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
Ngô Minh Hoàng
B1203308

Cần Thơ, 9/2014


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

MỤC LỤC

2


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

A. ĐẶT VẤN ĐỀ

Nghành công nghệ sinh học đã và đang chứng tỏ được vai trò quan trọng trong
nhiều cấp độ,lĩnh vực với các quy mô khác nhau. Nhiều nước còn xem đó là một nghành
mũi nhọn và được ưu tiên hàng đầu trong sự phát triển (có thể kể đến như: Nhật,Mỹ,Thái
Lan). Ngày càng có nhiều công trình, đề tài và không thiếu những ứng dụng thiết thực đối
với đời sống con người trong 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 ô
nhiễm…) và nhiều lĩnh vực khác. Để đạt được những thành tựu như chúng ta đã thấy thì
không thể không kể đến những nghiên cứu từ trong phòng thí nghiệm. Nhưng công cụ
quan trọng nhất để sử dụng trong nghiên cứu là gì? Đó chính là tế bào - thứ không thể
thiếu trong cơ thể sống. Giờ đây nó đã phát triển thành nghành công nghệ sinh học tế bào.

B. GIỚI THIỆU
I. SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
1. Khái niệm công nghệ sinh học

Công nghệ sinh học là sự sản xuất các sản phẩm trên quy mô công nghiệp, trong đó
nhân tố tham gia trực tiép và quyết định là các tế bào sống (vi sinh vật, thực vật, động
vật). Mỗi tế bào sống của cơ thể sinh vật hoạt động trong lĩnh vực sản xuất này được xem
như một lò phản ứng nhỏ.
Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ định nghĩa công nghệ sinh học là việc ứng dụng khía
cạnh sinh học của sinh vật, hệ thống hoặc các quá trình vào nhiều nghành công nghiệp
khác nhau để hiểu biết về khoa học sống và cải tiến giá trị của vật liệu và sinh vật như
dược,cây trồng và chăn nuôi.
Công nghệ sinh học là một lĩnh vực công nghệ cao dựa trên nền tảng khoa học về sự
sống, kết hợp với quy trình và thiết bị kỹ thuật nhằm tạo ra các công nghệ khai thác các
hoạt động sống của vi sinh vật, tế bào thực vật và động vât để sản xuất ở quy mô công
nghiệp các sản phẩm sinh học có chất lượng cao, phục vụ cho lợi ích, nhu cầu của con

-

người đồng thời phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường.
Công nghệ sinh học chia ra làm 3 cấp độ khác nhau:
Công nghệ sinh học truyền thống: chế biến các sản phẩm dân dã có từ lâu đời như tương,
chao, nước mắm,… theo phương pháp truyền thống, xử lí đất đai, phân bón để phục vụ
nông nghiệp…
3


Báo cáo chuyên đề - CNSH

-

Trường Đại Học Cần Thơ

Công nghệ sinh học cận đại: có sử dụng công nghệ trong quá trình chế biến sản phẩm như
việc sử dụng các nồi lên men cong nghiệp để sản xuất ở quy mô lớn các sản phẩm sih hạt

-

như mì chin, acid amin, acid hữu cơ, chất kháng sinh, vitamin, enzyme…
Công nghệ sinh học hiện đại: Công nghệ di truyền, công nghệ tế bào, công nghệ enzyme
và protein, công nghệ vi sinh vật, công nghệ lên men, công nghệ môi trường…
2. Lịch sử phát triển công nghệ sinh học
Công nghệ Sinh học được hình thành từ rất lâu đời. Ngay từ xa xưa, dù chưa biết về
các vi sinh vật nhưng loài người đã biết sử dụng chúng trong các sản phẩm lên men
truyền thống. Các loại men rượu bia, giấm... là những thực phẩm đã được sử sách ghi
nhận từ hàng nghìn năm về trước. Ở Trung Đông, Ai Cập, có di tích đã ghi nhận con
người đã biết làm bia cách nay 6000 năm. Nhiều thế kỷ trước công nguyên, ở trung Quốc,
Hy lạp, La mã, rượu đã được phổ biến trong hầu hết các bữa tiệc. Đó là những dẫn chứng
cụ thể của công nghệ sinh học trong quá khứ.
Lịch sử hình thành và phát triển công nghệ sinh học trải qua các giai đoạn sau:
 Giai đoạn thứ nhất

Đã hình thành từ lâu đời trong việc sử dụng các phương pháp lên men vi sinh vật để
chế biến và bảo quản thực phẩm, ví dụ: sản xuất pho mát, dấm ăn, làm bánh mì, nước
chấm, sản xuất rượu bia… Trong đó, nghề nấu bia có vai trò rất đáng kể. Ngay từ cuối thế
kỷ 19, Pasteur đã chỉ ra rằng vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình lên men.
Kết quả nghiên cứu của Pasteur là cơ sở cho sự phát triển của ngành công nghiệp lên men
sản xuất dung môi hữu cơ như aceton, ethanol, butanol, isopropanol… vào cuối thế kỷ 19,
đầu thế kỷ 20.
 Giai đoạn thứ hai

Nổi bật nhất của quá trình phát triển công nghệ sinh học trong giai đoạn này là sự
hình thành nền công nghiệp sản xuất thuốc kháng sinh penicillin, khởi đầu gắn liền với
tên tuổi của Fleming, Florey và Chain (1940). Trong thời kỳ này đã xuất hiện một số cải
tiến về mặt kỹ thuật và thiết bị lên men vô trùng cho phép tăng đáng kể hiệu suất lên men.
Các thí nghiệm xử lý chất thải bằng bùn hoạt tính và công nghệ lên men yếm khí tạo
biogas chứa chủ yếu khí methane, CO và tạo nguồn phân bón hữu cơ có giá trị cũng đã
được tiến hành và hoàn thiện.
 Giai đoạn thứ ba
4


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

Bắt đầu từ những năm 50 của thế kỷ 20, song song với việc hoàn thiện các quy trình
công nghệ sinh học truyền thống đã có từ trước, một số hướng nghiên cứu và phát triển
công nghệ sinh học đã hình thành và phát triển mạnh mẽ nhờ một loạt những phát minh
quan trọng trong ngành sinh học nói chung và sinh học phân tử nói riêng. Đó là việc lần
đầu tiên xác định được cấu trúc của protein (insulin), xây dựng mô hình cấu trúc xoắn kép
của phân tử ADN (1953). Tiếp theo là việc tổng hợp thành công protein (1963-1965) và
đặc biệt là việc tổng hợp thành công gen và buộc nó thể hiện trong tế bào vi sinh vật
(1980). Chính những phát minh này đã tạo tiền đề cho sự phát triển nhanh chóng của các
nghiên cứu cơ bản và ứng dụng thực tế sau đó trong lĩnh vực công nghệ sinh học hiện đại.
 Giai đoạn tứ tư

Kể từ 1973, khi những thí nghiệm khởi đầu dẫn đến sự ra đời của kỹ thuật ADN tái
tổ hợp được thực hiện; sự xuất hiện insulin - sản phẩm đầu tiên của nó vào năm 1982, và
thí nghiệm chuyển gen vào cây trồng năm 1982 thành công thì đến nay công nghệ sinh

học hiện đại đã có những bước tiến khổng lồ trong các lĩnh vực 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...)...
Công nghệ sinh học phát triển cho đến ngày nay chủ yếu dựa trên ba công nghệ
chính là: công nghệ vi sinh, công nghệ tế bào (nuôi cấy mô và tế bào...) và công nghệ sinh
học hiện đại, tức công nghệ gen.
Trong những năm gần đây, thế giới đã mở ra một bước tiến mới về CNSH với sự
phát triển đỉnh cao của công nghệ di truyền hay còn gọi là công nghệ gen. Nhờ đó con
người có thể thực hiện chuyển gen thành công để tạo ra các tế bào hoặc các cá thể mang
gen mới, nhằm tạo ra những vật chất cần thiết cho con người. Đây là những thành tựu của
công nghệ nhằm giúp con người có thể chẩn đoán, cứu chữa và phòng ngừa các bệnh
hiểm nghèo kể cả các bệnh di truyền. Điển hình như sản xuất insulin ở quy mô công
nghiệp, sản xuất kích tố sinh trưởng người, các loại interferon (chống virut và ung thư),
các loại vacxin tổng hợp...
Sản phẩm CNSH có giá trị thực tiễn rất lớn, vì vậy đã đem lại những nguồn doanh
thu khổng lồ cho các công ty CNSH ở nhiều nước. Sau thành công trong công nghệ sản
xuất insulin, tới nay Hoa Kỳ đã cho phép sản xuất mới trên 50 loại dược phẩm tái tổ hợp
5


