bài giảng công nghệ sinh học chương 1 mở đầu

CÔNG NGHỆ SINH HỌC
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
Giới thiệu môn học
Định nghĩa: sinh học (biology) bios sự sống là ngành khoa
học nghiên cứu về sự sống, là ngành khoa học nghiên
cứu về sinh vật.
Công nghệ sinh học
- Định nghĩa:
Công nghệ: là quy trình sản xuất quy mô công nghiệp
có ứng dụng các thành tựu về khoa học kỹ thuật để
làm ra các sản phẩm phục vụ con người.
CNSH: là những quy trình sản xuất hoặc các giải pháp
kỹ thuật sử dụng quá trình trao đổi chất của sinh vật để
làm ra các sản phẩm hoặc để thực hiện những chuyển
hóa có lợi cho cuộc sống của con người.
Lịch sử phát triển của ngành CNSH
Công nghệ sinh học phát triển cho đến ngày nay, đã
qua ba giai đoạn chính:
- Công nghệ vi sinh.
- Công nghệ tệ bào (nuôi cấy mô tế bào động –thực
vật)
- Công nghệ sinh học hiện đại công nghệ gen.
1. CNSH và các sản phảm truyền thống
1. CNSH và các sản phảm truyền thống
2. CNSH và những thành tựu khoa học đầu tiên
- 1680 Hà Lan Leeweenhook
- Nhà bác học Pasteur sống ở thế kỷ 19 người Pháp.
- Hình thành ngành CN sản xuất sinh khối (nấm men
bánh mì).
3. CNSH và các chất kháng sinh cùng với nhiều sản phẩm quý khác
Đầu TK20 đến 1950-1960

- 1928-1929 nhà bác học Fleming là người đầu tiên phát
hiện ra kháng sinh Penicillin từ nấm mốc Penicillin.
- Hình thành ngành CNSX vitamin, alkaloid, nucleotid,
acid amin, chất kích thích sinh trưởng.
4. CNSH và kỹ thuật gen - sinh học phân tử
- 1953 hai nhà bác học Mỹ Watson và Crick đã phát hiện
ra ADN và cấu trúc xoắn kép.
- Kỹ thuật gen (công nghệ gen) là làm thay đổi hệ thống
gen trong các tế bào sinh vật để thu nhận những tế bào
mới có những tính chất ưu việt hơn so với những tế bào
ban đầu.
- Hoàn thiện các quy trình sx và tinh sạch sản phẩm.
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
Kháng sinh tố đầu tiên: mốc của đậu phụ được dùng để chữa nhọt (Trung
Quốc).
500 trước
CN
 Lần đầu tiên sử dụng công nghệ sinh học, đó là dùng men để
làm nở bột mì và lên men bia (Ai Cập).
 Sản xuất phomat và lên men rượu vang (Sumeria, Trung Quốc
và Ai Cập).
 Người Babylon kiểm soát nhân giống cây chà là bằng cách thụ
phấn có chọn lọc những cây cái với phấn hoa của một số cây đực nhất
định.
4000-2000
trước CN
Con người phát hiện họ có thể cải thiện những vụ ngô bằng cách gieo hạt
giống lấy từ những cây ngô tốt nhất.
5000 trước
CN

 Con người thuần hoá cây trồng và động vật.
 Lần đầu tiên khoai tây được trồng làm lương thực.
8000 TCN
Sự kiệnNăm
(Nguồn: Nanocomputer (11/2001); timelinescience.org; Wood, Carl; IVF, In Vitro
Fertalisation; Hill of Content; Melb; ivfmeds.com; IVF Drugs); Công nghệ cấy truyền phôi
bò (NXB Khoa học và kỹ thuật, 2003); XY Files (2003); Genetics saving and clone, Inc.
(2003); Biotechnology Industry Organization & Blue House Publisihing (2004) . /.
Thuốc trừ sâu đầu tiên: bột hoa cúc (Trung Quốc). 100 sau CN
John Hunter lần đầu tiên làm thụ tinh nhân tạo cho người và em bé
ra đời trong cùng năm.
1785
Các linh mục Italia bắt đầu những thí nghiệm thụ tinh nhân tạo cho
bò sát.
1777
Koelreuter thông báo đã lai thành công nhiều loài cây trồng .1761
Leeuwenhoek phát hiện vi khuẩn.1675
Hooke phát hiện sự tồn tại của tế bào.1665
Janssen phát minh ra kính hiển vi.1590
Một tù trưởng A Rập lần đầu tiên dùng thụ tinh nhân tạo để tạo ra
những con ngựa ưu việt.
1322
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
Johann Friedrich Miescher chiết suất từ nhân bạch cầu được một sản phẩm về
sau gọi là ADN.
1869
Khởi đầu khoa học di truyền: Gregor Mendel (một thầy tu người áo) khi
nghiên cứu về đậu Hà Lan đã phát hiện ra rằng những tính trạng di truyền
được chuyển giao từ thế hệ bố mẹ sang đời con theo cách có thể dự đoán
được, đó là các định luật cơ bản về di truyền. Mendel được xem là người cha

