Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo CHUYÊN đề CÔNG NGHỆ SINH học tế bào Báo cáo CHUYÊN đề CÔNG NGHỆ SINH học tế bào Báo cáo CHUYÊN đề CÔNG NGHỆ SINH học tế bào Báo cáo CHUYÊN đề CÔNG NGHỆ SINH học tế bào Báo cáo CHUYÊN đề CÔNG NGHỆ SINH học tế bào Báo cáo CHUYÊN đề CÔNG NGHỆ SINH học tế bào Báo cáo CHUYÊN đề CÔNG NGHỆ SINH học tế bào Báo cáo CHUYÊN đề CÔNG NGHỆ SINH học tế bào Báo cáo CHUYÊN đề CÔNG NGHỆ SINH học tế bào Báo cáo CHUYÊN đề CÔNG NGHỆ SINH học tế bào
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NC&PT CÔNG NGHỆ SINH HỌC - - BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ - CNSH MSHP: CS326 Chủ Đề: CÔNG NGHỆ SINH HỌC TẾ BÀO Cán Bộ Hướng Dẫn: PGS TS Nguyễn Văn Thành Nhóm Thực Hiện: Huỳnh Quốc Anh B1203273 Huỳnh Duy Phúc B1203353 Lê Thị Thùy Linh B1203324 Phan Văn Hà Lâm B1203322 Đoàn Diễm Trinh B1203401 Nguyễn Quang Đua B1203198 Nguyễn Thị Ngọc Yến B1203418 Trịnh Thị Loan B1203326 Ngơ Minh Hồng B1203308 Cần Thơ, 9/2014 Báo cáo chuyên đề - CNSH Trường Đại Học Cần Thơ MỤC LỤC Báo cáo chuyên đề - CNSH Trường Đại Học Cần Thơ A ĐẶT VẤN ĐỀ Nghành công nghệ sinh học chứng tỏ vai trò quan trọng nhiều cấp độ,lĩnh vực với quy mô khác Nhiều nước cịn xem nghành mũi nhọn ưu tiên hàng đầu phát triển (có thể kể đến như: Nhật,Mỹ,Thái Lan) Ngày có nhiều cơng trình, đề tài khơng thiếu ứng dụng thiết thực đời sống người nhiều lĩnh vực như: nông – lâm - ngư nghiệp (giống,bệnh,chất lượng ), y tế (chuẩn đoán bệnh, chế biến thuốc,vắc xin…), thực phẩm (đánh giá chất lượng, bảo quản…), môi trường (xử lí nước thải, đánh giá mức độ nhiễm…) nhiều lĩnh vực khác Để đạt thành tựu thấy khơng thể khơng kể đến nghiên cứu từ phịng thí nghiệm Nhưng công cụ quan trọng để sử dụng nghiên cứu gì? Đó tế bào - thứ thiếu thể sống Giờ phát triển thành nghành cơng nghệ sinh học tế bào B GIỚI THIỆU I SƠ LƯỢC VỀ CƠNG NGHỆ SINH HỌC Khái niệm cơng nghệ sinh học Công nghệ sinh học sản xuất sản phẩm quy mơ cơng nghiệp, nhân tố tham gia trực tiép định tế bào sống (vi sinh vật, thực vật, động vật) Mỗi tế bào sống thể sinh vật hoạt động lĩnh vực sản xuất xem lị phản ứng nhỏ Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ định nghĩa công nghệ sinh học việc ứng dụng khía cạnh sinh học sinh vật, hệ thống q trình vào nhiều nghành cơng nghiệp khác để hiểu biết khoa học sống cải tiến giá trị vật liệu sinh vật dược,cây trồng chăn nuôi Công nghệ sinh học lĩnh vực công nghệ cao dựa tảng khoa học sống, kết hợp với quy trình thiết bị kỹ thuật nhằm tạo công nghệ khai thác hoạt động sống vi sinh vật, tế bào thực vật động vât để sản xuất quy mô công nghiệp sản phẩm sinh học có chất lượng cao, phục vụ cho lợi ích, nhu cầu - người đồng thời phát triển kinh tế - xã hội bảo vệ môi trường Công nghệ sinh học chia làm cấp độ khác nhau: Công nghệ sinh học truyền thống: chế biến sản phẩm dân dã có từ lâu đời tương, chao, nước mắm,… theo phương pháp truyền thống, xử lí đất đai, phân bón để phục vụ nơng nghiệp… Báo cáo chuyên đề - CNSH - Trường Đại Học Cần Thơ Cơng nghệ sinh học cận đại: có sử dụng cơng nghệ q trình chế biến sản phẩm việc sử dụng nồi lên men cong nghiệp để sản xuất quy mô lớn sản phẩm sih hạt - mì chin, acid amin, acid hữu cơ, chất kháng sinh, vitamin, enzyme… Công nghệ sinh học đại: Công nghệ di truyền, công nghệ tế bào, công nghệ enzyme protein, công nghệ vi sinh vật, công nghệ lên men, công nghệ môi trường… Lịch sử phát triển công nghệ sinh học Công nghệ Sinh học hình thành từ lâu đời Ngay từ xa xưa, dù chưa biết vi sinh vật loài người biết sử dụng chúng sản phẩm lên men truyền thống Các loại men rượu bia, giấm thực phẩm sử sách ghi nhận từ hàng nghìn năm trước Ở Trung Đơng, Ai Cập, có di tích ghi nhận người biết làm bia cách 6000 năm Nhiều kỷ trước công nguyên, trung Quốc, Hy lạp, La mã, rượu phổ biến hầu hết bữa tiệc Đó dẫn chứng cụ thể công nghệ sinh học khứ Lịch sử hình thành phát triển cơng nghệ sinh học trải qua giai đoạn sau: Giai đoạn thứ Đã hình thành từ lâu đời việc sử dụng phương pháp lên men vi sinh vật để chế biến bảo quản thực phẩm, ví dụ: sản xuất mát, dấm ăn, làm bánh mì, nước chấm, sản xuất rượu bia… Trong đó, nghề nấu bia có vai trị đáng kể Ngay từ cuối kỷ 19, Pasteur vi sinh vật đóng vai trị định q trình lên men Kết nghiên cứu Pasteur sở cho phát triển ngành công nghiệp lên men sản xuất dung môi hữu aceton, ethanol, butanol, isopropanol… vào cuối kỷ 19, đầu kỷ 20 Giai đoạn thứ hai Nổi bật trình phát triển công nghệ sinh học giai đoạn hình thành cơng nghiệp sản xuất thuốc kháng sinh penicillin, khởi đầu gắn liền với tên tuổi Fleming, Florey Chain (1940) Trong thời kỳ xuất số cải tiến mặt kỹ thuật thiết bị lên men vô trùng cho phép tăng đáng kể hiệu suất lên men Các thí nghiệm xử lý chất thải bùn hoạt tính cơng nghệ lên men yếm khí tạo biogas chứa chủ yếu khí methane, CO tạo nguồn phân bón hữu có giá trị tiến hành hồn thiện Giai đoạn thứ ba Báo cáo chuyên đề - CNSH Trường Đại Học Cần Thơ Bắt đầu từ năm 50 kỷ 20, song song với việc hồn thiện quy trình cơng nghệ sinh học truyền thống có từ trước, số hướng nghiên cứu phát triển công nghệ sinh học hình thành phát triển mạnh mẽ nhờ loạt phát minh quan trọng ngành sinh học nói chung sinh học phân tử nói riêng Đó việc lần xác định cấu trúc protein (insulin), xây dựng mơ hình cấu trúc xoắn kép phân tử ADN (1953) Tiếp theo việc tổng hợp thành công protein (1963-1965) đặc biệt việc tổng hợp thành cơng gen buộc thể tế bào vi sinh vật (1980) Chính phát minh tạo tiền đề cho phát triển nhanh chóng nghiên cứu ứng dụng thực tế sau lĩnh vực cơng nghệ sinh học đại Giai đoạn tứ tư Kể từ 1973, thí nghiệm khởi đầu dẫn đến đời kỹ thuật ADN tái tổ hợp thực hiện; xuất insulin - sản phẩm vào năm 1982, thí nghiệm chuyển gen vào trồng năm 1982 thành cơng đến cơng nghệ sinh học đại có bước tiến khổng lồ lĩnh vực nông nghiệp (cải thiện giống trồng ), y dược (liệu pháp gen, liệu pháp protein, chẩn đốn bệnh ), cơng nghiệp thực phẩm (cải thiện chủng vi sinh vật ) Công nghệ sinh học phát triển ngày chủ yếu dựa ba cơng nghệ là: công nghệ vi sinh, công nghệ tế bào (nuôi cấy mô tế bào ) công nghệ sinh học đại, tức công nghệ gen Trong năm gần đây, giới mở bước tiến CNSH với phát triển đỉnh cao cơng nghệ di truyền hay cịn gọi cơng nghệ gen Nhờ người thực chuyển gen thành công để tạo tế bào cá thể mang gen mới, nhằm tạo vật chất cần thiết cho người Đây thành tựu cơng nghệ nhằm giúp người chẩn đốn, cứu chữa phịng ngừa bệnh hiểm nghèo kể bệnh di truyền Điển sản xuất insulin quy mô công nghiệp, sản xuất kích tố sinh trưởng người, loại interferon (chống virut ung thư), loại vacxin tổng hợp Sản phẩm CNSH có giá trị thực tiễn lớn, đem lại nguồn doanh thu khổng lồ cho công ty CNSH nhiều nước Sau thành công công nghệ sản xuất insulin, tới Hoa Kỳ cho phép sản xuất 50 loại dược phẩm tái tổ hợp Báo cáo chuyên đề - CNSH Trường Đại Học Cần Thơ gen Hiện Mỹ có 1300 cơng ty CNSH, châu Âu có 700 cơng ty CNSH Năm 1996, doanh thu riêng loại dược phẩm tái tổ hợp gen Hoa kỳ đạt tới tỷ USD, năm tăng bình quân 13% dự kiến doanh thu vào năm 2006 25 tỷ USD Doanh thu Nhật Bản năm 1996 từ dược phẩm tái tổ hợp gen đạt đến 481,1 tỷ Yen, chiếm 25% tổng doanh thu sản phẩm công nghệ sinh học Công nghệ sinh học nano (Nanobiotechnology) công nghệ tạo thiết bị hiển vi đưa vào nơi thể để tiêu diệt virut tế bào ung thư, tạo hàng trăm dược phẩm từ vi sinh vật mang ADN tái tổ hợp (recombinant DNA), tạo protein truyền cảm (protein sensor)có thể tiếp nhận tín hiệu môi trường sống, tạo động sinh học tiến tới khả tạo máy tính sinh học (biocomputer) với tốc độ truyền đạt thông tin não Riêng công nghệ sinh học nano, ước tính tới năm 2010 đạt doanh thu khoảng 300 tỷ USD Các giai đoạn phát triển Công nghệ sinh học Việt Nam Giai đoạn khởi đầu CNSH Việt Nam khởi nguồn từ nơi Viện Pasteur Sài gịn, thành lập vào năm 1891 Đây viện nghiên cứu thứ hai giới sau viện Pasteur Paris – Pháp Năm 1891, Louis Pasteur quết định thành lập chi nhánh viện Pasteur ngồi nước Pháp Ơng giao trách nhiệm cho học trị bác sỹ Albert Calmette làm giám đốc phân viện Sài Gòn - Việt Nam Trong năm Sài Gòn, Calmatte thực khối lượng công việc lớn Từ sản xuất vaccin đậu mùa chống dại điều kiện chỗ, đến nghiên cứu bệnh lý nhiệt đới, men làm rượu nếp, tẩy nước uống cho thành phố Một cơng trình ơng giới hoan nghênh, cơng trình làm huyết chống nọc rắn hổ mang Ông sáng chế vacxin phòng chống