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

gen. Hiện nay ở Mỹ có hơn 1300 công ty CNSH, châu Âu có 700 công ty CNSH. Năm
1996, doanh thu chỉ riêng về các loại dược phẩm tái tổ hợp gen ở Hoa kỳ đạt tới 8 tỷ
USD, mỗi năm tăng bình quân 13% và dự kiến doanh thu vào năm 2006 là 25 tỷ USD.
Doanh thu của Nhật Bản năm 1996 từ các dược phẩm tái tổ hợp gen đã đạt đến 481,1 tỷ
Yen, chiếm 25% tổng doanh thu về các sản phẩm công nghệ sinh học.
Công nghệ sinh học nano (Nanobiotechnology) là công nghệ tạo ra các thiết bị hiển

vi có thể đưa vào mọi nơi trong cơ thể để tiêu diệt virut và các tế bào ung thư, tạo ra hàng
trăm các dược phẩm mới từ vi sinh vật mang ADN tái tổ hợp (recombinant DNA), tạo ra
các protein truyền cảm (protein sensor)có thể tiếp nhận các tín hiệu của môi trường sống,
tạo ra các động cơ sinh học và tiến tới khả năng tạo ra các máy tính sinh học
(biocomputer) với tốc độ truyền đạt thông tin như bộ não. Riêng về công nghệ sinh học
nano, ước tính tới năm 2010 có thể đạt doanh thu khoảng 300 tỷ USD.
 Các giai đoạn phát triển của Công nghệ sinh học ở Việt Nam
 Giai đoạn khởi đầu

CNSH ở Việt Nam được khởi nguồn từ cái nôi đầu tiên là Viện Pasteur Sài gòn,
được thành lập vào năm 1891. Đây là viện nghiên cứu thứ hai trên thế giới sau viện
Pasteur ở Paris – Pháp. Năm 1891, Louis Pasteur đã quết định thành lập chi nhánh đầu
tiên của viện Pasteur ở ngoài nước Pháp. Ông đã giao trách nhiệm cho một trong những
học trò của mình là bác sỹ Albert Calmette làm giám đốc đầu tiên của phân viện này ở Sài
Gòn - Việt Nam.
Trong 3 năm ở Sài Gòn, Calmatte đã thực hiện được một khối lượng công việc rất
lớn. Từ sản xuất vaccin đậu mùa và chống dại trong điều kiện tại chỗ, đến nghiên cứu về
bệnh lý nhiệt đới, về men làm rượu nếp, về tẩy sạch nước uống cho thành phố... Một
trong những công trình của ông được cả thế giới hoan nghênh, đó là công trình làm huyết
thanh chống nọc rắn hổ mang. Ông cũng đã sáng chế ra vacxin phòng chống lao.
Vào năm 1983, Calmette ốm nặng phải rời bỏ Sài Gòn và người thay thế ông tiếp
quản Viện nghiên cứu Parteur Sài gòn là Alexandre Yersin, từ đó ông là giám đốc thứ 2
của Viện nghiên cứu này. Ông chính là người phát hiện ra vi khuẩn dịch hạch và là người
thành lập nên một loạt các viện Parteur ở Nha Trang (1894), Hà Nội (1925), Đà Lạt
(1936) và một loạt các viện Parteur khác ở Đông Dương. Các viện nghiên cứu này đều
6


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

nằm dưới quyền kiểm soát và chỉ đạo của Viện Parteur Paris và do vậy các công trình
khoa học đều được đảm bảo về uy tín và chất lượng.
 Giai đoạn 1945 - 1954

Trong điều kiện kháng chiến muôn vàn khó khăn, phải đối đầu với bom đạn và
những trận càn quét của địch nhưng các nhà khoa học Việt Nam vẫn có thể sản xuất ra
hàng triệu liều Vacxin, huyết thanh để bảo vệ sức khỏe của nhân dân. Điển hình đó là hai
tấm gương của bác sỹ Nguyễn Văn Hưởng và GS. BS. Đặng Văn Ngữ.
Năm 1949, BS. Nguyễn Văn Hưởng đã sản xuất hàng loạt các vacxin chống đậu
mùa, tả, thương hàn và tiến hành các xét nghiệm bệnh ngay trong vùng kháng chiến. Ông
đã đào tạo được nhiều kỹ thuật viên, lập ra nhiều đội vệ sinh đi các vùng tiêm chủng,
hướng dẫn vệ sinh với phong trào trên một phạm vi rộng lớn.
Một sự kiện khác là năm 1950, GS.BS. Đặng Văn Ngữ và GS. BS. Đặng Ngọc
Thạch đã thử nghiệm thành công nuôi cấy nấm Penicilium để làm thuốc rửa vết thương.
BS. Đặng Văn Ngữ đã trực tiếp sản xuất dịch thô penicillin ở chiến khu Việt Bắc. Ông
cũng đã rất thành công trong sự nghiệp khoa học với nhiều lĩnh vực như: đào tạo cán bộ y
tế các cấp, nghiên cứu khoa học, tổ chức chỉ đạo công tác tiêu diệt bệnh sốt rét trên toàn
miền Bắc. Ông cũng chính là người xây dựng nên bộ môn sinh vật học và ký sinh trùng
của trường Đại học Y Hà Nội và xây dựng Viện sốt rét ký sinh trùng và côn trùng.
 Giai đoạn 1955 tới nay

Sau 1955, CNSH ở Việt Nam đã phát triển mạnh về lực lượng với sự đa dạng về các
lĩnh vực nghiên cứu và đào tạo. Có rất nhiều cán bộ được đào tạo ở nước ngoài. Tuy
nhiên, những thành tựu mang tính ứng dụng cụ thể thì rất hạn chế, hầu hết là các công
trình lặp lại của các nghiên cứu nước ngoài. Điển hình như:
-

Công nghiệp vacxin: là lĩnh vực đạt hiệu quả cao nhất. Các công ty vacxin trong nước đã

sản xuất đủ lượng để đáp ứng nhu cầu phòng bệnh hàng năm ở nước ta, như: vacxin viêm
gan B, vacxin viêm não Nhật Bản, vacxin tả, vacxin dại và nhiều loại khác như 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, các nhà máy bọt ngọt như Ajinomoto, Vedan... và các nhà máy
bia liên doanh được xây dựng ở nhiều tỉnh thành trên cả nước.
7


Báo cáo chuyên đề - CNSH

-

Trường Đại Học Cần Thơ

Từ những năm 1995, các kỹ thuật CNSH hiện đại đã được bắt đầu nghiên cứu tại các viện
và các trường Đại học. Cụ thể như: chẩn đoán phân tử, chuyển gen động và thực vật, vi

