Nguyễn Huy Hoàng-sinh học phân tử-công nghệ DNA tái tổ hợp

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Đại học Thái Nguyên
Đại học Sư phạm
Công nghệ DNA tái tổ hợp

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Chu Hoàng Mậu
Học viên thực hiện : Nguyễn Huy Hoàng
Chuyên ngành : Di truyền học - K16



Thái Nguyên - 2009
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
1. Mở đầu
1.1. Công nghệ DNA tái tổ hợp là gì?
Công nghệ DNA tái tổ hợp (còn gọi là kỹ thuật di
truyền hay kỹ thuật gen) là một bộ phận quan trọng và là
công nghệ chìa khóa (key technology) của lĩnh vực công
nghệ sinh học.
Công nghệ DNA tái tổ hợp được ra đời trên cơ sở các
thành tựu của sinh học phân tử và hiện nay đang đóng vai trò
cách mạng đối với sự phát triển của sinh học cũng như cải
tạo sinh giới.
Các kỹ thuật tái tổ hợp DNA đã cho phép các nhà công
nghệ sinh học phân lập và khuếch đại một gen đơn từ
genome của một sinh vật để có thể nghiên cứu, biến đổi và
chuyển nó vào trong một cơ thể sinh vật khác. Các kỹ thuật
này còn được gọi là tạo dòng gen do nó có thể sản xuất ra
một số lượng lớn các gen xác định.

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn

1. Mở đầu

Sự khám phá ra các enzyme hạn chế trong những
năm đầu của thập kỷ 70, thế kỷ XX là sự phát triển then
chốt, không chỉ cho việc phân tích DNA hiệu quả hơn,
mà còn cung cấp khả năng cắt phân tử DNA để tạo ra
các đoạn DNA tái tổ hợp mới, mà ngày nay gọi là tạo
dòng gen. Phương pháp tạo dòng này đã báo hiệu một
kỹ năng mới trong thao tác phân tích và khai thác các
phân tử nucleic acid.
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
1.2. Mục đích tạo DNA tái tổ hợp
DNA tái tổ hợp được chế tác với mục đích là để thực
hiện một quá trình gọi là sự tách dòng. Tách dòng là sự
tách lập và thu nhận nhiều bản sao đồng nhất của một gen
hay của một mảnh đoạn DNA. Tách dòng có thể được đi
kèm hoặc không được đi kèm với sự biểu hiện protein.
Những áp dụng này của DNA tái tổ hợp dùng để thiết lập
các ngân hàng bộ gen, cDNA hoặc tổng hợp protein,
enzyme, hormone,

Hình 1.1. Cấu tạo phân tử DNA tái tổ hợp
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
1.3. Quy trình tạo DNA tái tổ hợp
Quy trình
công nghệ tạo
DNA tái tổ hợp
gồm 4 bước:
- Tách đoạn gen.
- Ghép đoạn gen

với vector.
- Nhân dòng phân
tử trong tế bào vi
khuẩn.
- Sàng lọc dòng vi
khuẩn mang gen
mong muốn.

Hình 1.2. Quy trình tạo DNA tái tổ hợp
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
1.4. Một vài công trình nghiên cứu về công nghệ
DNA tái tổ hợp
- Năm 1972, phân tử DNA tái tổ hợp đầu tiên được
tạo ra tại trường Đại học Stanford ( Mỹ ) do nhà khoa
học Paul Berg và các cộng sự thực hiện bằng cách sử
dụng đặc tính cắt của enzym giới hạn (Restriction
enzym) và khả năng nối các mạch DNA với nhau của
enzym nối ligase.
- Năm 1973, Staley Cohen và Boyer đã tạo ra
những phân tử DNA tái tổ hợp từ các loài khác nhau, có
nhiều ưu điểm và đã được biến nạp vào tế bào chủ. Và từ
đây, công nghệ DNA tái tổ hợp ra đời.
- Hoormone sinh trưởng người (hGH-human
growth hoocmon) là thành tựu đầu tiên của công nghệ
DNA tái tổ hợp.
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
- Vào những năm đầu của thập kỷ 80 thế kỷ XX,
người ta đã sản xuất interferol, sản xuất protein chống
đông máu v.v… nhờ kỹ thuật ADN tái tổ hợp
- Năm 1979, đã sản xuất và thương mại hóa