về Di truyền học.
1865
Charles Darwin công bố lý thuyết tiến hoá bằng chọn lọc tự nhiên. Quan
điểm chọn lọc cẩn thận bố mẹ và loại thải đời con có thể biến đổi đã ảnh
hưởng rất lớn đến các nhà nhân giống cây trồng và động vật vào cuối những
năm thứ 1800, cho dù họ chưa biết gì về di truyền học.
1859
Pasteur giả thiết vi khuẩn gây nên sự lên men. 1857
Schleiden và Schwann giả thiết rằng các tổ chức được cấu tạo từ các tế bào và
Virchow tuyên bố "Mọi tế bào đều được sinh ra từ một tế bào".
1835 -
1855
Lần đầu tiên phát hiện và phân lập được enzyme.1833
Phát hiện các proteins.1830
Jenner chủng văcxin siêu trùng cho một em bé để phòng bệnh đậu mùa.1797
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
Có ý định cấy phôi cho loài có vú1880
Fleming phát hiện chromatin (có cấu trúc hình roi) trong nhân tế bào về sau trở
thành nhiễm sắc thể (chromosome).
1879
Laval đưa ra máy ly tâm đầu tiên.1878
Koch phát triển kỹ thuật nhuộm và xác định các vi khuẩn.1877
Wilhelm Roux thử nghiệm đầu tiên về lý thuyết chất mầm. Khi phá hủy 1 tế bào
của phôi ếch 2 tế bào bằng một cây kim nóng, sẽ làm phát triển 1/2 phôi, điều này
hỗ trợ một cách sai lầm cho lý thuyết của Wilhelm Roux.
1888
Wilhelm Roux và August Weismann đã độc lập đưa ra lý thuyết về chất mầm
(germ plasm). Trứng và tinh trùng đóng góp số lượng nhiễm sắc thể bằng nhau
cho hợp tử (trứng đã thụ tinh). Các nhiễm sắc thể là những vật mang tiềm năng di
truyền, và những tế bào mầm của phôi chỉ là những tế bào mang một bộ nhiễm

sắc thể hoàn chỉnh (còn gọi là yếu tố di truyền của nhân), còn các loại tế bào soma
(tế bào thể) chỉ chứa một phần của những tiềm năng cần thiết cho loại hình tế bào
đặc biệt này.
1880
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
Ruồi giấm được sử dụng trong những nghiên cứu ban đầu về gen. 1900
Hans Dreich phân lập các phôi bào (blastomer) của phôi 2 và 4 tế bào
của nhím biển và theo dõi sự phát triển của chúng thành những ấu trùng
nhỏ nhưng hoàn chỉnh. Thí nghiệm này và những thí nghiệm khâc đã
bác bỏ lý thuyết của Weismann – Roux.
1894
Lần đầu tiên cấy phôi thành công. 1891
 áp dụng lý thuyết của Darwin, các nhà nhân giống cây trồng đã lai
bông, tạo đựơc hàng trăm giống bông có chất lượng ưu việt.
 Lần đầu tiên nông dân đưa vào đồng ruộng các vi khuẩn cố định
đạm để cải thiện năng suất cây trồng.
 William James Beal lần đầu tiên sản xuất ngô lai trong phòng thí
nghiệm.
1870-
1890
 Robert Dickinson bắt đầu làm thí nghiệm với tinh trùng cho, nhưng
công trình của ông phải tiến hành trong bí mật vì sự cấm đoán của Nhà
thờ Thiên chúa giáo.
 Walter Heap cấy truyền phôi thành công cho thỏ.
1890
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
Lần đầu tiên Rous phát hiện virut gây ung thư.1911
Xuất hiện thuật ngữ di truyền học.1906
Herbert Webber (Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ) đưa ra thuật ngữ "clon"
(thậm chí trở thành "clone") để mô tả về "bất cứ một nhóm nào

