DI TRUYỀN HỌC CHỌN GIỐNG VI SINH VẬT

trtr
TiÓu luËn
Di truyÒn häc chän gièng vi sinh vËt
“phage vµ vai trß cña phage trong viÖc t¹o
vector t¸ch dßng”
T
r
-
Hä tªn SV: TrÞnh KÕ Thi
Hä tªn SV: TrÞnh KÕ Thi
GV
GV
– TS: NuyÔn Hång V©n
– TS: NuyÔn Hång V©n
Chuyên đề Di truyền học chọn giống vi sinh vật.
Vi sinh vật chọn giốngCông nghệ sinh học hiện đại (công nghệ gen) tuy ra đời muộn
nhng những thành tựu của ngành khoa học thực nghiệm này đã đóng góp vai trò rất
to lớn trong sự sống còn của loài ngời. CNSH liên quan trực tiếp đến những vấn đề
thiết thực nhát của sự sống nh: lơng thực, thực phẩm, thuốc chữa bệnh, y học, xử lí
môi trờng . Khi nghiên cứu về công nghệ sinh học hiện đại ta không thể không đề
cập đến công nghệ chuyển gen, ghép gen, một trong số những phơng pháp ghép gen
hiệu quả và phổ biến đó là phơng pháp tạo vector tách dòng nhờ thể thực khuẩn
(phage). Sau đâu tôi xin trình bày sơ lợc một số vấn đề về phage và vai trò của
phage trong việc tạo vector tách dòng
I. Phage và các cơ chế sinh sản của phage
1) Thế nào là thực khuẩn thể
Thực khuẩn thể (phage) là một thể ăn vi khuẩn, hay nói cho đúng: là virus của
vi khuẩn, nó có thể gây bệnh và tiêu diệt vi khuẩn. Thực khuẩn thể không phải là
phát hiện mới. Nó đã đợc biết đến từ lâu do Twort phát hiện đầu tiên và 2 năm
sau (1917) đợc dHerelle nghiên cứu kỹ. Từ nhiều công trình nghiên cứu và thực
nghiệm dHerelle nhận xét: nguyên nhân của hiện tợng thực khuẩn thể là một

loại vi sinh vật rất nhỏ, có khả năng gây bệnh cho vi khuẩn với triệu chứng chính
là dung giải. Sau đó, càng ngày càng tìm ra nhiều loại thực khuẩn thể khác nhau
tơng ứng với từng loại vi khuẩn nh: phẩy khuẩn tả, thực khuẩn thơng hàn, dịch
hạch, các tụ cầu khuẩn, liên cầu, Brucella, Mycobacteria. Về bản chất đó là sự
tan vỡ của tế bào vi khuẩn, do tác dụng của một loại thực khuẩn thể tơng ứng. Thí
dụ trong môi trờng lỏng đã có vi khuẩn phát triển, nếu ngời ta cho vào đấy thực
khuẩn thể tơng ứng, thì môi trờng trớc kia đục ngầu vì có vi khuẩn sẽ trở thành
trong suốt sau vài giờ. Trên bề mặt môi trờng thạch đặc vừa mới cấy vi khuẩn,
ngời ta rỏ một giọt thực khuẩn thể tơng ứng vào một điểm, thì sau một thời gian
để ở tủ ấm 370C, chỗ đã rỏ giọt thực khuẩn thể sẽ trơ thạch ra, còn ở bề mặt còn
lại vi khuẩn mọc kín hết.
Nhà văn Sinclair Lewis là ngời đầu tiên đã nói về liệu pháp thực khuẩn thể
chữa bệnh nhiễm trùng, trong cuốn tiểu thuyết mang tên Arrowsmith xuất bản
vào năm 1925 của ông. Các nớc Đông Âu và Liên Xô cũ, trong nhiều thập kỷ đã
ứng dụng liệu pháp thực khuẩn thể vào điều trị có hiệu quả cao, nhng chỉ đợc ít
ngời biết đến. Đặc biệt là sự xuất hiện của nhiều loại thuốc kháng sinh với những
thắng lợi rực rỡ của nó, đợc coi là sử dụng đơn giản và hiệu quả, thực khuẩn thể
hầu nh đã bị mọi ngời lãng quên.
2) Cơ chế hoạt động của thực khuẩn thể.
Hiện tợng thực khuẩn thể nói chung rất đặc hiệu, giống nh chìa nào chỉ mở đ-
ợc ổ khóa ấy - một chuẩn vi khuẩn chỉ bị một thực khuẩn thể tơng ứng làm tan vỡ
mà thôi. Cấu tạo hóa học chủ yếu của thực khuẩn thể là AND và protein. Nó có
cấu tạo kháng nguyên đặc hiệu và riêng cho từng loại một. Thực khuẩn thể chỉ có
thể nhân lên khi ký sinh vào các tế bào vi khuẩn... Trớc tiên thực khuẩn thể bám
2
Chuyên đề Di truyền học chọn giống vi sinh vật.
vào các tế bào vi khuẩn bằng bề mặt ở cuối đuôi, màng vi khuẩn sẽ bị thủy phân
và AND chứa trong đầu thực khuẩn thể đợc bơm vào trong tế bào vi khuẩn. Việc
tổng hợp AND, ARN và protein của vi khuẩn bị đình chỉ ngay tức khắc, nhng
việc tổng hợp AND và protein và thực khuẩn thể bắt đầu. Các thí nghiệm về hóa

học sinh vật đã cho thấy rằng các khả năng tổng hợp của tế bào vi khuẩn vẫn đợc
giữ nguyên vẹn ở mức độ vừa đủ để duy trì sự tồn tại và cung cấp năng lợng cho
các hoạt động tế bào, nhng việc kiểm soát cái gì sẽ đợc tổng hợp ra bây giờ dới
quyền hớng dẫn bởi AND của thực khuẩn thể, dẫn tới sự nhân lên của các thành
phần đơn vị dới thực khuẩn thể, rồi cuối cùng chúng tự sắp xếp lại thành những
hạt thực khuẩn thể hoàn chỉnh và phá vỡ vi khuẩn chứa nó. Các thực khuẩn thể
vừa đợc giải phóng lại tìm đến ký sinh vào tế bào vi khuẩn khác và lại tiếp tục
xảy ra một loạt các quá trình nh nói trên, vi khuẩn mới lại bị hủy diệt.
3) Các phơng thức sinh sản của phage
Gồm 2 dạng cơ bản là chu trình sinh tan (Lytic cycle) và chu trình tiềm tan
(Lysogenic cycle).
3.1 Chu trình sinh tan
- Phage sinh tan là những phage luôn làm tan tế
bào vi khuẩn khi chúng xâm nhập VK này, . Ví
dụ: phage T2, T4.
- Phage độc xâm nhập vi khuẩn, sử dụng nguyên
liệu của tế bào vi khuẩn để tái bản ADN của
chúng, tạo vỏ protein rồi phá vỡ tế bào vi khuẩn
và giải phóng ra các phage con. Các phage tạo
thành tiếp tục xâm nhiễm các tế bào vi khuẩn liền kề.
Sơ đồ: Khái quát hóa chu trình
sinh tan của phage
- Tái tổ hợp di truyền trong chu trình sinh tan Hai phage có kiểu gen khác
nhau cùng xâm nhiễm một tế bào vi khuẩn, chúng có thể tái tổ hợp với nhau
tạo ra phage con có kiểu hình tái tổ hợp
Tần số tái tổ hợp: =
Số lư ợng phage t á i tổ hợp
Số phage con
x100
VD: Hai thể đột biến phage T4 cùng xâm nhiễm E. coli: một dạng là tạo vết

