Đang tải... (xem toàn văn)
“Biotechnology” do Karl Ereky (Hungary) 1917 để chỉ quá trình nuôi lợn với quy mô lớn bằng thức ăn là củ cải đường lên men. Đầu 1970s bùng nổ về CNSH Nghĩa rộng: gồm các ứng dụng lâu đời như lên men rượu, phomat,…và các kỹ thuật cao cấp như ngày nay (cách nay hơn 100 thế kỷ). Nghĩa hẹp: liên quan tới kỹ thuật hiện đại nhất như công nghệ di truyền và các kỹ thuật cao cấp (cố định enzyme, tạo dòng vi khuẩn tổng hợp protein người, tạo kháng thể đơn dòng,…). CNSH được tính từ 1970 trở đi Công nghệ sinh học: là quá trình sản xuất các sản phẩm trên quy mô công nghiệp, trong đó nhân tố tham gia trực tiếp và quyết định là các tế bào sống (vi sinh vật, thực vật, động vật). Mỗi tế bào sống của cơ thể sinh vật hoạt động trong lĩnh vực sản xuất này được xem như một lò phản ứng nhỏ. Đầu những năm 1980, đã bắt đầu hình thành công nghệ sinh học hiện đại là lĩnh vực công nghiệp sử dụng hoạt động sinh học của các tế bào đã được biến đổi di truyền. Công nghệ sinh học hiện đại ra đời cùng với sự xuất hiện kỹ thuật gen. Cơ sở sinh học được áp dụng ở đây bao gồm sinh học phân tử, sinh học tế bào, hóa sinh học, di truyền học, vi sinh vật học, miễn dịch học, cùng các nguyên lý kỹ thuật máy tính...
Đề tài: NHỮNG THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ SINH HỌC Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI I. LƯỢC SỬ VỀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC 1.Khái niệm: “Biotechnology” do Karl Ereky (Hungary) 1917 để chỉ quá trình nuôi lợn với quy mô lớn bằng thức ăn là củ cải đường lên men. Đầu 1970s bùng nổ về CNSH - Nghĩa rộng: gồm các ứng dụng lâu đời như lên men rượu, phomat,…và các kỹ thuật cao cấp như ngày nay (cách nay hơn 100 thế kỷ). - Nghĩa hẹp: liên quan tới kỹ thuật hiện đại nhất như công nghệ di truyền và các kỹ thuật cao cấp (cố định enzyme, tạo dòng vi khuẩn tổng hợp protein người, tạo kháng thể đơn dòng,…). CNSH được tính từ 1970 trở đi - Công nghệ sinh học: là quá trình sản xuất các sản phẩm trên quy mô công nghiệp, trong đó nhân tố tham gia trực tiếp và quyết định là các tế bào sống (vi sinh vật, thực vật, động vật). Mỗi tế bào sống của cơ thể sinh vật hoạt động trong lĩnh vực sản xuất này được xem như một lò phản ứng nhỏ. Đầu những năm 1980, đã bắt đầu hình thành công nghệ sinh học hiện đại là lĩnh vực công nghiệp sử dụng hoạt động sinh học của các tế bào đã được biến đổi di truyền. Công nghệ sinh học hiện đại ra đời cùng với sự xuất hiện kỹ thuật gen. Cơ sở sinh học được áp dụng ở đây bao gồm sinh học phân tử, sinh học tế bào, hóa sinh học, di truyền học, vi sinh vật học, miễn dịch học, cùng các nguyên lý kỹ thuật máy tính 2.Các giai đoạn phát triển của công nghệ sinh học: Gồm 3 giai đoạn - CNSH truyền thống: Gồm các hoạt động chế biến thực phẩm (rượu, giấm , sữa chua, dưa chua, cà muối, pho- mát, tương, nước mắm, men bánh mỳ ),ủ phân , phơi ải đất, diệt khuẩn và ức chế vi sinh vật có hại Trong đó, nghề nấu bia có vai trò rất đáng kể. Ngay từ cuối thế kỷ 19, Pasteur đã cho thấy vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình lên men. Kết quả nghiên cứu của Pasteur là cơ sở cho sự phát triển của ngành công nghiệp lên men sản xuất dung môi hữu cơ như aceton, ethanol, butanol, isopropanol… vào cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20. - CNSH cận đại: Với việc sản xuất ở quy mô công nghiệp các sản phẩm của công nghệ lên men, công nghệ vi sinh vật (cồn, bia, dung môi hữu cơ, bột ngọt và các axít amin khác, axit xitric và các axit hữu cơ khác, chất kháng sinh, nhiều vitamin, các loại văcxin, kháng độc tố, các kit chẩn đoán bệnh truyền nhiễm, thuốc trừ sâu sinh học, phân bón sinh học ) khởi đầu gắn liền với tên tuổi của Fleming, Florey và Chain (1940). Trong thời kỳ này đã xuất hiện một số cải tiến về mặt kỹ thuật và thiết bị lên men vô trùng cho phép tăng đáng kể hiệu suất lên men. Các thí nghiệm xử lý chất thải bằng bùn hoạt tính và công nghệ lên men yếm khí tạo biogas chứa chủ yếu khí methane, CO2 và tạo nguồn phân bón hữu cơ có giá trị cũng đã được tiến hành và hoàn thiện. song song với việc hoàn thiện các quy trình công nghệ sinh học truyền thống đã có từ trước, một số hướng nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học đã hình thành và phát triển mạnh mẽ nhờ một loạt những phát minh quan trọng trong ngành sinh học nói chung và sinh học phân tử nói riêng. Đó là việc lần đầu tiên xác định được cấu trúc của protein (insulin), xây dựng mô hình cấu trúc xoắn kép của phân tử DNA (1953). Tiếp theo là việc tổng hợp thành công protein(1963-1965), đặc biệt là việc tổng hợp thành công genvaf buộc nó biểu hiện trong tế bào vi sinh vật(1980). Chính những phát minh này đã tạo tiền đề cho sự phát triển nhanh chóng của các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng thực tế sau đó là trong lĩnh vực công nghệ sinh học hiện đại. - CNSH hiện đại: Chỉ mới xuất hiện trong vài thập kỷ gần đây. CNSH hiện đại sử dụng các kỹ thuật trao đổi, sửa chữa, tổ hợp hoặc cải tạo vật chất di truyền ở mức độ phân tử để tạo ra những loại sinh vật mới hoặc bắt các sinh vật này tạo ra các protein hay các sản phẩm khác mà vốn dĩ chúng không tạo ra được. Đến nay, công nghệ sinh học hiện đại đã có những bước tiến khổng lồ trong các lĩnh vực nông nghiệp (cải thiện giống cây trồng ), y dược (liệu pháp gen, liệu pháp protein, chẩn đoán bệnh ), công nghiệp thực phẩm (cải thiện các chủng vi sinh vật ).CNSH hiện đại bao gồm các lĩnh vực Công nghệ di truyền (Genetic engineering), Công nghệ tế bào (Cell engineering), Công nghệ vi sinh vật/Công nghệ lên men (Microbial engineering / Fermentation engineering), Công nghệ enzym/protein (Enzyme/Protein engineering) và CNSH môi trường (Environmental biotechnology) * Ngoài ra,CNSH còn được chia thành các giai đoạn sau: - Giai đoạn trước Pasteur (đến năm 1865) - Giai đoạn phát triển công nghệ (1866- 1940) - Giai đoạn công nghiệp kháng sinh và hóa chất (1941- 1960) - Giai đoạn sinh tổng hợp điều khiển (1961- 1975) - Giai đoạn CNSH phân tử (1976- nay) 3.Những sự kiện nổi bật trong lịch sử nghiên cứu CNSH: - 1972- 1973 kỹ thuật di truyền làm bùng nổ cách mạng CNSH - 1984: Các chuyên gia ở Đại học Leicester, Anh phát triển công nghệ dùng AND để nhận diện con người theo kiểu dấu vân tay. - 1990: Bắt đầu thử nghiệm dự án giải mã gene người, lập bản đồ toàn bộ hệ thống gene trong cơ thể. - 1993: Mỹ nhân bản vô tính phôi người và nuôi cấy trong ống nghiệm trong vòng vài ngày. -1997: Anh nhân bản vô tính thành công cừu Dolly. -1999: phát hiện tế bào gốc soma - 26/6/ 2000: Hoàn thành cơ bản dự án gene người (Human Genomen Project), giải mã được 97% số lượng gene trong cơ thể con người, mở ra một triển vọng mới trong lĩnh vực công nghệ sinh học, nền tảng cho ngành y học trong việc khám chữa bệnh. II. NHỮNG THÀNH TỰU CỦA CNSH Ở THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM. A.Một số thành tựu Công nghệ sinh học mà thế giới đã đạt được: 1.Công nghệ gen 1.1 Các công cụ Enzim: RE, ligase, polimerase, nuclease… Vector chuyển gen: Phân tử AND có khả năng tái sinh, tồn tại độc lập trong tế bào và mang được gen cần thiết. Tế bào vật chủ: nuôi được số lượng lớn, có khả năng sinh sản nhanh, biểu hiện được gen (nhất là các gen ở sinh vật bậc cao). 1.2 Các kĩ thuật và phương pháp cơ bản Phương pháp tách chiết Axit nucleic Phương pháp phân lập gen Lai Axit nucleic Tạo AND tái tổ hợp Biến nạp AND tái tổ hợp vào tế bào Chọn lọc dòng và nghiên cứu biểu hiện gen Phương pháp xác định trình tự AND 1.3 Ứng dụng: - Nghiên cứu cấu trúc genome - Công nghệ ARN (ARN antisence, iARN, libozyme) - Công nghệ tạo protein tái tổ hợp - Tạo sinh vật chuyển gen: là những sinh vật được thay đổi vật liệu di truyền (ADN) bằng công nghệ sinh học hiện đại Vd: Việc thử nghiệm ngoài đồng đầu tiên là cây thuốc lá biến đổi gen kháng thuốc diệt cỏ, được tiến hành ở Mỹ và Pháp vào năm 1986. Cây trồng biến đổi gen được bắt đầu trồng thương mại đại trà từ năm 1996. Tuy nhiên, đến nay, các sản phẩm có nguồn gốc từ sinh vật biến đổi gen (thực phẩm biến đổi gen) đang là cuộc tranh luận toàn cầu về những nguy cơ tiềm tàng của chúng để đi tới những giải pháp bảo đảm an toàn cho cây trồng biến đổi gen. 2. Công nghệ protein – enzyme 2.2 Các phương pháp - Phân lập các protein có hoạt tính sinh học mới trong tự nhiên. - Sử dụng công nghệ gen tạo ra các protein với các chủng đã có. 2.3 Ứng dụng - Protein trị liệu: các yếu tố làm