lao Vào năm 1983, Calmette ốm nặng phải rời bỏ Sài Gòn người thay ông tiếp quản Viện nghiên cứu Parteur Sài gòn Alexandre Yersin, từ ơng giám đốc thứ Viện nghiên cứu Ơng người phát vi khuẩn dịch hạch người thành lập nên loạt viện Parteur Nha Trang (1894), Hà Nội (1925), Đà Lạt (1936) loạt viện Parteur khác Đông Dương Các viện nghiên cứu Báo cáo chuyên đề - CNSH Trường Đại Học Cần Thơ nằm quyền kiểm soát đạo Viện Parteur Paris cơng trình khoa học đảm bảo uy tín chất lượng Giai đoạn 1945 - 1954 Trong điều kiện kháng chiến mn vàn khó khăn, phải đối đầu với bom đạn trận càn quét địch nhà khoa học Việt Nam sản xuất hàng triệu liều Vacxin, huyết để bảo vệ sức khỏe nhân dân Điển hình hai gương bác sỹ Nguyễn Văn Hưởng GS BS Đặng Văn Ngữ Năm 1949, BS Nguyễn Văn Hưởng sản xuất hàng loạt vacxin chống đậu mùa, tả, thương hàn tiến hành xét nghiệm bệnh vùng kháng chiến Ông đào tạo nhiều kỹ thuật viên, lập nhiều đội vệ sinh vùng tiêm chủng, hướng dẫn vệ sinh với phong trào phạm vi rộng lớn Một kiện khác năm 1950, GS.BS Đặng Văn Ngữ GS BS Đặng Ngọc Thạch thử nghiệm thành công nuôi cấy nấm Penicilium để làm thuốc rửa vết thương BS Đặng Văn Ngữ trực tiếp sản xuất dịch thô penicillin chiến khu Việt Bắc Ơng thành cơng nghiệp khoa học với nhiều lĩnh vực như: đào tạo cán y tế cấp, nghiên cứu khoa học, tổ chức đạo công tác tiêu diệt bệnh sốt rét tồn miền Bắc Ơng người xây dựng nên môn sinh vật học ký sinh trùng trường Đại học Y Hà Nội xây dựng Viện sốt rét ký sinh trùng côn trùng Giai đoạn 1955 tới Sau 1955, CNSH Việt Nam phát triển mạnh lực lượng với đa dạng lĩnh vực nghiên cứu đào tạo Có nhiều cán đào tạo nước Tuy nhiên, thành tựu mang tính ứng dụng cụ thể hạn chế, hầu hết cơng trình lặp lại nghiên cứu nước ngồi Điển hình như: - Cơng nghiệp vacxin: lĩnh vực đạt hiệu cao Các công ty vacxin nước sản xuất đủ lượng để đáp ứng nhu cầu phòng bệnh hàng năm nước ta, như: vacxin viêm gan B, vacxin viêm não Nhật Bản, vacxin tả, vacxin dại nhiều loại khác thương - hàn, ho gà, uốn ván Công nghiệp rượu bia, bột ngọt: Công nghiệp bia rượu chủ yếu thừa hưởng lại từ thời Pháp thuộc; năm 1996, nhà máy bọt Ajinomoto, Vedan nhà máy bia liên doanh xây dựng nhiều tỉnh thành nước Báo cáo chuyên đề - CNSH - Trường Đại Học Cần Thơ Từ năm 1995, kỹ thuật CNSH đại bắt đầu nghiên cứu viện trường Đại học Cụ thể như: chẩn đoán phân tử, chuyển gen động thực vật, vi - sinh vật tái tổ hợp, vacxin tái tổ hợp lập đồ gen Cho đến nay, có nhiều giống cây, giống vật nuôi viện nghiên cứu, trường đại học nước tạo lập với đặc tính đặc biệt, thiết thực đáp ứng nhu cầu ngành kinh tế, kỹ thuật Chẳng hạn, chuyển gen chịu hạn vào đậu tương để tạo giống đậu tương chịu hạn, chuyển gen kháng sâu vào ngô để tạo giống ngô kháng sâu, chuyển gen virus H5N1 vào bèo dùng bèo làm thức