợp chất sinh học 4.2 Ứng dụng thực phẩm Sản xuất enzyme tái tổ hợp • Enzyme tái tổ hợp enzyme vi sinh vật có DNA biến đổi sản xuất