-

sinh vật tái tổ hợp, vacxin tái tổ hợp và lập bản đồ gen...
Cho đến nay, đã có nhiều giống cây, giống vật nuôi được các viện nghiên cứu, trường đại
học trong nước đã và đang tạo lập với những đặc tính đặc biệt, thiết thực đáp ứng nhu cầu
của các 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 của virus H5N1 vào bèo tấm và dùng bèo tấm làm thức ăn cho gia cầm để tạo
kháng thể miễn dịch H5N1 ở gia cầm, các kỹ thuật nuôi cấy mô tạo giống chất lượng

cao... được thực hiện bởi Viện Di truyền Nông nghiệp.
3. Các lĩnh vực công nghệ sinh học
 Công nghệ sinh học trong nông nghiệp
Là lĩnh vực công nghệ sinh học có nhiều đóng góp trong việc cải thiện giống cây
trồng, xây dựng những kỹ thuật canh tác mới, nghiên cứu quá trình cố định đạm ở những
cây không thuộc họ đậu...
Công nghệ sinh học trong cải thiện và nhân nhanh giống cây trồng. Lĩnh vực này có
bốn ứng dụng chính: Ứng dụng kỹ thuật chọn dòng tế bào biến dị soma, nhân giống trong
ống nghiệm (nhân giống in vitro), lai vô tính hay còn gọi là dung hợp tế bào trần, kỹ thuật
sản xuất cây đơn bội (1n).
Cố định đạm và biến nạp gen nif. Dùng kỹ thuật gen tách gen nif từ các cơ thể cố
định đạm chuyển sang các cây trồng quan trọng như lúa, ngô là một mô hình lý tưởng của
các nhà tạo giống.
Các phương pháp canh tác mới, bao gồm: Phương pháp màng dinh dưỡng, hệ thống
thủy canh.
Công nghệ sinh học trong chăn nuôi, bao gồm: Kỹ thuật cấy chuyển phôi, tạo chế
phẩm phòng tránh bệnh cho động vật...
 Công nghệ sinh học trong y dược

Nhiều công trình nghiên cứu của công nghệ sinh học đã được ứng dụng thành công
trong y dược, đặc biệt là trong sản xuất thuốc và trong chuẩn đoán bệnh.
Trong những năm qua, lĩnh vực ứng dụng công nghệ di truyền mạnh nhất trong y tế
là ngành sản xuất thuốc kháng sinh, vacxin, kháng thể đơn dòng và các protein có hoạt
8


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

tính sinh học. Hiện nay, các nghiên cứu nhằm tìm kiếm các chất kháng sinh mới tăng
mạnh do hiện tượng vi sinh vật kháng lại tác dụng của kháng sinh ngày càng nhiều hơn.
Phạm vi ứng dụng của kháng thể đơn dòng trong ngành y tế ngày càng tăng như
phân tích miễn dịch, định vị các khối u, phát hiện một số protein có liên quan đến sự hình
thành khối u, xác định sự có mặt của các loại vi khuẩn khác nhau, ... giúp cho các bác sĩ
xác định bệnh một cách nhanh chóng và chính xác.
Kháng thể đơn dòng là tập hợp các phân tử kháng thể đồng nhất về mặt cấu trúc và
tính chất. Kháng thể đơn dòng được tạo ra bằng cách cho lai tế bào lympho trong hệ miễn
dịch của động vật hoặc của người với tế bào ung thư. Một số thể lai có khả năng tạo ra
kháng thể đặc hiệu đối với kháng nguyên. Chọn các thể lai đó nhân lên và sản xuất kháng
thể đơn dòng. Các tế bào lai có khả năng tăng sinh vĩnh viễn trong môi trường nuôi cấy,
tính chất này nhận được từ tế bào ung thư.
Nhờ công nghệ sử dụng ADN tái tổ hợp mà người ta có thể sản xuất một số protein
có hoạt tính sinh học dùng để chữa bệnh như insulin chữa bệnh tiểu đường, interferon
chữa bệnh ung thư, các hormon tăng trưởng cho con người. Bản chất của công nghệ này
là làm thay đổi bộ máy di truyền của tế bào vi sinh vật bằng cách đưa gen mã hóa cho một
protein đặc hiệu và bắt nó hoạt động để tạo ra một lượng lớn loại protein mà con người
cần.
 Công nghệ sinh học trong chế biến thực phẩm

Công nghệ lên men là một lĩnh vực quan trọng trong sản xuất thực phẩm. Việc tuyển
chọn các chủng vi sinh vật có khả năng lên men tốt, đem lại hiệu quả cao là rất cần thiết.
Các nghiên cứu sử dụng công nghệ di truyền phục vụ cho công nghệ lên men chủ yếu đi
vào hai hướng chính là:
-

Phân tích di truyền các loại vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men, xác

định các gen mã hóa cho các tính trạng mong muốn nhằm tạo ra năng suất và chất lượng
sản phẩm lên men.

-

Tạo ra các vi sinh vật chuyển gen phục vụ cho các qui trình lên men. Ví dụ

trong sản xuất rượu, ngày nay người ta đã dùng các chủng vi sinh vật có khả năng tạo
rượu cao và cho hương vị tốt. Phần lớn các chủng đó được nghiên cứu, tuyển chọn, lai tạo
bằng công nghệ di truyền.
9


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 là S.
cerevisiae để tạo ra hàm lượng rượu trong dịch lên men và sau đó, sử
dụngLeuconostos trong lên men phụ ở quá trình tàng trữ, nhằm nâng cao chất lượng của
rượu. Ngày nay, người ta tiến tới dùng một chủng vi sinh vật chuyển gen để thực hiện cả
hai quá trình.
Đối với các sản phẩm lên men sữa như phomat và sữa chua, trước kia, người ta
thường sử dụng những vi sinh vật tự nhiên có mặt trong sữa để lên men. Do vậy, người ta
khó lòng kiểm soát quá trình lên men và hiệu quả không cao. Ngày nay người ta đã tạo
được các chủng mới với các tính chất xác định và đã điều khiển được quá trình lên men
theo định hướng mong muốn. Bằng công nghệ vi sinh vật, công nghệ gen người ta đã tạo
ra những chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp các enzyme chịu nhiệt, chịu axit, chịu
kiềm tốt để sản xuất enzyme. Enzyme λ-amylase chịu nhiệt đã và đang được sử dụng
nhiều để sản xuất mạch nha, đường glucose từ tinh bột. Trước đây, trong công nghiệp
thực phẩm các nghiên cứu công nghệ sinh học được sử dụng chủ yếu để hoàn thiện các
quy trình công nghệ lên men truyền thống. Còn hiện nay, các nghiên cứu công nghệ sinh
học chủ yếu liên quan đến việc tạo ra các chủng mới có năng suất sinh học cao và việc áp

dụng chúng vào các công nghệ lên men hiện đại, trong sản xuất và chế biến các loại sản
phẩm sau:
-

Công nghiệp sản xuất sữa, Công nghệ sinh học trong 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 và vi tảo.
-

Sản xuất các chất tăng hương vị thực phẩm, như: axit citric, axit amino,

vitamin và màu thực phẩm, chất tăng vị ngọt thực phẩm, keo thực phẩm...
-

Chế biến rau quả.

 Công nghệ sinh học bảo vệ môi trường

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, loài người phải bắt đầu tìm cách giải
quyết vấn đề ô nhiễm môi trường bằng các biện pháp khác nhau. Trong đó, các biện pháp
công nghệ sinh học ngày càng tỏ ra ưu việt hơn so với các biện pháp khác. Nói chung,
hiện nay vấn đề bảo vệ môi trường được giải quyết theo ba hướng sau:
10

Báo cáo chuyên đề - CNSH

-

Trường Đại Học Cần Thơ

Phân hủy các độc chất vô cơ và hữu cơ; Phục hồi các chu trình trao đổi chất của

C, N, P và S trong tự nhiên; Thu nhận các sản phẩm có giá trị ở dạng nhiên liệu hoặc các
hợp chất hữu cơ.
-

Xử lý chất thải, như: xử lý sinh học hiếu khí, xử lý bằng lên men phân hủy yếm

-

Thu nhận các chất có ích từ lên men yếm khí, như: xử lý các dạng nước thải

khí.
khác nhau và tái sử dụng chúng để phục vụ cho các ngành công nghiệp nặng.
-

Xử lý các chất thải công nghiệp như: xử lý chất thải công nghiệp chế biến sữa,

xử lý chất thải công nghiệp dệt.
-

Dùng vi sinh vật để khả năng ăn dầu để xử lí các sự cố tràn dầu hay ô nhiễm

dầu.