ăn cho gia cầm để tạo kháng thể miễn dịch H5N1 gia cầm, kỹ thuật nuôi cấy mô tạo giống chất lượng cao thực Viện Di truyền Nông nghiệp Các lĩnh vực công nghệ sinh học Công nghệ sinh học nông nghiệp Là lĩnh vực cơng nghệ sinh học có nhiều đóng góp việc cải thiện giống trồng, xây dựng kỹ thuật canh tác mới, nghiên cứu trình cố định đạm không thuộc họ đậu Công nghệ sinh học cải thiện nhân nhanh giống trồng Lĩnh vực có bốn ứng dụng chính: Ứng dụng kỹ thuật chọn dịng tế bào biến dị soma, nhân giống ống nghiệm (nhân giống in vitro), lai vơ tính hay cịn gọi dung hợp tế bào trần, kỹ thuật sản xuất đơn bội (1n) Cố định đạm biến nạp gen nif Dùng kỹ thuật gen tách gen nif từ thể cố định đạm chuyển sang trồng quan trọng lúa, ngơ mơ hình lý tưởng nhà tạo giống Các phương pháp canh tác mới, bao gồm: Phương pháp màng dinh dưỡng, hệ thống thủy canh Công nghệ sinh học chăn nuôi, bao gồm: Kỹ thuật cấy chuyển phơi, tạo chế phẩm phịng tránh bệnh cho động vật Công nghệ sinh học y dược Nhiều cơng trình nghiên cứu công nghệ sinh học ứng dụng thành công y dược, đặc biệt sản xuất thuốc chuẩn đoán bệnh Trong năm qua, lĩnh vực ứng dụng công nghệ di truyền mạnh y tế ngành sản xuất thuốc kháng sinh, vacxin, kháng thể đơn dịng protein có hoạt Báo cáo chuyên đề - CNSH Trường Đại Học Cần Thơ tính sinh học Hiện nay, nghiên cứu nhằm tìm kiếm chất kháng sinh tăng mạnh tượng vi sinh vật kháng lại tác dụng kháng sinh ngày nhiều Phạm vi ứng dụng kháng thể đơn dòng ngành y tế ngày tăng phân tích miễn dịch, định vị khối u, phát số protein có liên quan đến hình thành khối u, xác định có mặt loại vi khuẩn khác nhau, giúp cho bác sĩ xác định bệnh cách nhanh chóng xác Kháng thể đơn dịng tập hợp phân tử kháng thể đồng mặt cấu trúc tính chất Kháng thể đơn dịng tạo cách cho lai tế bào lympho hệ miễn dịch động vật người với tế bào ung thư Một số thể lai có khả tạo kháng thể đặc hiệu kháng nguyên Chọn thể lai nhân lên sản xuất kháng thể đơn dịng Các tế bào lai có khả tăng sinh vĩnh viễn môi trường nuôi cấy, tính chất nhận từ tế bào ung thư Nhờ công nghệ sử dụng ADN tái tổ hợp mà người ta sản xuất số protein có hoạt tính sinh học dùng để chữa bệnh insulin chữa bệnh tiểu đường, interferon chữa bệnh ung thư, hormon tăng trưởng cho người Bản chất công nghệ làm thay đổi máy di truyền tế bào vi sinh vật cách đưa gen mã hóa cho protein đặc hiệu bắt hoạt động để tạo lượng lớn loại protein mà người cần Công nghệ sinh học chế biến thực phẩm Công nghệ lên men lĩnh vực quan trọng sản xuất thực phẩm Việc tuyển chọn chủng vi sinh vật có khả lên men tốt, đem lại hiệu cao cần thiết Các nghiên cứu sử dụng công nghệ di truyền phục vụ cho công nghệ lên men chủ yếu vào hai hướng là: - Phân tích di truyền loại vi sinh vật sử dụng q trình lên men, xác định gen mã hóa cho tính trạng