tiểu luận chuyên đề công nghệ sinh học-công nghệ DNA tái tổ hợp

TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

PHẦN 1 - MỞ ĐẦU
Công nghệ sinh học là ngành khoa học ứng dụng hiểu biết của con người
về các hệ thống sống để sử dụng các hệ thống này hoặc các thành phần của
chúng cho các mục đích công nghiệp. Đây là một ngành mũi nhọn, hiện đang
được cả thế giới quan tâm do có tốc độ phát triển nhanh chóng và đang tạo ra
một cuộc cách mạng sinh học trong nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, y dược, bảo vệ môi trường, vật liệu… Công nghệ sinh học nếu được sử dụng hợp lý
sẽ cho chúng ta những khả năng tiềm tàng và những thực phẩm tốt hơn cho sức
khỏe, giảm bớt sự phụ thuộc vào các loại nhiên liệu, mở ra những khả năng chữa
trị các dịch bệnh hiệu quả hơn.
Sự phát triển của công nghệ sinh học đã tạo điều kiện khai thác tốt nhất
khả năng kỳ diệu của sinh vật vào quy trình sản xuất ở quy mô công nghiệp.
Những tiến bộ đó của công nghệ sinh học ngày càng xâm nhập sâu vào mọi
lĩnh vực hoạt động của đời sống con người. Từ các sản phẩm công nghệ lên
men truyền thống đến các sản phẩm của công nghệ sinh học hiện đại như: sinh
vật biến đổi gene, động vật nhân bản, nuôi cấy tế bào gốc, công nghệ sinh học
nanô... đã cho thấy phạm vi nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ sinh học
ngày càng mở rộng và đa dạng, hướng đến một sự phát triển mới là nền công
nghiệp công nghệ sinh học. Điều này cho thấy công nghệ sinh học chính là sự
phối hợp của khoa học và công nghệ để khai thác những kiến thức về các hệ
thống sống cho các ứng dụng thực hành.
Trong kỹ thuật di truyền, kỹ thuật tái tổ hợp DNA (Recombinant DNA
technology) là kỹ thuật nền tảng và cơ bản nhất, do đó người ta thường gọi kỹ
thuật tái tổ hợp DNA là kỹ thuật di truyền.
Sự ra đời của kỹ thuật tái tổ hợp DNA đã làm thay đổi vĩnh viễn bản chất
của công nghệ sinh học. Nhờ kỹ thuật này, việc tối ưu hoá giai đoạn chuyển hoá

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

1


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

sinh học của một quá trình công nghệ sinh học đã đạt được một cách trực tiếp
hơn. Kỹ thuật di truyền đã cung cấp những phương tiện để có thể tách được
những chủng vi sinh vật cho sản lượng cao. Hơn nữa, các vi sinh vật và các tế bào
nhân chuẩn có thể được sử dụng để sản xuất các loại protein, các hormone sinh
trưởng, các interferon… phục vụ con người. Ngoài ra, kỹ thuật DNA tái tổ hợp
còn thuận lợi cho việc sản xuất những chất có ích, có trọng lượng phân tử thấp và
các đại phân tử sinh học có trong tự nhiên với lượng rất nhỏ. Thực vật và động
vật đã trở thành mục tiêu là các lò phản ứng sinh học tự nhiên để sản xuất ra các
sản phẩm mới hay các sản phẩm của gene đã bị biến đổi mà các phương pháp gây
đột biến, chọn lọc và lai không bao giờ tạo ra được. Qua đó, tạo nên những sinh
vật mới phục cho những nhu cầu càng cao của con người về vấn đề lương thực
thực phẩm, vấn đề dinh dưỡng, môi trường… Bên cạnh đó, kỹ thuật tái tổ hợp
DNA cũng thúc đẩy sự phát triển của các phương pháp trị liệu và các hệ thống
chẩn đoán hoàn toàn mới, từ đó mở ra một thứ mới đầy tiềm năng trong việc chữa
bệnh cho con người.
Ngoài ra, thành tựu của công nghệ sinh học còn thể hiện rõ nét trong lĩnh
vực y tế, sức khỏe. Những thành tựu mới nhất của công nghệ sinh học đã được áp
dụng trong y tế như: trị liệu protein chữa trị một số bệnh hiểm nghèo như ung thư,
nhiễm virus và hiện đang thử nghiệm chữa bệnh AIDS vv…