 Công nghệ sinh học năng lượng

Sử dụng các công nghệ sinh học trong việc cung cấp nguồn năng lượng:
-

Thay thế nguồn nguyên liệu cổ sinh bằng nguồn nguyên liệu tái sinh. Nguồn

nguyên liệu tái sinh như các phụ phế liệu nông lâm nghiệp tương đối rẻ được sử dụng
thay dầu mỏ và có lợi cho môi trường
-

Thay các quá trình không sinh học truyền thống bằng các hệ thống sinh học như

tế bào hay enzym thực hiện phản ứng hay chất xúc tác.
-

Thực vật có thể làm nhà máy sản xuất các hóa chất như axit lactic, lysine và

axit citric... và thực vật trong sản xuất plastic.
-

Tăng cường hiệu quả của quang hợp: Cây trồng có hiệu quả quang hợp khoảng

0,5-2%. Biện pháp chọn giống thực vật có hiệu quả quang hợp cao thực hiện theo các
hướng: kiểm soát các cây có tốc độ tăng trưởng nhanh, nghiên cứu các phương pháp thử
nhanh để phát hiện dòng có hiệu quả quang hợp cao. Trên cơ sở đó, điều khiển bộ gen
thực vật theo hướng tăng cường quang hợp.
-

Tăng năng suất cây trồng và cây rừng: Bằng các phương tiện chọn giống khác

nhau, tạo các thực vật có năng suất cao trong thời gian ngắn nhờ các đặc tính tốt.
 Công nghệ sinh học trong hóa học và vật liệu

Trong thế kỷ 20, con người đã khai thác một nguồn rất nhỏ tài nguyên thực vật để
sản xuất một số hóa chất. Trong thế kỷ 21, con người sẽ áp dụng các quy trình khoa học
11


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

công nghệ phù hợp để phát triển mạnh mẽ hóa học xanh để phù hợp với thiên nhiên và an
toàn cho môt trường.
-

Sản xuất các vật liệu mới phân hủy sinh học như các polymer sinh học,

cellulose vi khuẩn, polylactic...
II.

Sản xuất các hóa chất từ các sinh khối thực vật.
CÔNG NGHỆ SINH HỌC TẾ BÀO

1. Khái niệm
Công nghệ tế bào là một bộ phận quan trọng của công nghệ sinh học, chủ yếu
nghiên cứu cácquá trình nuôi cấy tế bào động-thực vật và vi sinh vật để sản xuất sinh
khối, sản xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học (enzyme, vaccine, các chất thứ cấp…),
để làm mô hình thực nghiệm khảo sát các tácđộng của hoá chất, làm nguyên liệu ghép tế

bào và cơ quan.
2. Lịch sử phát triển
Việc sử dụng kính hiển vi để nghiên cứu các sinh vật, phát hiện ra tế bào và xây
dựng học thuyết tế bào vào những năm 1838-1839 đã khai sinh ra tế bào học (Cytology).
F. Engels đã đánh giá học thuyết tế bào là một trong ba học thuyết vĩ đại của thế kỉ XIX
(cùng với học thuyết tiến hóa của Darwin và thuyết bảo tồn năng lượng). Học thuyết tế
bào đã gây ảnh hưởng to lớn đối với các chuyên ngành sinh học và từ đó đã hình thành
các chuyên ngành mới như giải phẩu hiển vi, sinh lí tế bào, di truyền tế bào, bệnh học tế
bào…. Một dẫn chứng rõ ràng nhất là các quy luật cả Mendel được phát hiện vào năm
1865 nhwung chưa được công nhận vì chưa có cơ sở tế bào. Các cơ sở tế bào của quy luật
Mendel như cấu trúc nhiễm sắc thể của tế bào, hiện tượng phân bào nguyên nhiễm, phân
bào giảm nhiễm, thụ tinh cũng như các tập tính của nhiễm sắc thể thông qua phân bào và
thụ tinh chỉ được phát hiện sau thời Mendel từ năm 1870-1890. Vì vậy vào năm 1900,
quy luật Mendel được tái phát hiện bởi ba nhà nghiên cứu là De Vris, Corens, Tchermark
đã được công nhận rộng rãi vì đã có cơ sở tế bào học của nó.
Sang thế kỉ XX , tế bào học phát triển nhanh chóng không chỉ nhờ ứng dụng các
phương pháp hiện đại như li tâm siêu tốc, kính hiển vi điện tử, nuôi cấy tế bào…mà còn
nhờ sự tích hợp giữa tế bào học với Di truyền học, Sinh học phân tử, Sinh học phát triển,
Miễn dịch học.. để ra đời các chuyên ngành trung gian như Di truyền tế bào, Tế bào học
12


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

phân tử, Miễn dịch học tế bào…. Mà bản thân Tế bào học trước đây chỉ bó hẹp giữa
nghiên cứu cấu trúc của tế bào thì nay cũng được mở rộng nghiên cứu các lĩnh vực sinh
lý, di truyền, tiến hóa và đi sau vào cơ chế phân tử của tế bào, của các tế bào và được goi
là sinh học tế bào.

C. CÔNG NGHỆ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT

I. SƠ LƯỢC VỀ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT
 Một tế bào động vật điển hình có thể chia làm 4 phần cơ bản
-

Màng sinh chất: màng ngăn cách thành phần nội bào với thành phần vật chất và môi
trường bên ngoài tế bào.

-

Dịch tế bào (cytosol): là một dịch keo chứa nhiều loại protein, enzym, chất dinh dưỡng,
các ion và các phân tử nhỏ hòa tan khác nhau, tham gia vào các quá trình chuyển hóa
khác nhau của tế bào. Các bào quan và thể vùi nằm lơ lững trong dịch tế tương. Từ “bào
tương” (cytoplasm) dùng để bao hàm cả dịch tế bào, tất cả các bào quan (trừ nhân) và các

-

thể vùi.
Các bào quan: gồm các cấu trúc có hình dạng và chức năng đặc trưng, bao gồm cả nhân

-

(nơi chứa vật chất di truyền).
Các thể vùi (inclusions): Các cấu trúc có mặt không thường xuyên trong dịch tế bào, chứa
các sản phẩm bài tiết hoặc các chất dự trữ của tế bào.
 Chu kỳ sống ở tế bào động vật
Thực tế, trong tế bào sống rất khó phân biệt giới hạn chuyển tiếp giữa các kỳ. Mỗi
kỳ được đặc trưng bởi cấu trúc, tập tình của bộ nhiễm sắc thể và bộ máy phân bào.