hoormone insulin người bằng công nghệ DNA tái tổ hợp
bằng cách chèn gen mã hóa hoormone insulin của người
vào plasmid và chuyển vào vi khuẩn để sản xuất insulin
người.
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
2. Công nghệ DNA tái tổ hợp và những thành
tựu đã đạt được
2.1. Khái niệm
DNA tái tổ hợp là
một phân tử DNA nhỏ,
được lắp ráp từ các đoạn
DNA lấy từ thể truyền và
gen cần chuyển.
Năm 1973, Staley
Cohen và Annie Chang đã
tạo ra những phân tử DNA
tái tổ hợp từ các loài khác
nhau, có nhiều ưu điểm và
đã được biến nạp trong tế
bào chủ. Và từ đây, công
nghệ DNA tái tổ hợp ra đời.
Hình 2.1. Quy trình tạo
phân tử DNA tái tổ hợp
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
2. Công nghệ DNA tái tổ hợp và những thành
tựu đã đạt được
2.2. Một số thành tựu đã đạt được:
- Vaccine DNA: đây là loại nucleic acid vaccine,
dựa trên nguyên lý một gen mã hóa cho protein kháng
nguyên đặc hiệu được tiêm vào vật chủ (tế bào động

vật hoặc vi sinh vật) để sản xuất các kháng nguyên này
và khởi động một phản ứng miễn dịch. Nhiều vaccine
phòng virus hiện nay (sởi, bại liệt, dại…) đều được sản
xuất từ nuôi cấy tế bào động vật mà không phải là tế
bào vi sinh vật.

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Phân lập một hoặc nhiều gen
từ tác nhân gây bệnh
(pathogen), đưa các gen này
vào trong vòng DNA của
plasmid và đóng lại (a). Các
vòng DNA sau đó được đưa
vào trong các nhóm tế bào
nhỏ, thường bằng cách tiêm
vào tế bào cơ (b) hoặc đẩy
vào da nhờ súng bắn gen (c).
Các gen được chọn lựa mã
hóa cho các kháng nguyên,
các chất có thể gây ra một
đáp ứng miễn dịch, thường
được sản xuất bởi tác nhân
gây bệnh.
Hình 2.2. Mô hình sản xuất
DNA vaccine
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Có tính an toàn cao, nhất là tránh được độc tính của
virus.
Một số vaccine DNA tái tổ hợp đã được ứng dụng
rộng rãi như: viêm gan B, viêm não Nhật Bản, dịch tả, sởi,

bại liệt, dại, sốt rét, lỡ mồm long móng
- Vaccine thực phẩm
Giá thành rẻ
Ổn định
Dễ dàng sản xuất trên quy mô lớn
Dễ quản lý
Không cần tinh sạch
Bảo quản lâu
Dễ vận chuyển
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Hình 2.3. Mô hình sản xuất vaccine thực phẩm
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Ứng dụng của vaccine thực phẩm kháng bệnh IBDV trên gà
Hình 2.4. Ứng dụng của vaccine thực phẩm
kháng bệnh IBDV trên gà
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
- Sản xuất insullin bằng kĩ thuật plasmit
Phân lập gen sản xuất insulin ở người, chuyển vào tế
bào vi khuẩn E.Coli thông qua plasmit.
Tổng hợp nhân tạo các gen mã hóa chuỗi A và B của
insulin người và đưa vào E.Coli thông qua kĩ thuật tạo
plasmit tái tổ hợp.
- Sản xuất xomatostatin bằng công nghệ plasmit tái
tổ hợp
Xomatostatin là loại hormon được tổng hợp ở não
người và động vật với lượng cực nhỏ, có vai trò điều hòa
hormon sinh trưởng và insulin đi vào máu và kiểm tra xự
tổng hợp 2 hormon trên.
Gen mã hóa xomatostatin được tổng hợp invitro, sau
đó gắn vào plasmit. Plasmit tái tổ hợp được biến nạp vào tế

