công nghệ sinh học, mối liên quan của nó với các ngành khoa học khác

HÓA SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
I.Đ Ặ T V ẤN ĐỀ
Trung Quốc đã có những giống lúa lai cho sản lượng tới 15 tấn/ha/vụ , có những giống ếch
mỗi năm đẻ trứng 8 lần, mỗi lần có thể sinh ra tới 40-60 nghìn trứng . Đài Loan có thể tạo
ra những giống hoa hồng trên 100 cánh hoa/1 hoa và 350 hoa trên 1 gốc.
Nhờ đâu mà các nước đạt được thành quả to lớn như vậy?
Việt Nam có thể đạt được kết quả như thế không? Và làm gì để đạt được điều đó?
Hiện nay khoa học kĩ thuật đang phát triển mạnh mẽ như vũ bão cho phép con người đòi
hỏi những nhu cầu cao hơn của cuộc sống.
Việt Nam cũng đã hội nhập với quốc tế vì vậy để theo kịp với sự phát triển đó thì chúng ta
phải không ngừng phát triển nên kinh tế tri thức,...tạo ra những sản phẩm công nghệ cao sử
dụng vào cuộc sống.
Việt Nam là đất nước có dân số chủ yếu là nông nghiệp vì vậy nguồn sản phảm thu được
từ nông nghiệp chiếm tỉ trọng không nhỏ trong nên kinh tế quốc dân. Phát triển khoa học
công nghệ ứng dụng vào sản xuất đã được thực hiện từ nhiều năm, tuy nhiên để theo kịp
với tiến trình phát triển của thế giới thì chúng ta cần đẩy mạnh hơn nữa việc phát triển
khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ cao vào sản xuất nông nghiệp.
Lĩnh vực công nghệ cao mà nhà nước đang quan tâm phát triển là công nghệ sinh học. Tuy
nhiên đây là một vấn đề mở và rộng lớn nên qua bài tiểu luận này em sẽ cố gắng trình bày
về công nghệ sinh học, mối liên quan của nó với các ngành khoa học khác( mà chủ yếu đề
cập ở đây phần Enzyme của Hoá Sinh Học) .
II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ:
1. Tìm hiểu về CNSH
Công nghệ sinh học (Biotechnology) được coi là làn sóng thứ năm trong lịch sử phát triển
của khoa học và công nghệ. Công nghệ sinh học (CNSH) có 3 cấp độ khác nhau: CNSH
truyền thống như các hoạt động chế biến thực phẩm (rượu, giấm , sữa chua, dưa chua, cà
muối, pho-mát, tương, nước mắm, men bánh mì...), ủ phân, phơi ải đất, diệt khuẩn và ức
chế vi sinh vật có hại... 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
GVHD:NGUYỄN THỊ THANH NGA
HÓA SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

và các acid amin khác, acid citric và các acid hữu cơ khác, chất kháng sinh, nhiều vitamin,
các loạin vaccin, kháng độc tố, các kit chẩn đoán bệnh truyền nhiễm, thuốc trừ sâu sinh
học, phân bón sinh học...). CNSH hiện đai 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 vi sinh vật mới hoặc bắt các sinh vật này tạo
ra các protein hay các sản phẩm khác mà vốn dĩ chúng ta không tạo ra được.
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 (Enzym/Protein
engineering) và CNSH môi trường (Environmental biotechnology)
Công nghiệp sinh học đòi hỏi phải tạo các sản phẩm theo quy mô công nghiệp. Quy mô
này có khi cần đến những hệ thống nồi lên men dung tích lớn ( Công ty Vedan-Việt Nam
đang sử dụng 12 nồi lên men, mỗi nồi có dung tích tới 700 000 lít, các Công ty bia cũng
đang sử dụng các nồi lên men rất lớn), nhưng cũng có khi chỉ cần sử dụng những hệ thống
lên men trung bình (như sản xuất thuốc kháng sinh, enzym, vaccin...), thậm chí chỉ cần các
nồi lên men nhỏ (dung tích 10-75 lít, để sản xuất một số protein có giá trị chữa bệnh hay
chẩn đoán bệnh...).
2. Tình hình phát triển công nghệ sinh học trên thế giới
Công nghệ sinh học được chính thức coi trọng phát triển ở những nước công nghiệp từ
những năm đầu của thập niên 80, các nước có nền công nghiệp mới thì từ những năm 85
và các nước đang phát triển trong khu vực thì chủ yếu từ những năm 90 trở lại đây. Đến
nay hầu hết ở các nước Công nghệ sinh học đều được coi là một hướng khoa học công
nghệ ưu tiên đầu tư và phát triển.
Mức độ phát triển CNSH ở các quốc gia có thể đánh giá bằng tỷ lệ kinh phí đầu tư cho
R&D của các doanh nghiệp vào lĩnh vực này. Ở các nước công nghiệp đạt tỷ lệ đó tới 70%
(Mỹ, Đức, Nhật); ở các nước công nghiệp hoá mới là 30 % (Hàn Quốc, Singapo); còn ở
các nước đang phát triển tỷ lệ đó hầu như không đáng kể. Trong tình trạng kém phát triển
thì kinh phí đầu tư chủ yếu là do chính phủ cung cấp. Việt Nam thuộc nhóm thứ ba.