đó của tế bào hoặc tổ chức được sinh ra một cách vô tính từ một tổ
tiên được sản sinh một cách vô tính ".
1903
 Lần đầu tiên xuất hiện thuật ngữ miễn dịch học.
 Hans Spemann cắt một phôi kỳ giông ở giai đoạn 2 tế
bào thành 2 mảnh riêng rẽ, mỗi nửa phôi phát triển thành một con kỳ
giông. Trong thí nghiệm này, Spemann đã "nhân bản" ("cloning")
theo kiểu như vậy để tạo nên 2 hoặc 3 cá thể.
1902
Hans Spemann cắt một phôi mới (giai đoạn 2 tế bào) thành 2 phần,
đã thành công khi cho sản sinh ra 2 ấu trùng.
1901
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
Evans và Long phát hiện hormon sinh trưởng người.1920
Lần đầu tiên xuất hiện thuật ngữ công nghệ sinh học trong các ấn phẩm.1919
Phát hiện thể thực khuẩn (hoặc là virut xâm thực vi khuẩn).1915
 Lần đầu tiên vi khuẩn được dùng để xử lý nước cống tại Manchester
(Anh Quốc).
 Spemann đã sớm tiến hành cấy nhân. Bằng một sợi tóc trẻ con, ông
thắt một trứng mới thụ tinh (hợp tử), dồn nhân sang một bên, còn tế bào chất
sang một bên. Khi phần phía bên nhân của tế bào phân chia đến giai đoạn 16
tế bào, một mảnh nhân trượt qua phần tế bào chất. Sự phân chia tế bào cũng
bắt đầu ở phần mà trước đây chỉ có tế bào chất, và nút buộc của sợi tóc được
siết chặt lại không cho phần nhân tiếp tục cấy sang nữa. ấu trùng sinh đôi đã
phát triển, một con hơi già hơn (ở phía ban đầu là nhân), còn một con thì
non hơn (ở phía ban đầu là tế bào chất). Điều này chứng tỏ nhân ở giai đoạn
16 tế bào có thể định hướng cho sự sinh trưởng của ấu trùng kia.
1914
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
Cấy truyền phôi thành công cho dê1932

Một hội nghị của Hoa Kỳ đã thông qua đạo luật cấp bằng sáng chế về cây
trồng, cho phép cấp bằng phát minh cho những sản phẩm từ nhân giống cây
trồng.
1930
Phoebus Levene đã phát hiện một chất đường mà trước đó chưa được biết
đến (deoxyribose) trong các acid nucleic không chứa ribose. Những acid
nucleic ấy về sau được gọi là acid deoxyribonucleic, hoặc là ADN.
1929
 Alexander Fleming phát hiện Penicillin là một kháng sinh tố.
Một xét nghiệm quy mô nhỏ về trực khuẩn thuringiensis (Bacillus
thuringiensis - Bt) dùng khống chế sâu đục thân ngô được bắt đầu ở
châu Âu.
 Karpechenko lai cây cải củ với cải bắp tạo nên thế hệ lai sinh sản tốt.
 Laibach lần đầu tiên dùng kỹ thuật tách phôi để có được nhiều thế hệ lai
trong cây trồng, mà ngày nay gọi là sự lai tạo.
 Lần đầu tiên, Spemann dùng kỹ thuật chuyển nhân trong công nghệ sinh
sản kỳ giông.
1928
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
Kính hiển vi điện tử được sử dụng để xác định và mô tả đặc điểm một thể thực
khuẩn (một virut nhiễm vào vi khuẩn).
Penicillin được sản xuất hàng loạt trong vi khuẩn.
1942
Lần đầu tiên, A. Jost (một nhà vi sinh vật học Đan Mạch) đưa ra thuật ngữ kỹ
thuật di truyền trong một bài giảng (tại Viện Kỹ thuật ở Lwow - Ba Lan) về sinh
sản của men.
1941
 Xuất hiện thuật ngữ sinh học phân tử.
 Loại thuốc sinh học trừ sâu (có gen Bt - Bacillus thuringiensis) được sản
xuất dưới dạng thương mại hoá tại Pháp.