-

Gian kỳ (interphase): trong gian kỳ tế bào thực hiện chức năng trao đổi chất, hoạt động
khác nhau như tổng hợp RNA hoặc DNA, protein, enzyme,… và chuẩn bị cho tế bào phân
bào. Tùy theo đặc điểm chức năng, người ta chia gian kỳ thành ba giai đoạn liên tiếp
nhau: giai đoạn G1 (gap 1), giai đoạn S (synthesis), giai đoạn G2 (gap 2). Thời gian kéo
dài của gian kỳ tùy thuộc vào thời gian của ba giai đoạn G1 + S + G2, đặc biệt tùy thuộc
vào G1, vì ở các tế bào khác nhau thì thời gian G1 rất khác nhau, còn giai đoạn S và G2
tương đối ổn định.
• Pha G1: là pha sinh trưởng của tế bào, vào cuối pha có một thời điểm gọi là điểm kiểm
soát, nhân tố quyết định điểm kiểm soát là protein không bền vững có tác dụng kìm
13


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

hãm, nếu tế bào vượt qua điểm kiểm soát thì nó sẽ tiếp tục đi vào pha S. Trong pha này
không có sự tổng hợp DNA nên G1 còn được gọi là pha trước tái bản.
• Pha S: là gia đoạn mà DNA được tái bản, vào cuối pha G, tế bào tổng hợp một loại
protein đặc trưng là cylin A và nhanh chóng tích lũy trong nhân tế bào. Protein cylin A
cũng với protein kinase sẽ xúc tiến sự tái bản DNA và nhân đôi nhiễm sắc thể. Enzyme
cylin A tác động cho đến cuối pha S sẽ biến mất. Qua pha S hàm lượng DNA được tăng
gấp đôi.
• Pha G2: trong pha các RNA và protein được tổng hợp chuẩn bị cho phân bào. Cuối pha
G2 tổng hợp một loại protein là Culin B được tích lũy trong nhân cho đến tiến kỳ phân
bào. Cylin B hoạt hóa enzyme kinase và đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện
-

quá trình phân bào như sự tạo thành các vi ống tubulin để tạo thành thoi phân bào.
Tiền kỳ (prophase): được tiếp theo sau pha G2 của gian kỳ. rất khó phân biệt một cách
chính xác điểm chuyển tiếp này, các hiện tượng đặc trưng cho tiền kỳ là:
• Hình thành nhiễm sắc thể: Các sợi nhiễm sắc đã được nhân đôi ở pha S bắt đầu xoắn
và cô đặc lại, hình thành các nhiễm sắc thể mà ta có thể thấy rõ bằng kính hiển vi bình
thường. Mỗi nhiễm sắc thể gồm hai nhiễm sắc tử chị em nhờ sự phân đôi của pha S.
• Màng nhân và hạch nhân có nhiều thay đổi: Hạch nhân giảm thể tích, phân rã và biến
mất. Màng nhân đứt ra nhiều đoạn và biến thành bóng không bào bé phân tán trong tế

-

bào chất.
• Hình thành bộ máy phân bào: Thoi vô sắc được hình thành.
Trung kỳ: Nhiễm sắc thể xoắn cực đại, tập trung thành một hàng trên mặt phẳng xích đạo,

-

gắn với thoi vô sắc ở tâm động ở cả hai phía.
Hậu kỳ: Tách hai nhiễm sắc tử chị em khỏi nhau và trở thành hai nhiễm sắc thể độc lập.

-

Các nhiễm sắc thể con tách khỏi nhau và di chuyển về hai cực của tế bào.
Mạt kỳ: Các nhiễm sắc thể con đã di chuyển đến cực của tế bào, dãn xoắn, dài ra biến
dạng trở thành chất nhiễm sắc. Hạch nhân được tái tạo, hình thành hai nhân con trong một
khối tế bào chất chung.
Kỳ trước

Kỳ giữa

14


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

- Sự phân bào:
Sự phân chia ở một tế bào động vật bình thường bắt đầu bằng sự thành lập của một
rãnh phân cắt (cleavage furrow) chạy vòng quanh tế bào. Khi sự phân chia tế bào chất xảy
ra, vị trí của rãnh thường được xác định bằng sự định hướng của thoi phân bào, thường là
ở vùng mặt phẳng xích đạo của thoi. Rãnh này càng ngày càng ăn sâu vào trong cho đến
khi nó cắt ngang qua tế bào, tạo ra hai tế bào mới.
 Sự giảm phân ở động vật

Như chúng ta đã biết, sự nguyên phân giúp duy trì số lượng nhiễm sắc thể không
đổi trong các tế
giaocuối
tử (trứng và tinh trùng), số lượng
Kỳbào
saudinh dưỡng. Trong các tế bào Kỳ
nhiễm sắc thể chỉ bằng một nửa so với tế bào dinh dưỡng để khi thụ tinh (một trứng kết
hợp với một tinh trùng) tạo thành hợp tử, số lượng nhiễm sắc thể lưỡng bội được khôi
phục trở lại. Quá trình phân chia làm số lượng nhiễm sắc thể trong giao tử còn một nửa
gọi là sự giảm phân.
Quá trình giảm phân gồm hai lần phân chia, kết quả từ một tế bào lưỡng bội (2n)
tạo ra bốn tế bào đơn bội (n). Lần phân chia thứ nhất có sự giảm số lượng nhiễm sắc thể,
lần phân chia thứ hai có sự phân ly của các nhiễm sắc tử. Mỗi lần phân chia đều có 4 giai
đoạn: kỳ trước, kỳ giữa, kỳ sau và kỳ cuối. Giữa hai lần phân chia không có kỳ trung
gian. Trước khi tế bào giảm phân cũng có sự tổng hợp ADN và sự nhân đôi của các bào

quan.
 Lần phân chia thứ nhất
- Kỳ trước I

Nhiều sự kiện diễn ra trong kỳ trước I của giảm phân giống như trong kỳ trước của
nguyên phân. Các nhiễm sắc thể từ từ xoắn lại, trở nên dầy và ngắn hơn, bắt màu
đậm. Hạch nhân và màng nhân từ từ biến mất, thoi phân bào được thành lập. Nghiên cứu
bằng phương pháp đánh dấu (dùng các chất đồng vị phóng xạ) cho thấy sự nhân đôi của
vật liệu di truyền xảy ra trong kỳ trung gian (trước kỳ trước I) nhưng hai nhiễm sắc tử
chưa tách biệt nhau.
Tuy nhiên, có những khác biệt quan trọng giữa kỳ trước I của giảm phân với kỳ
trước của nguyên phân.

15


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

Ðiểm khác biệt chủ yếu nhất là các nhiễm sắc tử của mỗi cặp nhiễm sắc thể tương
đồng luôn luôn nằm cạnh nhau và cùng di chuyển. Hai nhiễm sắc tử của mỗi nhiễm sắc
thể còn được giữ chặc với nhau bởi một cặp trục protein mỏng chạy dọc theo suốt chiều
dài nhiễm sắc thể. Các trục protein của hai nhiễm sắc thể tương đồng được nối với nhau
bằng cầu protein chéo tạo thành một cấu trúc gọi là phức hệ tiếp hợp (synaptonemal
complex), kết nối 4 nhiễm sắc tử với nhau tạo thành tứ tử (tetrad). Quá trình này gọi là sự
tiếp hợp (synapsis).
Lúc này một quá trình quan trọng là sự trao đổi chéo (crossing over) bắt đầu. Nhiễm
sắc tử của nhiễm sắc thể này sẽ trao đổi một số đoạn với nhiễm sắc tử của một nhiễm sắc
thể khác trong cặp tương đồng, tạo ra các nhiễm sắc tử lai. Khi phức hệ tiếp hợp bị phá

vỡ, hai nhiễm sắc tử lai vẫn còn dính nhau tại các điểm gọi là điểm bắt chéo (chiasma)
trong cặp nhiễm sắc thể tương đồng.

Hình. Sự trao đổi
Cuối kỳ trước I phần lớn các nhiễm sắc thể có hai nhiễm sắc tử lai (vì vật liệu di
chéo
truyền đã được trao đổi giữa hai nhiễm sắc tử của hai nhiễm sắc thể tương đồng). Các vi
ống xuất hiện, tỏa ra từ hai cực tế bào, một số vi ống đính vào tâm động.
-

Kỳ giữa I
Các cặp nhiễm sắc thể tương đồng hoạt động như một đơn vị thống nhất, di chuyển
và tập trung về mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào.