GVHD:NGUYỄN THỊ THANH NGA
HÓA SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Theo số liệu của BIO's Guide to Biotechnology (1999) thì giá trị sản lượng của một số sản
phẩm CNSH trên thị trường thế giới như sau:
- sinh và kháng sinh thế hệ mới: 12 tỷ USD
- protein trị liệu (interferon, insulin...), 8 protein đã thương mại hoá: 1 tỷ USD;
-sản phẩm lên men (các axit amin, axit hữu cơ, polysacharit..): 7 tỷ USD
-loại thuốc sâu sinh học: 8 tỷ USD;
- chế biến nông sản: 150 tỷ USD;
- giống cây trồng (kể cả in vitro): 120 tỷ USD;
- phục vụ chăn nuôi: Tổng hợp các chất bảo vệ động vật, nuôi cấy phôi...: 100 tỷ
USD.
(Ngoài ra có thể liệt kê thêm: (i) CNSH chế biến thực phẩm: Các enzym (amylase, rennin,
beta-galactosidase, invertase, gluco isomerase, pectinase); Các chất phụ gia thực phẩm (các
chất tạo ngọt, hương, vị, tạo màu, bột nở và làm ổn định, các vitamin, các axit amin, các
chất chống oxy hoá, các chất bảo quản, các chất hoạt hoá bề mặt...); (ii) Các thức ăn bổ
sung cho chăn nuôi (kháng sinh mới...); (iii) Các giống thực vật mới và được cải thiện;
Thực vật chuyển gen; (iv) Động vật chuyển gen; (vi) Các thuốc trừ sâu, diệt cỏ với tính đặc
hiệu tăng lên (các sản phẩm Bt, Verticillium, các baculovirut, tuyến trùng ký sinh...); (vii)
Các vắcxin (chống lại bệnh ỉa chảy, bệnh lở mồm long móng... ở gia súc gia cầm : (viii)
Các chất hóc môn sinh trưởng thực vật (các cytokinin...); (ix) Phân bón, cố định nitơ vi
sinh vật và cộng sinh; (x) Các hoá chất chẩn đoán bệnh thực vật và động vật; (xi) Các
thuốc bảo vệ thực vật và thuốc thú y thế hệ mới
Một Viện nghiên cứu CNSH ở Quảng Châu mà có thể sản xuất tới 70 sản phẩm khác nhau.
Họ không cần nhận quỹ lương từ nhà nước mà lại có thể trả lương cao cho cán bộ, nhân
viên. Nhật Bản có nền CNSH hiện đại và tạo ra rất nhiều sản phẩm có giá trị xuất khẩu
cao. Tập đoàn nghiên cứu KAO của một tập đoàn tư nhân mà to như một...thị trấn (!). Chỉ
cần sản xuất được men cellulase và đưa vào bột giặt (làm bung lớp mỏng bên ngoài mỗi
sợi vải để giải phóng các chất bẩn) đã đủ làm cho bột giặt KAO nổi tiếng thế giới. Mặc dầu
đã có một nền CNSH rất phát triển vậy mà để tạo sức bật cho tương lai Nhà nước và các
GVHD:NGUYỄN THỊ THANH NGA
HÓA SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Công ty tư nhân, Nhật Bản đã xây dựng cả một khu nghiên cứu CNSH hiện đại tại một thị
trấn hoàn toàn mới ở gần Chiba. Viện nghiên cứu NITE của trung tâm này có một kho lưu
giữ nguồn gen vi sinh vật lớn đến vài chục vạn chủng. ATCC (Bảo tàng giống chuẩn vi
sinh vật Mỹ) cũng có các Phòng thí nghiệm hiện đại rộng tới 9000m
2
trên một không gian
gần 32000m
2
và với một đội ngũ các nhà khoa học rất lành nghề. Vậy mà ATCC lại là một
tổ chức phi lợi nhuận tư nhân (nonprofit privately-held company). Tiền bán giống và các
chế phẩm sinh học được dùng để trang trải cho mọi chi phí và cho sự phát triển nhanh
chóng của ATCC.. Hiện tại ATCC đang bảo quản trong điều kiện siêu lạnh (trong nitơ
lỏng) và trong đông khô vài vạn chủng vi sinh vật , ngoài ra còn có 75 dòng tế bào và 400
loại hạt giống đã đăng ký sáng chế. Các nhà khoa học tại ATCC đang lưu giữ các nguồn
gen quý giá không chỉ cho nước Mỹ mà cho toàn nhân loại, vì bất kỳ ai muốn đăng ký mua
chủng nào, hạt giống nào cũng được (qua E-mail: news @ atcc.org).