đông máu, tan máu, giữ máu không đông; Các hormone và các nhân tố tăng trưởng (insulin, glucagon, HGH…); Interferon, interleukine; Các vaccine và kháng thể… - Enzym công nghiệp: Các enzym làm biến đổi gluxit (amylase, cellulase, isomerase…); Các protease (rennin, papain, các protease kiềm, trung tính, axit…). Một số enzym khác: lipase, Taq, RE, … 3. Công nghệ Vi sinh vật (VSV) 3.1. Các phương pháp chọn và tạo giống VSV - Chọn giống: + Chọn VSV có năng suất cao trong thời gian ngắn. + Tế bào VSV dễ tách ra khỏi dung dịch. + VSV không gây bệnh, tạo độc tố hay chất có hoạt tính sinh học khác. + Ổn định về mặt di truyền, kháng lại Bacteriophage. - Phương pháp: + Phân lập trong tự nhiên + Gây đột biến vi sinh vật + Công nghệ gen + Kĩ thuật đông khô - Ứng dụng: Vi khuẩn chống sâu răng. Công ty ONI BioPharma ở Florida (Mỹ) đã thiết kế giống vi khuẩn mới có tên gọi SmaRT có tác dụng ngăn cản quá trình sinh lactic acid từ những vi khuẩn sống bám trên răng. Ngoài ra vi khuẩn còn tiết ra một chất kháng sinh để tiêu diệt dòng vi khuẩn tự nhiên gây sâu răng. Giới nha sĩ chỉ cần trát lớp SmaRT lên bề mặt răng là chúng ta có được hàm răng mạnh khoẻ đến suốt đời! 3.2. Công nghệ lên men - Lên men là quá trình biến đổi do VSV thực hiện trong điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí. - Các sản phẩm của công nghệ lên men + Sinh khối VSV: sản xuất bánh mì, protein đơn bào, chế phẩm diệt côn trùng… + Enzym VSV: amylase, cellulase, protease… + Các sản phẩm trao đổi chất: rượu, bia, axit amin, axit hữu cơ, kháng sinh, … + Sản phẩm chuyển gen: protein tái tổ hợp, yếu tố đông máu… + Các sản phẩm chuyển hóa sinh học như vitamin, steroid, acrylamide… + Các đại phân tử sinh học và chất họat động bề mặt 4. Công nghệ sinh học thực vật 4.1 Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật Do tế bào thực vật có tính toàn năng nên dễ tiến hành nuôi cấy. Để nuôi cấy mô thực vật có hiệu quả cần thành thạo các kĩ thuật vô trùng, pha chế môi trường thích hợp và kèm theo là các trang thiết bị tương ứng. Môi trường nuôi cấy tế bào thực vật + Các nguyên tố đã lượng: N, P, K, S, Ca, Mg. + Các nguyên tố vi lượng: Fe, Mn, Zn… + Các vitamin + Nguồn cacbon (glucose và sucrose) + Các chất điều hòa tăng trưởng như auxin, cytokinin… + Agar sử dụng cho môi trường đặc, hệ thống chiếu sáng hợp lý. Mẫu dùng cho nuôi cấy mô: mẫu cấy phải chứa các tế bào sống từ các mô non có các tế bào đang phân chia mạnh, nhất là dễ tạo mô sẹo. Mẫu cấy phải vô trùng khi đưa vào môi trường nuôi. Nuôi cấy mô phân sinh: Mẫu nuôi cấy thường là đỉnh sinh trưởng, công việc theo các bước: Mẫu cây => Khử trùng bề mặt => Rửa nhiều lần cho sạch chất sát trùng => Môi trường nuôi => Tạo mô sẹo => Tạo cụm chồi => Nhân giống. Đặt mẫu vào môi trường không có kích thích tố thực vật thì từ nó mọc lên cấu trúc tương tự chồi. Nếu môi trường có cytokinin thì mẫu sẽ mọc chồi ở nách lá và sẽ tạo cụm chồi. Nếu các tế bào mô sẹo được xử lí bằng enzim cellulase và pectinase thì sẽ nhận được tế bào trần. Tùy vào điều kiện các chất kích thích tăng trưởng trong môi trường mà có thể điều khiển sự phát triển của mô sẹo. 4.2 Các phương pháp chuyển gen ở thực vật Do tế bào thực vật có vách cứng nên các nhà nghiên cứu tìm nhiều phương pháp khác nhau để chuyển gen vào tế bào. a. Chuyển gen qua trung gian vi khuẩn b. Chuyển gen trực tiếp : bắn gen, vi tiêm, biến nạp qua trung gian các sợi silicon carbide. 4.3 Cây trồng CNSH (cây chuyển gen) - Năm 2006 diện tích trồng cây CNSH liên tục gia tăng ( 13%). Đây là một bước ngoặt quan trọng vì lần đầu tiên diện tích trồng cây CNSH đã đạt trên 100 triệu ha.