-

Kỳ sau I
Tâm động của hai nhiễm sắc thể không phân chia, do đó chỉ có sự tách và phân ly về
hai cực tế bào của hai nhiễm sắc thể. Vì mỗi nhiễm sắc thể có một tâm động gắn với các
16


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

vi ống của một cực nên hai nhiễm sắc thể của mỗi cặp tương đồng sẽ được kéo về hai cực
đối diện.
-

Kỳ cuối I
Kỳ cuối I của giảm phân và kỳ cuối của nguyên phân giống nhau, chỉ khác biệt là
trong giảm phân mỗi nhân mới được thành lập chỉ còn một nửa số nhiễm sắc thể so với
nhân ban đầu và mỗi nhiễm sắc thể đều có hai nhiễm sắc tử.
Tiếp theo lần phân chia thứ I có một kỳ ngắn tương tự kỳ trung gian giữa hai lần
nguyên phân nhưng không có sự sao chép vật liệu di truyền và do đó không có sự tạo
thành các nhiễm sắc tử mới.

 Lần phân chia thứ hai

Ðây là lần phân chia nguyên nhiễm (số lượng nhiễm sắc thể không đổi sau khi phân
chia). Ở kỳ trước II không có hiện tượng tiếp hợp vì tế bào không có các nhiễm sắc thể
tương đồng, thoi phân bào được thành lập từ các vi ống. Sang kỳ giữa II các nhiễm sắc
thể tập trung về mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào, các sợi thoi đính vào tâm
động. Sau đó tâm động phân chia, mỗi nhiễm sắc tử tách thành nhiễm sắc thể. Trong kỳ
sau II, mỗi nhiễm sắc thể phân ly về hai cực tế bào. Ðến kỳ cuối II, bốn nhân mới được
thành lập, mỗi nhân có số nhiễm sắc thể đơn bội.
Trừ một ít ngoại lệ, các động vật bậc cao tồn tại ở dạng cơ thể đa bào lưỡng bội
trong toàn bộ chu kỳ sống của chúng. Vào thời kỳ sinh sản, sự giảm phân sẽ tạo ra các
giao tử đơn bội. Khi nhân của các giao tự hợp nhất lại trong thụ tinh sẽ tạo ra một hợp tử
lưỡng bội. Sau đó hợp tử nguyên phân để tạo ra một cá thể đa bào mới. Như vậy, chỉ có
các giao tử (tinh trùng và trứng) là ở giai đoạn đơn bội trong chu kỳ sống của động vật.
Ở động vật đực, các tinh trùng được tạo ra từ các biểu mô sinh tinh nằm trong ống
sinh tinh của các dịch hoàn (testes). Khi một trong các tế bào biểu mô giảm phân, bốn tế
bào đơn bội nhỏ, kích thước xấp xĩ nhau được tạo ra. Sau đó cả bốn tế bào nầy đều được
chuyên hóa thành tinh trùng (sperm), có đuôi dài, với một ít tế bào chất ở phần đầu. Quá
trình sản sinh tinh trùng gọi là sự sinh tinh (spermatogenesis).
Ở động vật cái, các tế bào trứng được tạo ra trong các nang của buồng trứng
(ovaries) bởi một quá trình gọi là sự sinh trứng (oogenesis). Khi một tế bào trong buồng
trứng giảm phân , các tế bào đơn bội được tạo thành có kích thước rất khác nhau. Lần

17


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

phân bào thứ I tạo ra một tế bào tương đối lớn và một tế bào rất nhỏ gọi là thể cực (polar
body) thứ nhất. Trong lần phân bào thứ II, tế bào lớn lại cho ra một thể cực nhỏ thứ hai và
một tế bào lớn. Tế bào lớn sau đó chuyên hóa thành tế bào trứng (ovum). Thể cực thứ
nhất có thể tiếp tục phân chia lần thứ II hoặc không phân chia. Các thể cực này không có
chức năng. Như vậy khi một tế bào lưỡng bội trong buồng trứng hoàn tất giảm phân, chỉ
có một tế bào trứng được tạo ra.

II.

CÔNG NGHỆ TẾ BÀO GỐC
Sự sống của một động vật đa bào được bắt đầu bằng tế bào gốc, vậy tế bào gốc có

thể được coi là mầm sống của một cơ thể. Tế bào phân chia tạo ra nhiều thế hệ con cháu,
trong cơ thể, mỗi con cháu sẽ thực hiện một chức năng sinh lý khác nhau trong hoạt động
sống của mình, kể cả việc duy trì nòi giống. Tính chất mà một hay nhiều tế bào ban đầu
phân chia, tạo ra các tế bào cuối cùng có chức năng sinh lý gọi là tiềm năng hay khả năng
(potential). Tế bào càng có tiềm năng cao thì chúng càng có thể tạo ra nhiều kiểu tế bào
khác nhau. Những tế bào có tiềm năng thấp hơn chỉ có thể tạo ra một vài kiểu tế bào chức
năng nhất định. Với những tế bào không tiềm năng, chúng không phân chia, không tạo ra
bất kỳ tế bào nào khác, tuy nhiên, các tế bào này vẫn có chức năng hoạt động sống
chuyên biệt trong mô, ví dụ tế bào hồng cầu vận chuyển khí oxy, cacbonic; tế bào thần
kinh (neurone) đảm trách sự dẫn truyền xung điện, và tế bào cơ có chức năng co giãn,…
18

Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

Khi một tế bào có tiềm năng biến đổi, nhằm tạo thành các tế bào có chức năng gọi là
quá trình biệt hóa hay sự biệt hóa, chẳng hạn các tế bào gốc tạo máu, qua nguyên phân tạo
tế bào hồng cầu. Quá trình một tế bào có chức năng, sau đó dưới tác động của một nhân tố
nào đó, chúng có thể thay đổi căn bản kiểu hình để thực hiện một chức năng khác được
gọi là sự phản biệt hóa, hay biệt hóa ngược. Gần đây, một số tế bào gốc trưởng thành cho
thấy “tính mềm dẻo”, nghĩa là tế bào gốc chuyên biệt của một mô bào đó có thể biệt hóa
thành tế bào của mô khác gọi là “chuyển biệt hóa”, chẳng hạn tế bào gốc tạo máu có thể
được tác động để biệt hóa thành tế bào cơ tim… một mô mới hoàn toàn khác với mô máu
ban đầu.
Thuật ngữ “tế bào gốc” đôi khi cũng được các nhà khoa học sử dụng một cách
không nhất thiết chặt chẽ, đặc biệt trong các trường hợp mà họ cho rằng không bắt buộc
phải mô tả các marker chuyên biệt của tế bào gốc, hay chỉ cần sự xác nhận tính gốc của tế
bào thông qua con đường transcriptone. Chẳng hạn, đó là các nghiên cứu nhằm chứng
minh khả năng tự làm mới và biệt hóa của những tế bào nhất định nào đó (được gọi là tế
bào gốc) vừa trong cơ thể (in vivo), vừa trong phòng thí nghiệm (in vitro). Nếu chúng thể
hiện các đặc tính riêng biệt thì mặc nhiên thừa nhận đó là tế bào gốc.
Trước đây chúng ta chỉ tìm thấy tính toàn năng trong tế bào thực vật, còn tế bào
động vật không thấy xuất hiện tính toàn năng. Có nghĩa rằng một thời gian dài chúng ta
tưởng rằng một khi tế bào động vật đã trưởng thành nó không còn khả năng biệt hóa
thành các tế bào chuyên hóa khác. Nhưng thời gian gần đây sự phát triển của khoa học đã
giúp các nhà khoa học nghiên cứu thành công khả năng kỳ diệu của tế bào động vật,
những tế bào không chuyên hóa có thể biệt hóa thành các tế bào khác, thành công này đã
giúp chúng ta rất nhiều trong việc chữa trị các căn bệnh hiểm nghèo đòi hỏi phải có mô
trưởng thành tương hợp để ghép như ghép gan, tụy,…hoặc các bệnh nan y hơn như là các

bệnh ung thư như ung thư máu…mặc dù cơ thể chúng ta không thể tái tạo cả một cẳng
chân hay ngón tay bị mất, nhưng tế bào máu, tế bào da hay các tế bào khác vẫn thường
xuyên được tái sinh trong cơ thể chúng ta.
Những tế bào “toàn năng” giúp chúng ta tái tạo mô, lần đầu tiên được phát hiện
trong quá trình tiến hành thí nghiệm với tủy xương, vào những năm 1950 đã dẫn đến phát
hiện về sự tồn tại của tế bào gốc trong cơ thể; từ đó phát triển kỹ thuật cấy ghép tủy
19