 Trên cơ sở nghiên cứu của mình, Spemann đưa ra "thí nghiệm diệu kỳ" về
cloning bằng chuyển nhân của những tế bào thể trưởng thành, nhưng còn thiếu
công nghệ để xúc tiến.
1938
Cấy truyền phôi thành công cho cừu.1934
 Cấy truyền phôi thành công cho chuột cống.
 Ngô lai (do Henry Wallace phát triển trong những năm thứ 1920) đã được
thương mại hoá.
1933
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
Kỹ thuật pauling cho thấy bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm là một "bệnh
phân tử" do có đột biến trong hemoglobin phân tử.
1949
McClintock phát hiện gen chuyển đoạn trong ngô.1947
 Phát hiện vật chất di truyền từ những virut khác nhau có thể được tổng
hợp thành một dạng virut mới, một ví dụ của tái tổ hợp gen.
 Ghi nhận mối đe doạ do mất tính đa dạng di truyền; một hội nghị của
Mỹ tài trợ cho việc tập hợp, bảo tồn và sử dụng cây trồng một cách có hệ
thống và rộng rãi.
1946
Những báo cáo ban đầu về dẫn tinh bằng tinh dịch con cho được công bố
trong tạp chí nước Anh British Medical Journal (BMJ).
1945
 Avery và cộng sự đã chứng minh ADN có mang thông tin di
truyền.
 Waksman phân lập được streptomycin, một kháng sinh tố có
hiệu lực đối với bệnh lao.
1944
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
Bản thảo của James Watson (hoá sinh học) và Francis Crick (sinh học)

đăng trên tạp chí khoa học Nature mô tả vòng xoắn kép của ADN, đánh
dấu cho sự bắt đầu của kỷ nguyên di truyền. Công trình này được lĩnh
giải Nobel sinh lý học năm 1963.
1953
Robert Briggs và Thomas J. King đã cấy nhân tế bào thể của phôi ếch vào
một trứng chưa thụ tinh đã loại bỏ nhân. Những trứng đã được cấy nhân
này phát triển thành nòng nọc và nhiều con biến đổi thành ếch con. Kỹ
thuật cấy nhân này đã trở thành thí nghiệm nguyên mẫu cho cloning những
cơ thể đa bào. Tuy thí nghiệm thành công, các nhà khoa học cho rằng phải
hơn 40 năm nữa cũng chưa có thể dùng tế bào thể trưởng thành trong
cloning động vật cấp cao.
1952
 Đã hoàn thành kỹ thuật thụ tinh nhân tạo cho gia súc bằng tinh
dịch đông lạnh.
 Cấy truyền phôi thành công cho bò, lợn.
1951
Phôi của phiều loài có vú được cloning bằng cách cắt phôi, nhưng ít thành
công khi cắt phôi ở những giai đoạn trước khi đến "tuổi" để cấy vào tử
cung.
1940 - 1950
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
 Xác định nguyên nhân của bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm là do
sự biến đổi của một amino acid đơn.
 Lần đầu tiên ADN được tạo ra trong ống nghiệm.
 Nhà sinh học F.E. Steward đã trồng một cây carôt hoàn chỉnh (do 1 tế
bào rễ carôt đã được biệt hoá trong phòng thí nghiệm Sinh lý tế bào - Đại học
Cornell) . Điều này làm cho người ta tin rằng có thể cloning từ những tế bào
trưởng thành.
1958
Kornberg phát hiện enzyme polymerase I ADN, nhờ đó người ta hiểu được ADN

được sao chép như thế nào.
1956
4 trường hợp thụ thai (dùng tinh dịch đã đông lạnh từ trước)1955
Lần đầu tiên phân lập được một enzym có liên quan đến quá trình tổng hợp một
acid nucleic.
1955
Con thỏ được IVF đầu tiên ra đời1954
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
John B. Gurdon và Robert G. McKinnell cấy nhân cho các giống ếch
(Xenopus và Rana, tương ứng) đã tạo ra đời con bình thường. Điều này
chứng tỏ tính toàn năng của nhân phôi.
1961 - 62
USDA ghi nhận thuốc sinh học trừ sâu đầu tiên: Bacillus thurigniensis
(Bt).
1961
 Khai thác những cặp base, tạo được những phân tử hybrindDNA-
ARN.
 Khám phá thể truyền tin ARN.
1960
 Phát hiện interferon
 Tổng hợp được kháng sinh tố đầu tiên.
Cũng trong
những năm
1950
 Phát triển thuốc diệt nấm ngấm qua mầm.
 Xác định các bước sinh tổng hợp protein.
 Từ 1 phôi thỏ, Seidel đã cắt và nhân lên thành 4 phôi.
1959
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
Hoàn thiện chiếc máy đầu tiên tự động giải trình tự protein.1967