Đậu tương biến đổi gen là cây biến đổi gen chính trong năm 2005, chiếm 58,6 triệu ha (57% cây biến đổi gen của thế giới), tiếp theo sau là ngô (25,2 triệu ha, chiếm 25%), bông vải (14,4 triệu ha, chiếm 13%), canola (4,8 triệu ha, chiếm 5%). Cỏ alfalfa kháng thuốc cỏ, cây trồng biến đổi gen đa niên đầu tiên đã được phát triển với diện tích 80.000 ha tại Mỹ. Cây bông vải kháng thuốc cỏ RR#Flex phát triển hơn 800.000 ha tại Mỹ và Ô-xtrây-li-a Năm 2006, giống đậu tương, ngô, canola (nhóm cải dầu) và cỏ alfalfa kháng thuốc cỏ tiếp tục trở thành tính trạng có ưu thế thứ nhất chiếm 68% diện tích gieo trồng cây biến đổi gen (69,9 triệu ha); tiếp theo đó là giống cây trồng kháng sâu bằng chuyển nạp gen Bt chiếm 19 triệu ha (19%) và giống biến đổi gen tính trạng khác chiếm 13,1 triệu ha (13%). Những tính trạng mục tiêu gia tăng nhanh nhất trong 2005 - 2006 với tốc độ phát triển 30%, so với 17% tính kháng sâu, và 10% tính kháng thuốc cỏ.Các tính trạng của gen được chuyển chống chịu thuốc cỏ (36%), cải tiến chất lượng nông sản (19%), kháng sâu hại (15%), tính trạng khác (20%). - Trong năm 2007, diện tích cây trồng biến đổi gen tiếp tục phát triển. Vd:Cà chua mang gen tạo độc chất của ếch giúp kháng bệnh:một lọai hóa chất mà lòai ếch vùng Nam Mỹ thường tiết ra trên da chúng có thể giúp bảo vệ cà chua và các lọai cây nông nghiệp khác khỏi nhiều bệnh tật. Lúa chuyển gen chứa vac-xin:các nhà khoa học Nhật Bản vừa tạo ra một loại lúa chuyển gien chứa vắc-xin ngừa bệnh sốt mùa hè (hay fever) - một bệnh dị ứng do phấn hoa hoặc bụi gây ra. - Từ nay đến năm 2015 nhiều giống cây trồng biến đổi gen sẽ được phát triển trong các dự án đầu tư khổng lồ đáp ứng yêu cầu sản xuất nhiên liệu sinh học. Đây là minh chứng cho sự tiếp nhận công nghệ sinh học nhằm gia tăng sản lượng biofuel cho cả quốc gia đang phát triển và quốc gia công nghiệp, và công nghệ sinh học sẽ là yếu tố chủ lực cho phát triển biofuel tương lai. 5. Công nghệ sinh học Người & Động vật Bao gồm các lĩnh vực chủ yếu như nuôi cấy mô tế bào, cấy ghép cơ quan, nhân bản vô tính… 5.1 Nhân bản vô tính - Nhân bản vô tính là phương pháp sinh sản đơn không thông qua thụ tinh (không phân biệt giới tính). Bằng phương pháp này, các cá thể có thể được tạo ra từ một tế bào lấy từ nguyên bản. Bằng việc tạo ra hàng loạt các phiên bản khác nhau từ các tế bào của nguyên bản mà không phụ thuộc vào giới tính của nguyên bản, người ta gọi là nhân bản vô tính. - Lịch sử nhân bản: 1959: Thỏ ra đời bằng kỹ thuật thụ tinh trong ống nghiệm 1968: Edwards và Bivister thụ tinh trứng người trên invitro. 1979: Karl Illmensee nhân bản chuôt từ phôi 1984: Steen Willadsen nhân bản thành công cừu từ các Tb phôi nhờ kỹ thuật chuyển nhân TB phôi. 1986: Steen WIlladsen nhân bản bò từ TB phôi một tuần tuổi đã biệt hóa. 1993: Bò được tạo ra bằng cách chuyển nhân từ Tb phôi nuôi cấy 1996: Ian Wilmut và Keith Campell ở viện Roslin nhân bản thành công cừu Dolly từ TB tuyến vú của một con cừu cái Cho đến nay các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu để tạo ra dòng Tb gốc “ cá thể hóa” bằng kỹ thuật chuyển nhân TB - Ứng dụng: + Giữ các giống động vật quý hiếm + Động vật chuyển gen sản xuất protêin trong y học + Nhân bản động vật vô tính - Dolly là động vật có vú đầu tiên được nhân bản vô tính thành công trên thế giới. Sau đó hàng loạt các động vật khác được nhân bản như chó, lợn, dê Quá trình nhân bản Dolly: - B1: Tách TB tuyến vú của cừu cái giống Finnish Dorset mang thai 6 tháng tuổi. Cho TB này vào môi trường nghèo dinh dưỡng để dừng chu trình TB. Sau đó TB này được tách nhân. - B2: Chuyển nhân TB tuyến vú này vào một Tb khác đã tách nhân của cừu cái giống Blackface. - B3: Nuôi cấy Tb đã ghép vào môi trường nhân tạo cho trứng phân cắt thành phôi. - B4: Chuyên phôi vào tử cung của một cừu mẹ thứ 3 cho mang thai đẻ ra Dolly màu trắng giống hệt cừu mẹ Finnish Dorset. - Việc tạo ra Dolly nhờ vào quá trình nhân bản vô tính TB soma. 5.2 Tế bào gốc: - Tế bào gốc: là tế bào chưa biệt hóa có thể tự tái tạo và phân chia nhiều lần. - Trong điều kiện sinh lý thực nghiệm nhất định tế bào gốc có thể cảm hứng biệt hóa thành các tế bào có chức năng chuyên biệt như tế bào cơ tim, TB tuyến tụy, tế bào da Việc tạo ra TB gốc từ Tb da của một con chuột thì kết quả cho thấy có tới 299 gen giống như Tb gốc ở bào thai - Đánh dấu một thành tựu quan trọng đó là tạo TB gốc từ bào thai, TB gốc từ TB da - Các nguồn lấy TB gốc: Việc tạo ra được TB gốc phôi và TB gốc trưởng thành đã được sử dụng và điều trị các bệnh tự miễn, tai biến mạch máu não, tạo xương không hoàn chỉnh, u não, u nguyên bào võng mạc, ung thư buồng trứng, ung thư vú, u nguyên bào thần kinh… - Ngoài những thành tựu kể trên thì những năm gần đây thế giới đã đạt được một số những bước tiến mới trong lĩnh vực