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

xương hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong y học. Khám phá về tế bào gốc đã thắp
sáng hy vọng về tiềm năng y học của kỹ thuật tái sinh. Lần đầu tiên trong lịch sử, các bác
sĩ có thể tái tạo mô bị hủy hoại nhờ một nguồn cung cấp mới mẻ những tế bào khỏe mạnh
bằng cách áp dụng khả năng độc nhất vô nhị của tế bào gốc nhằm tạo ra nhiều loại tế bào
khác biệt trong cơ thể.
Vậy cụ thể các tế bào gốc có đặc điểm gì và có những triển vọng gì khi nghiên cứu
và ứng dụng nó trong y học, chúng ta sẽ tìm hiểu ở phần tiếp theo.
1. Định nghĩa tế bào gốc

1.1.

Khái niệm

Tế bào gốc hay còn gọi là tế bào nguồn (cell
source) là những tế bào sơ khai chưa biệt hóa, có thể
tự tái tạo và phân chia nhiều lần.
Trong những điều kiện thích hợp chúng có khả

năng phát triển thành nhiều loại tế bào khác nhau
trong cơ thể: tế bào cơ, hồng huyết cầu, tế bào
não, tế bào tim, gan,…. Khả năng này cho phép
chúng hoạt động như một “hệ thống sửa chữa” của

cơ thể,

khi được đưa vào các bộ phận khác nhau, tế bào gốc có thể phân chia không giới hạn để
lấp đầy những thiếu hụt tế bào của bộ phận đó (bù đắp cho những tế bào chết đi) chừng
nào cơ thể còn sống.
Tế bào gốc có thể trở thành tế bào cơ, hồng huyết cầu, tế bào não, tế bào tim, gan,…

1.2.

Nguồn gốc

1900, giới khoa học châu Âu nhận ra rằng mọi tế bào máu bắt nguồn từ một Tế bào
nguyên thủy đặc thù.
1940, các nhà nghiên cứu phát hiện các dòng Tế bào gốc phôi ở chuột.
Từ những năm 1950, các nhà khoa học nước ngoài đã phát hiện ra các kháng nguyên
trên màng tế bào và kháng thể cơ thể.
Gail Martin
Nguồn: />Martin Evans

20


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

Nguồn: />
1981, Gail Martin và Martin Evans lần đầu tiên tách được Tế bào gốc từ phôi chuột.
Dr. Ian Wilmut
NguồnP />Ariff Bongso
Nguồn: />
Năm 1994, Ariff Bongso, Nhà khoa học người Sri Lanka, là người đầu tiên trên thế
giới tách thành công tế bào gốc từ phôi người. Sau đó, rất nhiều Nhà khoa học nổi tiếng
khác tiếp tục nghiên cứu và đã có nhiều thành tựu quan trọng trong việc sử dụng tế bào
gốc nhằm điều trị, chăm sóc sức khỏe con người. Cần nói thêm trong lịch sử nghiên cứu
tế bào gốc, việc tách tế bào gốc từ gốc phôi hoặc nhũ nhi (thai) có thời gian từng bị lên án
dữ dội từ dư luận xã hội và tín ngưỡng tôn giáo phương Tây, về việc vi phạm vấn đề y
đức. Tế bào gốc trưởng thành cũng ít được quan tâm bởi khả năng cho tế bào ít, già và
khó biệt hóa...
1997, nhóm Ian Wilmut công bố nhân bản thành công động vật có vú đầu tiên =>
cừu Dolly
1998, Jame. Thomson, Madison và John Gearhart (Mỹ) nuôi cấy thành công tế bào
gốc người.
2001, các nhà khoa học tại Advanced Cell Technology đã nhân bản phôi người thành
công đầu tiên (giai đoạn 4-6 tế bào).
Đến năm 2004, tại trường ĐH Quốc gia Singapore, P. Giáo sư - Tiến sĩ - Bác sĩ Phan Toàn
Thắng là người đầu tiên trên thế giới tách được tế bào gốc từ màng cuống dây PGS.TS Phan
Toàn Thắng
Nguồn: />
rốn, một phát minh đã tạo nên sự quan tâm đặc biệt của giới khoa học thế giới. Đây
là tiền đề quan trọng để có thể chữa lành các vết thương do bỏng, loét do phóng xạ và đặc
biệt là ứng dụng trong lĩnh vực chăm sóc sắc đẹp.
2005, Các nhà nghiên cứu ở Đại học Kingston (Anh) đã tuyên bố phát hiện một loại
Tế bào gốc giống Tế bào gốc phôi được thu nhận trong máu cuống rốn.
Mario R. Capecchi (người Mỹ gốc Italia), Martin J. Evans (Anh), Oliver Smithies (Mỹ) (ảnh - từ trái

sang phải)
21


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

Tháng 10/2007, Mario Capecchi, Martin Evans và Oliver Smithies đã nhận giải
thưởng Nobel Y học về các khám phá nền tảng liên quan đến Tế bào gốc phôi chuột.
Trong khoảng hai thập kỷ trở lại đây, cụm từ “Tế bào gốc” thường xuyên được nhắc
tới trên các diễn đàn y học, các Viện nghiên cứu Hàn Lâm và các phương tiện truyền
thông đại chúng, và trong vòng năm năm gần đây các nghiên cứu tế bào gốc đã thực sự
trở thành tâm điểm trong Y học hiện đại, và phát triển thành một nhánh nghiên cứu riêng
với tên gọi là Y học Tái tạo.
Cơ thể con người được xây dựng từ một tế bào gốc phôi thai - kết quả của việc tinh
trùng và trứng thụ tinh - nhân bản, hợp tử phân chia tạo thành hai tế bào, mỗi một tế bào
trong đó lại phân chia và cứ tiếp diễn như vậy. Khoảng 5 ngày sau thụ tinh, hợp tử có
dạng một quả bóng rỗng, với khoảng 150 tế bào được gọi là phôi bào (blastocyst). Phôi
bào thậm chí còn nhỏ hơn một hạt cát, bao gồm 2 nhóm tế bào: nguyên bào nuôi phôi
(trophoblast) và khối tế bào nội tại trong phôi bào. Tế bào gốc phôi là những tế bào hình
thành nên khối tế bào nội tại (inner cell mass). Do tế bào gốc phôi có khả năng biệt hoá
thành tất cả các dạng tế bào trong cơ thể người trưởng thành nên nó còn được gọi là tế
bào gốc toàn năng (pluripotent stem cell).
Tế bào gốc cũng có thể tìm thấy ở một số loại mô nhất định ở người đã phát triển
toàn diện, từ trẻ em đến người trưởng thành, với số lượng rất ít. Ví dụ, tế bào gốc tủy
xương (tế bào gốc máu) có trong tủy của xương, chúng phát triển thành tất cả các loại tế
bào máu chuyên biệt.
1.2.1. Mục đích nghiên cứu tế bào gốc
Các nhà khoa học gia đều dùng tế bào gốc để nghiên cứu coi có thể làm nảy sinh ra

nhiều loại tế bào khác nhau của các bộ phận trong cơ thể. Và nếu thực hiện được điều đó
thì tế bào gốc có thể được áp dụng trong trị bệnh, để thay thế cho tế bào đã bị hư hao vì
bệnh tật cũng như ngăn ngừa sự hóa già.
Khi chúng ta bị thương hoặc bị bệnh, tế bào trong cơ thể cuả chúng ta cũng sẽ bị
thương hoặc chết. Khi như vậy, tế bào gốc bắt đầu hoạt động. Công việc của tế bào gốc

22


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

gồm sửa chữa những tế bào bị thương và thay tế bào mới vào chỗ những tế bào chết. Đây
là cách mà tế bào gốc giữ cơ thể khỏe mạnh và chống thoái hoá không bình thường.
Hai vấn đề cốt lõi về tế bào gốc mà các nhà khoa học đang muốn nghiên cứu sâu là
“tại sao tế bào gốc lại là tế bào không chuyên dụng có thể tự tái tạo trong nhiều năm và
nhận biết các tác nhân khiến tế bào gốc biến đổi thành tế bào chuyên dụng”.
1.2.2.
1.2.2.1.