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
2

TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

PHẦN 2 - NỘI DUNG
A. NHỮNG THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ VI SINH TRONG Y TẾ,
BẢO VỆ SỨC KHOẺ CỘNG ĐỒNG, ỨNG DỤNG TRONG
SẢN XUẤT RƯỢU, LIÊN HỆ THỰC TẾ
1. Những thành tựu công nghệ vi sinh trong y tế, bảo vệ sức khoẻ cộng đồng
Đầu thế kỉ XX, nhân loại phải đối đầu với cái chết do các dịch bệnh gây ra,
tỷ lệ chết sơ sinh lên tới 25%, chết trẻ em cũng lên tới 25%...Đời sống của mọi
người vất vả, nghèo đói, thiếu chất dinh dưỡng, dịch bệnh gây ra chết hàng loạt
mà không phương cứu chữa, chính những hiểm họa đó đã đã thúc đẩy việc nghiên
cứu để tìm ra nguyên nhân gây bệnh và các thuốc đặc trị tiêu diệt các vi khuẩn,
virus là các vaccine và các chất kháng sinh. Vì vậy CNVS trong y tế đã ra đời,
với những thành tựu rất nổi bật như:
1.1 Sản xuất các chất kháng sinh dùng trong điều trị [4]
Sản xuất kháng sinh là một trong những ứng dụng thương mại quan trọng
nhất trong việc phát triển quy trình nuôi cấy vi sinh vật ở quy mô công nghiệp.
Hàng trăm loại kháng sinh đang được sản xuất với số lượng lớn, trong đó quan
trọng nhất vẫn là sản xuất penicillin và streptomycin. Hiện nay hiệu suất sinh tổng
hợp chất kháng sinh đã tăng lên hàng ngàn lần so với trước nhờ việc hoàn thiện
quy trình nuôi cấy và tạo ra những chủng mới cho năng suất cao. Ước tính mỗi
năm trên thế giới sản xuất khoảng 100.000 tấn kháng sinh với doanh thu 5 tỷ USD,
bao gồm cả hơn 100 triệu USD cho các kháng sinh sử dụng trong thứcd ăn gia súc
và sử dụng như là các kích tố tăng trưởng ở động vật.
1.2. Sản xuất thuốc bằng công nghệ DNA tái tổ hợp [5]
+ Sản xuất insulin tái tổ hợp: việc sản xuất insulin ở quy mô công nghiệp là
một trong những thành công nổi bật nhất và sớm nhất của công nghệ sinh học hiện

đại. Người ta đã chuyển gene mã hóa tính trạng sản xuất insulin của người sang cho
E. coli nhờ vậy thu nhận được một lượng lớn insulin chỉ sau một thời gian ngắn. Hai

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
3


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

sản phẩm thương mại của insulin (được sản xuất từ nấm men S. cerevisiae tái tổ
hợp) hiện đang được sử dụng là: Actrapid và Novolog (NovoNordisk).
+ Sản xuất interferon: bằng phương pháp công nghệ DNA tái tổ hợp
tương tự như insulin, hiện nay người ta có thể thu nhận một lượng lớn interferon
thông qua các cơ thể vi sinh vật đã được tái tổ hợp gene để phục vụ cho việc
điều trị các bệnh nhiễm trùng như viêm gan B, viêm gan C, một số bệnh ung thư
do virus... Thu nhận interferon từ nấm men S. cerevisiae có có thể cho hiệu suất
cao gấp 10.000 lần so với tế bào E. coli tái tổ hợp.
+ Sản xuất các loại hormone dùng trong trị liệu:
- Hormone sinh trưởng người (human growth hormone - HGH): hiện nay,
HGH đã được sản xuất bằng công nghệ DNA tái tổ hợp thông qua E. coli với một
hiệu suất rất lớn (1 lít dịch lên men của E. coli thu được HGH tương đương với
lượng chất này thu được từ 60 tử thi).
- Somatostatin: phân lập gene mã hóa somatostatin hoặc tổng hợp trong ống
nghiệm sau đó thiết kế vector tái tổ hợp rồi chuyển vào E. coli. Mỗi mẻ nuôi cấy
7,5l vi khuẩn E. coli này sẽ cho ra 5 mg somatostatin nguyên chất. Trước đây,
muốn có khối lượng hormone này phải tiến hành cả năm trên nguyên liệu lấy từ
nửa triệu não cừu.
+ Sản xuất vaccine: sản xuất vaccine kỹ thuật gene là một lĩnh vực phát triển

mạnh hiện nay của công nghệ DNA tái tổ hợp. Đây là loại vaccine được bào chế từ
vi khuẩn đã được chuyển gene mã hóa tổng hợp một protein kháng nguyên của một
loại virus hay một loại vi khuẩn gây bệnh nào đó. Hiện nay, các loại vaccine kỹ
thuật gene được sử dụng cho người bao gồm vaccine viêm gan B, vaccine dại kiểu
mới, vaccine tả kiểu mới, vaccine sốt rét, vaccine bệnh phong…
Một số loại protein trị liệu khác mà trong quá trình tổng hợp chúng
phải trải qua giai đoạn hậu dịch mã (glycosyl hoá) nên không thể
dùng vi khuẩn làm vật chủ thì nay v ới việc chuyển gene vào các hệ thống

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
4


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

biểu hiện của nấm men và nấm sợi (eukaryote) người ta cũng đã bước đầu
thành công trong việc sản xuất ra các loại protein này.
1.3. Sản xuất enzyme dùng trong trị liệu [5]
Trong tương lai gần, enzyme sẽ được sử dụng rộng rãi trong y học để làm
đầu dò (probe) cho các thiết bị phân tích y khoa và để chữa bệnh. Hiện nay, một
số enzyme như: glucooxydase, hexokinase, esterase, urease, cholesteroloxydase,
alcoholdehydrogenease… đã được sử dụng khá phổ biến trong y học. Điển hình
nhất là sử dụng glucooxydase cố định trên bề mặt điện cực platinum trong thiết
bị phân tích hàm lượng glucose máu. Trong y học, enzyme còn được sử dụng
để chữa trị một số bệnh liên quan đến sự thiếu hụt của một số enzyme trong cơ
thể người, hoặc dùng enzyme để loại bỏ những cục thịt, mỡ dư thừa gây nguy
hiểm cho một số bộ phận của cơ thể người. Chẳng hạn: dùng enzyme
streptokinase và urokinase để làm tan máu đông làm tắc nghẽn mạch máu.

1.4. Sản xuất vaccine
Vaccine là chế phẩm kháng nguyên gây trạng thái miễn dịch mà không gây
bệnh. Dùng để kích thích đáp ứng miễn dịch nguyên phát, làm tăng tế bào nhớ và
khả năng đáp ứng miễn dịch nhớ khi tiếp xúc với kháng nguyên lần sau. Vaccine
được sản xuất ra dưới dạng tế bào chết hoặc tế bào đã làm bất hoạt không có khả
năng gây bệnh. Đa số vaccine được dùng cho trẻ em trong chương trình tiêm
chủng mở rộng có tác dụng phòng ngừa các bệnh nhiễm trùng.Với những thành
tựu của sinh học phân tử và kỹ thuật gene dựa trên nguyên lý của L. Pasteus đã
tìm ra vaccine tương ứng bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
2. Ứng dụng của công nghệ vi sinh trong sản xuất rượu
Đây là lĩnh vực công nghệ sinh học chiếm tỉ lệ và doanh số lớn nhất. Sản
xuất có thể ở quy mô công nghiệp và ở gia đình.
Quy trình chưng cất rượu gồm các bước cơ bản sau:

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
5


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

- Xử lý tạo dịch chứa đường để lên men
- Sung mồi (nấm men) và tiến hành lên men cho đến khi đạt độ cồn
khoảng 9 - 11% theo thể tích thì dừng lại.
- Tiến hành gạn, hoặc lọc để loại xác men và chưng cất rượu.
- Ủ đối với rượu whisky, hoặc vô chai với rượu gin và vodka.
Tuy nhiên, cần lưu ý đến những đặc điểm trong sản xuất của từng loại
rượu riêng biệt. Chủng nấm men dùng trong sản xuất rượu công nghiệp phải
chịu được nồng độ cồn tới 12 - 15% theo thể tích. Ngoài ra, chúng còn cần

phải có khả năng thủy phân các olygosaccharide của ngũ cốc thành glucose,
điều này cần thiết để biến đổi hoàn toàn tinh bột ngũ cốc thành ethanol và CO 2.
Vì quá trình chưng cất rất tốn kém về mặt năng lượng, nên hiện nay các
nghiên cứu công nghệ sinh học trong lĩnh vực này đang chú ý tới việc tạo ra
các chủng nấm men chịu được nồng độ cồn cao hơn nữa. Ngoài ra, để nâng cao
hiệu suất tạo cồn người ta thường bổ sung enzyme thủy phân tinh bột vào khâu
xử lý nguyên liệu ban đầu.

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
6


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

B. CÔNG NGHỆ DNA TÁI TỔ HỢP, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG,
LIÊN HỆ THỰC TẾ
1. Khái niệm về kỹ thuật tái tổ hợp DNA
Kỹ thuật DNA tái tổ hợp (Recombinant DNA technology), hay còn gọi
bằng các thuật ngữ khác như kỹ thuật di truyền, kỹ nghệ gene, là công nghệ
sử dụng các nguyên lý của thao tác gene để tạo ra cấu trúc của DNA tái tổ
hợp từ các nguồn DNA khác nhau,thường là sự kết hợp giữa DNA hay
gene ngoại lai (còn gọi là gene đích) với DNA hệ gene của vật chủ và biểu
hiện được gene đó thành protein có hoạt tính trong cơ thể vật chủ [2].
Kỹ thuật DNA tái tổ hợp ra đời trên cơ sở hàng loạt thành tựu của sinh học
phân tử trong việc tách, cắt, nối, chép, chuyển và cho gene biểu hiện đúng
như mong muốn.nó có vai trò cách mạng hoá đối với sự phát triển của sinh
học và tạo ra quyền lực ghê gớm cho con người trong việc cải tạo sinh giới
và bản thân mình. Đồng thời, việc nghiên cứu về kỹ thuật DNA tái tổ hợp

và các phương pháp dẫn xuất của nó có ý nghĩa quan trọng là trang bị
phương pháp luận mới để đi sâu vào bản chất của sự sống [8].