CNSH. VD: Việc chế tạo thành công văcxin AIDS, văc –xin phòng cúm H5N1. Đặc biệt phải kể đến việc giải mã đầy đủ bộ gen ở người của các nhà khoa học Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Anh, Pháp, Đức – được coi là thành tựu lớn nhất trong những năm đầu thế kỷ 21 *Các ứng dụng: + Nuôi cấy tế bào động vật (SX pro, vac-xin…) + Liệu pháp chuyển gen + Nhân bản vô tính + Tạo kháng thể đơn dòng + Tạo mô thay thế (xương, máu…) Vd: Hạch bạch huyết nhân tạo: Các nhà khoa học của Viện RIKEN, Nhật Bản, đã phát triển thành công một thế hệ hạch bạch huyết nhân tạo, cơ quan sinh ra các tế bào miễn dịch chống nhiễm trùng. Ban đầu, hạch bạch huyết nhân tạo được sử dụng như cơ cấu tăng cường miễn dịch tuỳ biến. Các bác sĩ có thể lắp đầy hạch với các tế bào đặc biệt để chữa trị một số bệnh, như là ung thư hay HIV. Gene điều hoà nhịp tim sinh học: Máy trợ tim điện tử đã duy trì tính mạng cho nhiều người, nhưng trong tương lai sẽ không còn phổ biến nữa. Hiện nay nhóm nhà nghiên cứu ở vài trường đại học đang cố gắng phát triển một thiết bị thay thế không sử dụng pin - đó là gene điều hoà nhịp tim từ tế bào gốc được tiêm thẳng vào những vùng tim bị tổn hại. Rất thích hợp cho người bệnh, gene điều hoà này duy trì nhịp tim đúng mức mà không gây biến chứng. 5.3 Thụ tinh nhân tạo - Được áp dụng ở động vật (chó) từ năm 1782, đặc biệt từ 1949 đã sử dụng chất chống đông để đông lạnh và rã đông tinh trùng ĐV thành công. - Sản xuất tinh đông viên: thu nhận tinh trùng loại bỏ nước, pha loãng trong môi trường thích hợp và nhờ chất chống đông, chất bảo quản lạnh có thể bảo quản tinh trùng lâu dài trong nitơ lỏng. - Người: tách tế bào trứng cho thụ tinh với tinh trùng trong ống nghiệm hoặc đĩa petri, sau đó chuyển phôi vào tử cung người. Đứa bé sinh ra trong ống nghiệm đầu tiên năm 1978 tại Mỹ, hiện đã lấy chồng và có con theo cách thức tự nhiên. Năm 1995 kĩ thuật tiêm tinh trùng vào tế bào chất ra đời tăng khả năng thành công. 5.4 Tạo sinh vật chuyển gen - Một số phương pháp chuyển gen động vật: tải nạp, vi tiêm, bắn vi đạn đạo… - Ứng dụng: + Sản xuất các loại pro quý. + Tạo động vật lấy các cơ quan cấy ghép cho con người + Tạo động vật có tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh… Vd: Cấy gen người vào chuột: các nhà khoa học đã lần đầu tiên chuyển ghép thành công nhiễm sắc thể người vào chuột, tạo nên một bước đột phá có thể mở ra hướng mới trong việc điều trị bệnh Down và các chứng rối loạn khác.Trung tâm nghiên cứu các sinh vật thí nghiệm Thượng Hải đã tạo ra hơn 100 loại chuột chuyển gen để nghiên cứu các bệnh ở người, chẳng hạn viêm gan, bạch cầu và béo phì.Lợn chuyển gen: bằng cách tiêm protein phát sáng xanh vào phôi lợn, nhóm nghiên cứu thuộc ĐH Đài Loan đã tạo ra ba con lợn đực chuyển gen. Lợn mang gen người:các nhà khoa học Hàn Quốc vừa nhân bản thành công một con lợn mang gien người. Đây là một bước tiến lớn trong nỗ lực cấy ghép nội tạng lợn cho người mà không gây biến chứng.Theo TS Park Kwang-Wook, trưởng nhóm nghiên cứu, những con lợn nhân bản này đã được chuyển gien để mang gien HLA-G của người. Gien HLA-G sẽ giúp cơ quan nội tạng của lợn có cơ hội được chấp nhận cao hơn nếu được ghép cho người. 6. Công nghệ sinh học nano Là công nghệ áp dụng công cụ ở kích thước nano vào hệ thống sinh học và sử dụng hệ thống sinh học làm khuôn mẫu để phát triển các sản phẩm mới cỡ nano. Công nghệ sinh học còn cần sớm tiếp cận với CNSH nano. Đó là việc tạo ra các thiết bị hiển vi có thể đưa vào mọi nơi trong cơ thể để tiêu diệt virut và các tế bào ung thư, tạo ra hàng trăm các dược phẩm mới từ các vsv mang DNA tái tổ hợp, tạo ra các protein truyền cảm có thể tiếp nhận các tín hiệu của môi trường sống tạo ra các động cơ sinh học mà phần di động được chỉ có kích cỡ phân tử protein, tạo ra các chip sinh học và tiến tới khả năng tạo ra các máy tính sinh học với tốc độ truyền đạt thông tin như não bộ. Vd: Bộ cảm biến dò triệu chứng suyễn: Suyễn là chứng bệnh ảnh hưởng lớn đến sinh hoạt trong cuộc sống của con người, nhưng bộ cảm biến được phát triển ở Đại học Pittsburgh có thể giúp bệnh nhân yên tâm hơn. Bên trong thiết bị cầm tay này, một ống nano (nhỏ hơn sợi tóc 100.000 lần) carbon phủ polymer sẽ phân tích hơi thở đánh giá lượng nitric oxide, khí do phổi sinh ra trước khi xuất hiện triệu chứng suyễn. Máy scan gan tương lai Từ trước đến nay muốn biết tình trạng sức khoẻ của lá gan, bác sĩ cần phải chỉ định sinh thiết - một kỹ thuật gây đau cho bệnh nhân. Công ty Pháp EchoSens đã nghiên cứu phát triển máy scan gan có tên gọi Fibroscan tìm thương tổn chỉ trong vòng 5 phút. Các nghiên cứu cho thấy lá gan bị thương tổn sẽ trở nên cứng và kém đàn hồi, do đó Fibroscan sử dụng sóng siêu âm để đánh giá độ đàn hồi của gan. Thiết bị phục hồi tiếng nói: Đối với những người bị mất khả năng nói, thiết bị nói tự động "Audeo" của Ambient Corporation ở Illinois (Mỹ) sẽ phát ra tiếng nói rõ ràng. Được phát triển với sự hợp tác của Texas Instruments, Audeo sử dụng các điện cực để dò các tín hiệu thần kinh đi từ não đến dây thanh âm. Bệnh nhân tưởng tượng mình đang phát âm - sau đó thiết bị không dây (đeo nơi cổ) sẽ truyền những xung động này đến máy vi tính hay điện thoại di động để từ đó phát ra âm thanh tiếng nói. Miếng dán nanoscale: Chân con tắc kè được phủ lớp lông cực nhỏ khai thác lực giữa các phân tử giúp nó bám chắc trên một bề mặt thẳng đứng. Mô phỏng theo chân con tắc kè, các nhà khoa học ở MIT đã phát triển miếng dán có thể dán kín được miệng vết thương hay đắp vá lại lỗ thủng do chứng loét dạ dày gây ra. Miếng dán của MIT có tính đàn hồi, không thấm nước và được làm bằng chất liệu sẽ phân rã sau khi vết thương lành lại Thiết bị tái sinh dây thần kinh: Các sợi thần kinh không thể phát triển dọc theo tuỷ sống bị thương tổn vì bị mô sẹo cản trở. Nanogel phát triển ở Đại học Northwestern sẽ loại trừ chướng ngại này. Được tiêm dưới dạng lỏng, nanogel tự động gắn chặt vào bộ khung của bó sợi thần kinh. Sau đó các peptide trong sợi thần kinh sẽ chỉ thị cho tế bào gốc tạo thành mô sẹo sản sinh ra các tế bào kích thích phát triển dây thần kinh. Trong khi đó các sợi trục thần kinh (axon) cũng được phát triển ở trên và dưới tuỷ sống. B.Những ứng dụng thành tựu CNSH ở Việt Nam Ở Việt Nam, trong hơn 2 thập niên qua, công nghệ sinh học bắt đầu được chú ý phát triển và ngày càng được đầu tư mạnh mẽ hơn.Đây là một ngành KH mới phát triển ở Việt Nam trong những năm gần đây, nhưng cũng đã đạt được những thành tựu và bước tiến đáng kể. VD: Ông Phan Kim Ngọc trưởng phòng CNSH trường Đại học quốc gia HCM cùng các đồng nghiệp tạo ra giống cá ngựa vằn phát sáng VD: Tạo ra văc-xin khống chế đại dịch trong ngành chăn nuôi. VD: Tạo ra tinh trùng từ TB gốc hứa hẹ triển vong chữa được bệnh vô sinh ở người. VD: Tạo ra những chế phẩm sinh học phục vụ cho mục đích cây trồng. VD: Từ một TB gốc các nhà khoa học Vn đã thành công trong việc tạo ra một số lượng lớn sâm ngọc linh với số lượng lớn chỉ trong vòng có 20 ngày (so với trước đây là mất 6- 8 năm) * Các giai đoạn phát triển CNSH ở VN □ Thời kỳ 1986-1990: Chương trình CNSH lần đầu tiên được thành lập năm 1986, nhằm mục đích thúc đẩy các hoạt động nghiên cứu khoa học và triển khai công nghệ phục vụ sản xuất nông nghiệp của thành phố và các tỉnh phía Nam, là một trong 15 chương trình KHCN trọng điểm của thành phố giai đoạn 1986-1990. Một số thành tựu tiêu biểu trong thời kỳ này là: - Sản xuất và sử dụng các chất kích thích sinh trưởng làm tăng năng suất và chất lượng cây trồng: đã xây dựng được quy trình lên men xốp sản xuất gibberellin bằng vi sinh vật với giá rẻ hơn 5 lần so với chế phẩm nhập nội, làm tăng năng suất 30-40% đối với rau ăn lá và một số cây công nghiệp; quy trình đã được chuyển giao cho đơn vị sản xuất. - Sản xuất enzym bromelin từ dứa, ứng dụng để tạo giá trị gia tăng các protein, cá có giá trị thấp thành sản phẩm có giá trị cao và ứng dụng trong y dược. - Sản xuất thử và hoàn thiện quy trình làm phân sinh hóa dạng hạt từ than bùn Tam Tân - Củ Chi có bổ sung vi sinh vật cố định đạm Azotobacter và NPK phù hợp điều kiện đất và sinh lý cây trồng; triển khai sản xuất thử và tiêu thụ 300 tấn trên thị trường. - Chế tạo thành công nội tiết tố HCG từ nước tiểu phụ nữ có thai, phục vụ sản xuất giống cá và chăn nuôi, sản xuất thử quy mô 20-50 triệu đơn vị HCG/năm; Năm 1991, Bệnh viện Phụ sản TP. HCM đã sản xuất được 48,5 triệu đơn vị HCG bằng quy trình này. □ Thời