Đặc điểm của tế bào gốc

Tế bào gốc là tế bào không chuyên dụng

Một đặc điểm cơ bản của tế bào gốc là nó không chứa một cấu trúc mô đặc biệt nào
nên nó cũng không thực hiện một chức năng chuyên dụng nào. Một tế bào gốc không thể
phối hợp với các tế bào gần đó để lưu thông máu trong cơ thể (như tế bào cơ tim), nó
không thể mang các phân tử oxy trong dòng máu (như hồng huyết cầu), nó không thể đốt
cháy điện hóa học giúp cơ thể có thể di chuyển, nói năng (như tế bào thần kinh). Tuy

nhiên, các tế bào gốc không chuyên dụng này lại có thể biến đổi thành các tế bào chuyên
dụng như tế bào cơ tim, tế bào máu, tế bào não,…
1.2.2.2.

Tế bào gốc có thể tự phân chia và tái tạo trong thời gian dài

Không giống như tế bào cơ, tế bào máu hay tế bào não không thể tự tái tạo, tế bào
gốc có thể tự tái tạo và tái tạo nhiều lần.
Trong các phòng thí nghiệm, một lượng tế bào gốc tương đối có thể tái tạo thành
hàng triệu tế bào gốc khác trong thời gian vài tháng. Nếu sau một quá trình tái tạo tế bào
gốc vẫn là tế bào không chuyên dụng - có thể coi là tế bào mẹ, thì nó lại tiếp tục tái tạo
thành các tế bào mới. Các điều kiện để duy trì tế bào gốc như tế bào không chuyên dụng
là mối quan tâm lớn của các nhà khoa học.
1.2.2.3.

Tế bào gốc có thể biến đổi thành tế bào chuyên dụng

Khi tế bào gốc biển đổi thành tế bào chuyên dụng quá trình này được gọi là sự phân
ly. Hiện các nhà khoa học vẫn đang đi những bước đầu tiên tìm hiểu những yếu tố bên
trong và bên ngoài quá trình này. Yếu tố bên trong được kiểm soát bởi gen của tế bào nằm
trên các chuỗi DNA, có khả năng mang tải thông tin về cấu trúc và chức năng của tế bào.
Các yếu tố bên ngoài là các hóa chất do các tế bào khác kiểm soát, là sự tương tác với các
tế bào khác và một số phân tử trong môi trường vi mô.
23


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

2. Phân loại và chức năng của tế bào gốc
Sự sống bắt đầu từ tế bào gốc (stem cell) vậy tế bào gốc là mầm mống của một cơ
thể. Tế bào phân chia tạo ra nhiều thế hệ con cháu, mỗi con cháu sẽ thực hiện một chức
năng khác nhau trong hoạt động sống kể cả duy trì nòi giống.

II.1. Phân loại tế bào gốc
Với các tác giả khác nhau, có thể có những cách phân loại khác nhau. Vào thời điểm
năm 2005 trở về trước, người ta thường chia tế bào gốc thành hai dạng cơ bản: tế bào gốc
phôi (phân lập từ phôi) và tế bào gốc trưởng thành (gồm các tế bào gốc của cơ thể trưởng
thành và của nhũ nhi). Nhưng trong những năm 2005 - 2007, nhiều tác giả đã chính thức
thừa nhận loại tế bào gốc nhũ nhi là một nhóm riêng biệt. Mặc dù không phải là tế bào
gốc phôi, nhưng rõ ràng về giải phẫu học, các tế bào gốc nhũ nhi không được khai thác
trong một cơ thể trưởng thành. Hơn nữa, tiềm năng “gốc” của chúng cũng lớn hơn các tế
bào gốc trưởng thành, chưa kể các kỹ thuật thu nhận, thao tác chúng cũng có điểm khác
biệt. Một số tác giả khác lại chia tế bào gốc thành bốn loại, bao gồm: tế bào gốc phôi, tế
bào gốc thai, tế bào gốc cuống rốn và tế bào gốc trưởng thành.
Nguồn: />
Ngày nay, tế bào gốc được chia thành các loại khác nhau dựa theo các điều kiện
sau:
Hình: Phân loại tế bào gốc

24


Báo cáo chuyên đề - CNSH

Trường Đại Học Cần Thơ

 Phân loại theo tiềm năng biệt hóa:

Hình: Tế bào gốc toàn năng
-

Tế bào gốc toàn năng (totipotent stem cells): là những tế bào có khả năng biệt hóa thành
tất cả các loại tế bào cơ thể từ một tế bào ban đầu. Được sinh ra từ sự hợp nhất của trứng
và tinh trùng. Những tế bào được tạo ra sau một vài lần phân chia đầu tiên của trứng đã
thụ tinh cũng là những tế bào totipotent. Những tế bào gốc toàn năng có khả năng phát
triển thành thai nhi, tạo nên một cơ thể sinh vật hoàn chỉnh. Hợp tử và các tế bào được
sinh ra từ những lần phân chia đầu tiên của hợp tử (giai đoạn 2-4 tế bào) là các tế bào gốc

-

toàn năng.
Tế bào gốc đa năng (pluripotent stem cells): là những tế bào có khả năng biệt hóa thành
tất cả các tế bào của cơ thể có nguồn gốc từ ba lá phôi-lá trong, lá giữa, lá ngoài. Các tế
bào gốc đa năng không thể phát triển thành thai nhi, không tạo nên được một cơ thể sinh
vật hoàn chỉnh mà chỉ có thể tạo nên được các tế bào, mô nhất định. Ví dụ: tế bào gốc
phôi tìm thấy ở phôi bào (từ 5 đến 14 ngày).
Hình: tế bào gốc đa năng

-

Tế bào gốc một vài tiềm năng (multipotent stem cells): Là những tế bào có khả năng biệt
hóa thành nhiều loại tế bào của cơ thể từ một tế bào ban đầu. Các tế bào được tạo thành
nằm trong một hệ tế bào có liên quan mật thiết. Ví dụ: chỉ tạo nên các tế bào máu (như
hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu lympho,…) hoặc chỉ tạo nên các tế bào của hệ thống thần
kinh.

Hình: tế bào gốc một vài tiềm năng
-

Tế bào gốc đơn năng (unipotential progenitor cells): hay còn gọi là tế bào định hướng đơn
dòng hay tế bào đầu dòng (progenitor cells) là những tế bào gốc chỉ có khả năng biệt hóa
theo một dòng. Trong điều kiện bình thường, các tế bào gốc trưởng thành trong nhiều tổ
chức đã biệt hóa có tính đơn năng và có thể biệt hóa thành chỉ một dòng tế bào. Khả năng
biệt hóa theo dòng này cho phép duy trì trạng thái sẵn sang tự tái tạo mô, thay thế các tế
bào mô chết vì già cỗi bằng các tế bào mô mới.
25