Marshall Niremberg, Heinrich Mathael và Severo Ochoa đã xác định những
chuỗi mã nào đã quy định cho từng acid amin, bằng cách đó giải được mã di
truyền và mở ra cánh cửa để tiến vào công nghệ gen.
1966
Robert G. McKinnell, Thomas J. King, và Marie A. Di Berardino đã tạo ra
được những con nòng nọc từ những tế bào trứng đã loại bỏ nhân được tiêm
nhân tế bào biểu mô ung thư của thận ếch trưởng thành. Điều này chứng tỏ
một số tế bào ung thư có thể bị khống chế trong quá trình biệt hoá và làm cho
tế bào ung thư đang biệt hoá có thể ngừng tiến triển.
1962 - 65
Harris and Watkins đã hoà lẫn thành công tế bào của chuột nhắt và tế bào
người.
1965
Viện nghiên cứu lúa quốc tế ở Philippin bắt đầu cuộc cách mạng xanh với
những giống lúa mới cho năng suất gấp đôi những giống cũ nếu có đủ phân
bón.
1964
Norman Eorlaug đã đưa ra những giống lúa mì mới nâng cao năng suất 70%.
Công trình này được nhận giải Nobel năm 1970
1963
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
 Paul Berg (Đại học Sanford) đã tạo nên những phân tử
ADN tái tổ hợp đầu tiên bằng cách tổ hợp ADN của 2 cơ thể khác
nhau. Công trình này được nhận giải thưởng Nobel hoá học năm
1980.
 Đã phát hiện 99% thành phần ADN của người là giống
với tinh tinh (chimpanzee) và khỉ đột (gorillas).
 Khởi đầu của cấy phôi đông lạnh cho bò.
1972
Lần đầu tiên hoàn thành việc tổng hợp một gen.1971

 Norman Eorlaug nhận giải thưởng Nobel sinh lý học.
 Phát hiện những enzym hạn chế dùng cắt và nối gen, mở ra
con đường cho cloning gen.
 Thành công trong bảo quản phôi bò đông lạnh
1970
 Lần đầu tiên James Saplero (Đại học Havard) cùng với
Jonathan Beckwith đã phân lập được gen đầu tiên.
 Lần đầu tiên một enzym được tổng hợp in vitro.
 Lần đầu tiên thụ tinh in vitro cho người.
1969
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ
 ADN tái tổ hợp lần đầu tiên được áp dụng cho người.
 Sự lai phân tử được dùng chẩn đoán bệnh thiếu máu vùng biển alpha
trước khi sinh.
 Gen của men bia được đưa vào vi khuẩn E. coli.
 Đã xác định trình tự những cập base ADN cho một gen đặc biệt.
 Những hướng dẫn đầu tiên cho những thí nghiệm ADN tái tổ hợp đã
được công bố do Hội đồng cố vấn ADN tái tổ hợp -Y tế.
1976
 Chính phủ bắt buộc trước hết phải đưa ra những hướng dẫn để điều
hoà những thí nghiệm về ADN tái tổ hợp (Hội nghị Asilomar Conference,
California).
 Kháng thể đơn dòng đầu tiên được sản xuất.
1975
 Viện Y tế quốc gia thành lập Hội đồng cố vấn ADN tái tổ hợp để giám
sát việc nghiên cứu gen tái tổ hợp.
 Ngày 26/5/1974, thành lập Tổ chức cấy phôi quốc tế.
1974
 Lần đầu tiên trên thế giới, một trường hợp có chửa nhờ IVF đã được một
nhóm nhà khoa học công bố tại Melbourne (Australia), nhưng phôi bị chết sớm.

 Stanley Cohen và Herbert Boyer hoàn thành cấc kỹ thuật cắt dán ADN (dùng
enzym hạn chế và ligase) và tái sản xuất ADN mới trong vi khuẩn.
1973
NHỮNG MỐC THỜI GIAN ĐÁNG NHỚ