mong muốn nhằm tạo suất chất lượng sản phẩm lên men - Tạo vi sinh vật chuyển gen phục vụ cho qui trình lên men Ví dụ sản xuất rượu, ngày người ta dùng chủng vi sinh vật có khả tạo rượu cao cho hương vị tốt Phần lớn chủng nghiên cứu, tuyển chọn, lai tạo công nghệ di truyền Báo cáo chuyên đề - CNSH Trường Đại Học Cần Thơ Để sản xuất rượu vang, trước đây, người ta phải dùng hai loại vi sinh vật S cerevisiae để tạo hàm lượng rượu dịch lên men sau đó, sử dụngLeuconostos lên men phụ trình tàng trữ, nhằm nâng cao chất lượng rượu Ngày nay, người ta tiến tới dùng chủng vi sinh vật chuyển gen để thực hai trình Đối với sản phẩm lên men sữa phomat sữa chua, trước kia, người ta thường sử dụng vi sinh vật tự nhiên có mặt sữa để lên men Do vậy, người ta khó lịng kiểm sốt q trình lên men hiệu không cao Ngày người ta tạo chủng với tính chất xác định điều khiển trình lên men theo định hướng mong muốn Bằng công nghệ vi sinh vật, công nghệ gen người ta tạo chủng vi sinh vật có khả tổng hợp enzyme chịu nhiệt, chịu axit, chịu kiềm tốt để sản xuất enzyme Enzyme λ-amylase chịu nhiệt sử dụng nhiều để sản xuất mạch nha, đường glucose từ tinh bột Trước đây, công nghiệp thực phẩm nghiên cứu công nghệ sinh học sử dụng chủ yếu để hồn thiện quy trình cơng nghệ lên men truyền thống Cịn nay, nghiên cứu cơng nghệ sinh học chủ yếu liên quan đến việc tạo chủng có suất sinh học cao việc áp dụng chúng vào công nghệ lên men đại, sản xuất chế biến loại sản phẩm sau: - Công nghiệp sản xuất sữa, Công nghệ sinh học chế biến tinh bột, Sản xuất nước uống lên men, như: bia, rượu nho, rượu chưng cất - Sản phẩm chứa protein, như: protein vi khuẩn đơn bào, protein từ tảo lam cố định đạm cyanobacteria vi tảo - Sản xuất chất tăng hương vị thực phẩm, như: axit citric, axit amino, vitamin màu thực phẩm, chất tăng vị thực phẩm, keo thực phẩm - Chế biến rau Công nghệ sinh học bảo vệ môi trường Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, loài người phải bắt đầu tìm cách giải vấn đề nhiễm môi trường biện pháp khác Trong đó, biện pháp cơng nghệ sinh học ngày tỏ ưu việt so với biện pháp khác Nói chung, vấn đề bảo vệ mơi trường giải theo ba hướng sau: 10 ... gì? Đó tế bào - thứ khơng thể thiếu thể sống Giờ phát triển thành nghành công nghệ sinh học tế bào B GIỚI THIỆU I SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Khái niệm công nghệ sinh học Công nghệ sinh học sản... hữu cơ, chất kháng sinh, vitamin, enzyme… Công nghệ sinh học đại: Công nghệ di truyền, công nghệ tế bào, công nghệ enzyme protein, công nghệ vi sinh vật, công nghệ lên men, công nghệ môi trường…... hợp tế bào học với Di truyền học, Sinh học phân tử, Sinh học phát triển, Miễn dịch học để đời chuyên ngành trung gian Di truyền tế bào, Tế bào học 12 Báo cáo chuyên đề - CNSH Trường Đại Học Cần