tan đục, rộng, dạng kia là tạo vết tan sáng, nhỏ. Sau một chu trình sinh tan,
chúng có thể tạo ra các phage con có kiểu hình mới: tạo vết tan đục, nhỏ
hoặc tạo vết tan sáng, rộng.
Ngời ta cũng có thể lập bản đồ di truyền cho phage bằng Lây nhiễm kép E.
coli bởi hai phage. (Hình bên)
Thu đợc các dạng vết tan phage thế hệ sau từ phép
lai h#r+ # h+r#
Kiểu hình Kiểu gen
Trong, nhỏ
h# r+
Đục, to
h+ r#
3
Chuyên đề Di truyền học chọn giống vi sinh vật.
Đục, nhỏ
h+ r+
Trong, to
h# r#
Trong lây nhiễm kép, genom của 2 phage đã tái tổ hợp và diễn ra sự trao đổ
chéo với nhau dẫn đến hiện tợng hoán vị gen. Tần số các kiểu hình hoán vị sẽ
xác định khoảng cách tơng đối của các gen trên ARN phage
3.2. Chu trình tiềm tan
- Phage sau khi xâm nhiễm vào tế bào vi khuẩn chủ ADN của phage lồng
ghép với ADN NST vi khuẩn và không phá vỡ tế bào vi khuẩn (thể tiềm tan),
còn ADN phage nằm trên NST vi khuẩn đợc gọi là prophage.
- Thể tiềm tan phân bào tạo thành các thể tiềm tan con.
- Nếu môi trờng thuận lợi, prophage có thể đợc hoạt hóa, tách khỏi NST vi
khuẩn và tạo vỏ bọc protein rồi bắt đầu chu trình sinh tan, phá vỡ tế bào chủ,
giải phóng các phage con (Chu kỳ phage tiềm tan đối với tế bào chủ)
Cơ chế tái tổ hợp vật chất di truyền của phage: Lồng ghép ADN phage

với NST vi khuẩn
ở phage #, ADN có dạng mạch thẳng với hai đầu có trình tự bổ trợ nhau (là
các đầu dính), có thể tạo thành dạng vòng.
ADN phage và ADN vi khuẩn có chứa vị trí đặc thù gọi là vị trí đính
(attachment site - att #). Tại vị trí đính, ADN vòng cuả phage và ADN vi
khuẩn đính vào nhau, sau đó đứt nối và xảy ra quá trình trao đổi chéo để
tạo ra NST lồng ghép, với sự tham gia của enzyme đặc hiệu (int) xúc tác.
4. Các cơ chế tái tổ hợp vật chất di truyền của phage
4.1. Tải nạp chung:
- Tải nạp chung là sự tải nạp trong đó bất kỳ gen nào của thể cho cũng có thể
đợc truyền sang thể nhận bởi phage.
VD: Phage T1 xâm nhiễm E. coli là một phage tải nạp chung.
4
Chuyên đề Di truyền học chọn giống vi sinh vật.
- Bất kì gen nào của vi khuẩn cũng đều đợc tải nạp.
- Tải nạp có đợc là do gói nhầm DNA của tế bào chủ khi phage trởng thành
(1-2% genome TB chủ)
Cơ chế tải nạp chung
- Phage T1 tạo ra enzyme nuclease cắt ADN vi khuẩn thành các đoạn có
kích thớc tơng đơng với ADN phage.
- Hình thành hạt tải nạp chứa các đoạn cắt ngẫu nhiên từ NST vi
khuẩn,
- Hạt tải nạp xâm nhiễm tế bào vi khuẩn E. coli khác, chúng có thể trao đổi
chéo tại các đoạn tơng đồng với NST vi khuẩn nhận.
4.2. Tải nạp đặc hiệu
- Là hiện tợng tải nạp trong đó phage chỉ có thể truyền một số gen nhất định
từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận
- Tải nạp đặc hiệu xảy ra do phage tiềm tan vi khuẩn chủ, ADN của nó xen
vào NST vi khuẩn chủ tại vị trí đặc thù
- Những gen đợc chuyển nằm gần chỗ phage gắn vào.

- Thờng ở prophage # thực hiện.
- Do kết quả sự cắt sai của phage khi tách khỏi nhiễm sắc thể của tế bào chủ.
Cơ chế tải nạp đặc hiệu
- Trong điều kiện cụ thể, ở các tế bào tiềm tan, sự sinh tan bắt đầu.
- ADN phage tách khỏi NST vi khuẩn có thể tại vị trí khác với điểm đính,
tạo ra ADN phage chứa một số gen nào đó của vi khuẩn
5