bào E.Coli và xomatostatin được tổng hợp.
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
- Sản xuất interferon bằng công nghệ plasmit tái tổ hợp
Interferon là loại prrotein đặc biệt, có vai trò bảo vệ cơ
thể động vật khi bị nhiễm virut. Người ta đã tách gen mã
hóa interferon từ cơ thể sống và ghép vào plasmit, đưa vào
E.Coli để sản xuất interferon.
- Ứng dụng công nghệ ADN tái tổ hợp trong sản xuất nông nghiệp
Công nghệ AND tái tổ hợp đã tạo nên trên 40 giống cây
trồng mới có năng suất cao, mang gen chống chịu sâu bệnh.
Thành công trong việc tách dòng gen Nif là gen tổng
hợp enzyme xúc tác cho quá trình cố định nitơ phân tử, có
trong plasmit của vi khuẩn nốt sần cây họ Đậu chuyển vào
các cây không phải họ Đậu, tạo ra giống mới cho năng suất
cao mà không cần đến phân đạm.
Tạo ra giống thuốc lá mới mang gen kháng virut TMV
( tobaco mosaic virus).

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Hình 2.5. Tạo dòng vi khuẩn mang DNA tái tổ hợp
có chứa gen insulin người
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Hình 2.6. Tạo vaccine virus H5N1,
cơ chế loại độc tính ở gen HA của virus H5N1
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Hình 2.7. Vaccine tái tổ hợp HBsAg
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
- Sản xuất các protein tái tổ hợp
+ Hormone sinh trưởng người (N. tabacum) .
+ Albumin huyết thanh người (N. tabacum và

S. tuberosum)
+ Nhân tố sinh trưởng biểu mô ở người
(N. tabacum)
+ α-interferon người (O. sativa)
+ Hirudin (chống đông máu) (N. tabacum)
+ Erythorpoetin (N. tabacum)
+ α and β haemoglobin người (N. tabacum)
+ Interleukin-2 và Interleukin-4 (N. tabacum)
+ α1-antitrypsin người (O. sativa)
+ mGM-CSF (N. tabacum), hGM-CSF
+ Kháng thể đơn dòng IgG1 của chuột
(N. tabacum)
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
3. Kết luận
Khi những thí nghiệm khởi đầu dẫn đến sự ra đời
của kỹ thuật DNA tái tổ hợp được thực hiện và sự xuất
hiện insulin-sản phẩm đầu tiên vào năm 1982, và thí
nghiệm chuyển gen vào cây trồng năm 1982 thành công
thì đến nay công nghệ DNA tái tổ hợp đã có những bước
tiến khổng lồ trong các lĩnhvực 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, vaccine thực phẩm )
Với những kỹ thuật hiện đại, công nghệ DNA chắc
chắn sẽ phát triển mạnh mẽ trong tương lai với nhiều
thành tựu quan trọng mà hiện nay vẫn còn đang được
nghiên cứu.
Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Tài liệu tham khảo
1. www.ebook4u.vn.

2. www.violet.vn
3. Giáo trình Công nghệ sinh học
4. Lê Đình Lương-Quyền Đình Thi, 2004. Kỹ
thuật di truyền và ứng dụng, Nxb ĐHQG
Hà Nội.
5.Võ Thị Thương Lan, 2005. Sinh học phân tử,
NXB ĐHQG Hà Nội.
6. Phạm Thành Hổ, 2004. Di Truyền Học.
NXB Giáo dục, Hà Nội.
7. Chu Hoàng Mậu, 2005. Cơ sở và phương
pháp sinh học phân tử, NXB ĐHSP Thái
Nguyên.
8.Phạm Thành Hổ, 2005. Nhập môn công nghệ
sinh học. NXB Giáo dục, Hà Nội.