kỳ 1991-1995: Mục tiêu của chương trình thời kỳ này là nghiên cứu và phổ cập các thành tựu mới về sinh học, CNSH và các kỹ thuật tiến bộ trong nông nghiệp, các giải pháp có hiệu quả nhằm sử dụng hợp lý tài nguyên ở khu vực, bảo vệ môi trường sinh thái, xây dựng nông thôn mới. Nội dung chương trình CNSH thời kỳ 1991-1995 bao gồm: - Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật mới về di truyền, sinh hóa, vi sinh để tối ưu hóa giống cây trồng, vật nuôi; giải quyết vấn đề dinh dưỡng cho đất, cây và con. - Nghiên cứu các chế phẩm vi sinh, chế biến phân hữu cơ từ phế liệu rác của thành phố. - Phòng chống sâu hại bằng các biện pháp sinh học (vi khuẩn, nấm, vi sinh, hormon ) - Sử dụng vi sinh và enzym trong chế biến thực phẩm. - Xây dựng pilot CNSH cho việc triển khai các kết quả nghiên cứu vào sản xuất. Kết quả nghiên cứu tiêu biểu thời kỳ này bao gồm: - Nhân giống thành công nhiều cây trồng có ý nghĩa kinh tế (chuối, đu đủ, cam quýt, cà phê, cỏ ngọt, hoa lan, mía ) bằng nuôi cấy mô thực vật, ứng dụng công nghệ này trong sản xuất và nhân giống một số cây trồng trong sản xuất, chuyển giao công nghệ cho các địa phương. - Bước đầu tiếp cận công nghệ gen ở thực vật: tạo dòng và biểu hiện gen kháng sâu trên cây thuốc lá. - Ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất, chế biến thực phẩm: sản xuất axít citric, enzym a- amylase, thủy phân tinh bột tạo dịch đường glucose, fructose, cải thiện mùi và màu của nước mắm để xuất khẩu…; ứng dụng vi sinh trong phòng và trị bệnh héo rũ, thối rễ một số loại rau, tạo phân hữu cơ vi sinh từ rác, tạo bùn hoạt tính để xử lý nước thải công nghiệp. - Áp dụng các biện pháp sinh học như bẫy pheromon, thuốc trừ sâu vi sinh, thuốc thảo mộc để sản xuất rau sạch phục vụ nhu cầu của nhân dân thành phố. □ Thời kỳ 1996-2000: Mục tiêu và nhiệm vụ Chương trình trong thời kỳ này là triển khai nội dung của Nghị quyết 18/CP của Chính phủ ngày 11/03/1994 về phát triển công nghệ sinh học (CNSH) ở Việt Nam đến năm 2010, đặc biệt ưu tiên phục vụ phát triển nông nghiệp của địa bàn TP.HCM và các tỉnh phía Nam. Một số kết quả tiêu biểu của thời kỳ này là: - Về trồng trọt, đã nghiên cứu đưa vào sản xuất hàng chục giống lúa năng suất, phẩm chất cao, có khả năng kháng sâu bệnh cao vào trên 70% điện tích trồng lúa vụ đông xuân, hè thu của thành phố, góp phần khắc phục bệnh rầy nâu trên lúa; ứng dụng CNSH để nhân nhanh một số cây ăn trái có chất lượng cao cung cấp cây giống cho nông dân; tiếp tục phát triển chương trình vùng rau sạch. - Về chăn nuôi, phát triển đàn bò sữa, cải thiện năng suất cho sữa, phát triển đàn heo giống cấp 1, giống gà năng suất cao, phát triển chương trình gà thả vườn; sản xuất thành công vắc xin phòng bệnh Tụ huyết trùng cho gia súc theo tiêu chuẩn ASEAN. - Về chế biến lương thực thực phẩm: sản xuất thành công chitin, chitosan và các dẫn xuất từ vỏ tôm cua làm nguyên liệu tạo màng mỏng bán thấm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp thực phẩm và công nghiệp dược; sản xuất thành công maltodextrin từ tinh bột khoai mì và ứng dụng ở quy mô công nghiệp trong chế biến sữa, cà phê và bột dinh dưỡng cho trẻ em. □ Thời kỳ 2001-2005: Mục tiêu chương trình Công nghệ Sinh học giai đoạn 2001-2005 là nghiên cứu ứng dụng và phát triển các kỹ thuật công nghệ sinh học để tăng cường năng lực công nghệ sinh học nội sinh phục vụ nâng cao năng suất và chất lượng hàng hóa tiêu dùng, bảo vệ môi trường và sức khỏe con người. Tham gia phát triển khu nông nghiệp công nghệ cao. Trong các năm sau của thời kỳ này, đáp ứng với yêu cầu phát triển CNSH hiện đại và tình hình đầu tư mạnh mẽ về cơ sở phòng thí nghiệm, trang thiết bị hiện đại của các đơn [...]