3. CNSH phục vụ nông- lâm – ngư nghiệp
Lĩnh vực nông nghiệp tuy không phải là mục tiêu hàng đầu của quá trình phát triển công
nghệ sinh học của nhiều nước công nghiệp trên thế giới, nhưng trên thực tế những hoạt
động nghiên cứu và phát triển, sản xuất và thương mại hoá càng được nhiều doanh nghiệp
quan tâm. Cụ thể nêu 3 lĩnh vực chính là:
1. Giống cây trồng và vật nuôi nhân vô tính và chuyển gen mang những đặc điểm
nông sinh quí giá mà các phương pháp truyền thống không tạo ra được, đồng thời lại được
bảo vệ thông qua bản quyền tác giả.
2. Các chế phẩm sinh học dùng trong bảo vệ cây trồng vật nuôi, dạng vacxin, thuốc
trừ sâu bệnh và phân bón vi sinh vật.
3. Công nghệ bảo quản và chế biến nông sản, hải sản bằng các chế phẩm vi sinh vật và
enzym. Giá trị nông sản được nâng lên nhiều lần và quy trình công nghệ đi k�m trang
thiết bị là hàng hoá trong kinh doanh chuyển giao công nghệ.
(Ngoài ra có thể liệt kê thêm: (i) CNSH chế biến thực phẩm: Các enzym (amylase, rennin,

beta-galactosidase, invertase, gluco isomerase, pectinase); Các chất phụ gia thực phẩm (các
chất tạo ngọt, hương, vị, tạo màu, bột nở và làm ổn định, các vitamin, các axit amin, các
chất chống oxy hoá, các chất bảo quản, các chất hoạt hoá bề mặt...); (ii) Các thức ăn bổ
GVHD:NGUYỄN THỊ THANH NGA
HÓA SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
sung cho chăn nuôi (kháng sinh mới...); (iii) Các giống thực vật mới và được cải thiện;
Thực vật chuyển gen; (iv) Động vật chuyển gen; (vi) Các thuốc trừ sâu, diệt cỏ với tính đặc
hiệu tăng lên (các sản phẩm Bt, Verticillium, các baculovirut, tuyến trùng ký sinh...); (vii)
Các vắcxin (chống lại bệnh ỉa chảy, bệnh lở mồm long móng... ở gia súc gia cầm : (viii)
Các chất hóc môn sinh trưởng thực vật (các cytokinin...); (ix) Phân bón, cố định nitơ vi
sinh vật và cộng sinh; (x) Các hoá chất chẩn đoán bệnh thực vật và động vật; (xi) Các
thuốc bảo vệ thực vật và thuốc thú y thế hệ mới).
III.HÓA SINH HỌC:
1. Tìm hiểu về Hoá Sinh Học
Hoá sinh học là được hình thành bắt nguồn từ sự phát triển mạnh mẽ của các môn hoá học
và sinh học nửa cuối thế kỉ XIX- đầu XX.Sự hình thành đó bắt nguồn từ môn hoá hữu cơ
và sinh lý, dựa vào sự phát triển của các nghành hoa học khác như: Hoá phân tích, vật lý...
Năm 1897 Eduard Buchner lần đầu tiên chiết được Enzyme thô từ tế bào nấm men có khả
năng thuỷ phân đường. Trước đó không lâu Friedrich Miescher phát hiện ra ADN.
Mac.Munn tìm ra được Cytocrom tham gia hệ thống vận chuyển điện tử ở sinh vật.
Năm 1926 Enzyme có bản chất Protein được phát hiện và urease được kết tinh lần đầu
tiên....
Năm 1961 có nhiều phát minh về sinh hoá nhất: Nirenberg, Matthai tìm ra polyurilyl mã
hoá phenylalanin, Jacob, Monod và Changeux tìm ra Enzyme dị lập thể, sự điều hoà Gen
tổng hợp. Cùng thời gian đó nhiều quá trình tổng hợp Purin, acid amin, glucid, lipid được
sáng tỏ. Năm 1965 Nirenberg Holley nghiên cứu được chức phận riêng biệt mã hoá của
acid amin trong quá trình tổng hợp.
Trong lĩnh vực di truyền học, người ta đã đề cập đến những mã di truyền do base Purin và
Pyrimidin trong cấu trúc ADN.
Gần đây PGS. TS Đào Kim Chi, Bộ môn Hoá Sinh(Đại học Dược Hà Nội) Chủ nhiệm đề

tài KC.10.DA13 - nghiên cứu thuốc tiêm Aslem cho bệnh nhân ung thư và đã thu được
những hiệu quả tốt của thuốc trên Lâm sàng...
2.Enzyme đóng vai trò quan trọng trong hoá sinh học
Năm 1814 Kiecgop(Nga) phát hiện ra dịch chiết lúa đại mạch nảy mầm thuỷ phân được
tinh bột, đến năm 1833 Paien và Pecxo tủa được Amylase rồi sau đó Bucne đã đặt cơ sở
cho nghiên cứu enzyme. Đầu thế kỉ XX Enzyme được nghiên cứu mạnh mẽ. Đến nay đã
phát hiện được hơn 2000 Enzyme khác nhau trong đó có hàng trăm enzyme được tinh chế
GVHD:NGUYỄN THỊ THANH NGA