... thiện khả năng đáp ứng miễn dịch và hiệu lực bảo vệ cao của vắc xin theo dạng in-silico - Sản phẩm đóng góp tích cực về mặt khoa học trong lĩnh vực miễn dịch học, tạo cơ sở khoa học cho việc phát triển vắc xin trên các tác nhân gây bệnh khác, đồng thời cũng đóng góp cho sự phát triển của lĩnh vực Tin -Sinh học trên nền tảng sinh học của Việt Nam Các quy trình dự đoán của epitop phục vụ cho việc phát... Proteomics hiện đại, tạo cơ sở dữ liệu về hệ protein huyết thanh người Việt Nam ở trạng thái bình thường và bệnh lý, đưa ra các ứng viên protein chỉ thị (marker) để chẩn đoán và điều trị bệnh, mở ra hướng chẩn đoán trong y dược học góp phần trong công cuộc chăm sóc sức khoẻ cộng đồng 6 Bước tiến mới trong miễn dịch học - Sinh học trong nghiên cứu giúp dự đoán các epitop và phát triển vắc xin tái tổ...vị KH&CN về CNSH trên địa bàn của thành phố, Chương trình CNSH đã chú trọng khuyến khích nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ nền của CNSH * Những kết quả đạt được: 1 Cấy ghép tế bào gốc Hơn 30 năm sau khi thế giới loan tin tìm ra tế bào gốc, Việt Nam mới bắt đầu những nghiên cứu đầu tiên và bước đầu đạt kết quả khả quan Từ năm 2007 đến nay, Việt Nam đã thực hiện cấy ghép tế bào gốc tự... niềm hy vọng cho những người không may mắc phải những căn bệnh trên với chi phí thấp hơn rất nhiều khi ra nước ngoài điều trị 2 Xử lý nước thải thực phẩm - Hệ thống xử lý nước thải thực phẩm công suất 300m3 một ngày đêm Hệ thống yêu cầu diện tích lắp đặt ít; khả năng mở rộng, thu hẹp và di chuyển rất cơ động; thời gian hoạt hoá nhanh; công nghệ ổn định, chi phí vận hành thấp; cần ít nhân công vận hành;... Thanh Hóa, Nghệ An và Hà Nội Việc chủ động sản xuất được sản phẩm trong nước sẽ đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng của các cơ sở giám định gen để phá án và giảm chi phí nhập khẩu các sản phẩm cùng loại 5 Phân tích các Protein/Proteome huyết thanh người - Chương trình IDA phân tích các Protein/Proteome huyết thanh người Các nghiên cứu cơ bản về hệ protein huyết thanh người Việt Nam bình thường và các bệnh... nấm đã được ứng dụng triển khai ở một số cơ sở; hoàn thành một số mô hình sản xuất tại Hà Nội, Quảng Ninh, Lạng Sơn Sản lượng nấm đạt được ban đầu của 3 mô hình này hơn 45 ngàn tấn nấm tươi Sản phẩm tạo ra giá trị cao, có giá thành rẻ, đảm bảo giá trị dinh dưỡng, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước Các quy trình này sẽ được chuyển giao công nghệ cho các cơ sở, địa phương tiến hành nuôi trồng trên diện... độ bền của vật liệu cao; khả năng tiếp nhận công nghệ của nhà máy rất thuận tiện - Hệ thống có khả năng xử lý nước thải có mức độ ô nhiễm cao với trình độ khoa học tương đương với các nước trong khu vực như Thái Lan, Trung Quốc Sản phẩm có tính ứng dụng cao, đem lại hiệu quả kinh tế lớn 3 Nấm chất lượng cao - Hiện nay, các quy trình sản xuất giống và nuôi trồng nấm đã được ứng dụng triển khai ở một... xin in - silicon đều hoàn toàn mới chưa được thực hiện và công bố bởi một nhóm nghiên cứu nào 7 Đường chức năng - Sản phẩm đường chức năng xylooligosacarit được chế từ các phụ liệu nông nghiệp giàu xylan Thông qua việc ứng dụng công nghệ enzyme kết hợp sử dụng dây chuyền thiết bị tiên tiến thích hợp đã tạo ra sản phẩm đường có giá trị dinh dưỡng và phòng bệnh cho các đối tượng mắc bệnh tiểu đường, béo... tế, tạo việc làm và xoá đói giảm nghèo 4 Sản phẩm giúp giám định gen - Sản phẩm bộ “KIT DNA” giúp giám định gen, được sử dụng trong giám định hình sự, góp phần ổn định an ninh chính trị, trật tự an toàn xã hội, tạo môi trường thuận lợi cho nền kinh tế ổn định và phát triển, ngăn chặn kịp thời các loại tội phạm nguy hiểm - Sản phẩm đã được ứng dụng tại các cơ quan Công an của 7 tỉnh, thành phố gồm: Hải... phì, rối loạn tiêu hoá Mặt khác, sản phẩm đường chức năng XOS được tạo ra từ nguồn phụ liệu lõi ngô rẻ tiền sẵn có ở Việt Nam sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao - Các sản phẩm được tạo ra từ các dự án sản xuất cũng đã góp phần không nhỏ trong phát triển xã hội và nền kinh tế, giải quyết những vấn đề ô nhiễm môi trường . mở ra một triển vọng mới trong lĩnh vực công nghệ sinh học, nền tảng cho ngành y học trong việc khám chữa bệnh. II. NHỮNG THÀNH TỰU CỦA CNSH Ở THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM. A.Một số thành tựu Công nghệ. người. 6. Công nghệ sinh học nano Là công nghệ áp dụng công cụ ở kích thước nano vào hệ thống sinh học và sử dụng hệ thống sinh học làm khuôn mẫu để phát triển các sản phẩm mới cỡ nano. Công nghệ sinh. sinh học của các tế bào đã được biến đổi di truyền. Công nghệ sinh học hiện đại ra đời cùng với sự xuất hiện kỹ thuật gen. Cơ sở sinh học được áp dụng ở đây bao gồm sinh học phân tử, sinh học