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
7


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

2. Các khâu cơ bản của công nghệ DNA tái tổ hợp
a. Phân lập DNA/gene
Một số phương pháp phân lập gene để thực hiện kỹ thuật tái tổ hợp DNA
đã được sử dụng là:
+ Tách các đoạn DNA từ geneome: dùng enzyme cắt hạn chế để cắt DNA
hệ gene thành những đoạn có kích thước khoảng 20kb.
+ Sinh tổng hợp cDNA từ mRNA: tách chiết mARN rồi sử dụng enzyme
phiên mã ngược (reverse transcriptase) tổng hợp nên cDNA sợi đơn, từ DNA sợi
đơn này sẽ tổng hợp được cDNA sợi kép bằng enzyme DNA polymerase I.
+ Phân lập đoạn DNA bằng phương pháp PCR: dùng enzyme Taq
polymerase, cặp primer đặc hiệu và các nguyên liệu cần thiết khác có thể tổng
hợp được một lợng lớn DNA trong một thời gian ngắn.
b. Tạo dòng DNA
Gồm các bước:
+ Thiết kế vector tái tổ hợp: đoạn DNA ngoại lai và vector cùng được cắt
bằng một loại enzyme cắt để tạo các đầu dính rồi chúng được gắn lại với nhau
nhờ enzyme nối ligase.
+ Biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào vật chủ: dùng phương pháp thích
hợp để chuyển vector tái tổ hợp vào tế bào nhận: điện biến nạp, hoá biến nạp,

súng bắn gene, sốc nhiệt, vi tiêm…
+ Chọn dòng mang DNA tái tổ hợp: để thu nhận đúng dòng tế bào mang
plasmid tái tổ hợp thể dùng ba phương pháp cơ bản là lai khuẩn lạc, khử hoạt tính
bằng đoạn chèn và tạo dòng định hướng.
c. Biểu hiện gene được tạo dòng
Các gene sau khi đã được tạo dòng nếu muốn thu nhận sản phẩm cuối cùng
là protein thì phải được gắn vào các vector biểu hiện rồi chuyển vào tế bào chủ để
tạo điều kiện cho chúng được biểu hiện.

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
8


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

3. Các ứng dụng của công nghệ DNA tái tổ hợp, liên hệ thực tế
Công nghệ DNA tái tổ hợp hiện nay có rất nhiều ứng dụng trong đời
sống. Các ứng dụng này bao gồm sản xuất dược phẩm và các loại hóa chất
khác, các vi khuẩn đặc biệt, các cây trồng nông nghiệp quan trọng, và các vật
nuôi đã được biến đổi di truyền... Kỹ thuật này cũng được sử dụng rộng rãi
trong các xét nghiệm y khoa và còn được dùng để kiểm tra các khiếm khuyết
di truyền ở người. Dưới đây là các ứng dụng chính của công nghệ DNA tái tổ
hợp.
3.1. Ứng dụng trong dược phẩm [7]
Sản phẩm thương mại đầu tiên được phát triển bằng công nghệ DNA tái tổ
hợp là các dược phẩm dùng trong điều trị các bệnh và các rối loạn ở người. Năm
1979, bắt đầu sản xuất thương mại insulin người bằng công nghệ DNA tái tổ
hợp. Trước thời điểm này, tất cả insulin dùng trong điều trị bệnh tiểu đường

được tách chiết từ tụy của các vật nuôi cho thịt. Mặc dù nguồn insulin này có tác
dụng tốt cho nhiều người mắc bệnh tiểu đường, nhưng nó vẫn không phải là
insulin người, và một số người đã trải qua các phản ứng phụ với protein ngoại
lai. Gene insulin người sau đó đã được chèn vào plasmid và chuyển vào vi
khuẩn để sản xuất insulin người. Các dược phẩm được sản xuất thông qua công
nghệ DNA tái tổ hợp bao gồm: hormone sinh trưởng người (cho trẻ em mắc bệnh
còi), nhân tố tạo tơ huyết (chữa bệnh khó đông máu), hoạt tố plasminogene mô
(dùng để hòa tan các huyết khối trong bệnh nhân bị nhồi máu cơ tim),
interferon, interleukin, DNA vaccine…
3.2. Ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp
Công nghệ DNA tái tổ hợp cũng đã có một ảnh hưởng quan trọng đến sản
xuất nông nghiệp, nơi mà hiện nay nó được dùng để tạo ra các cây trồng và vật
nuôi mang các đặc điểm có giá trị. Cây trồng công nghệ sinh học mang lại lợi
ích với việc cung cấp nhiều thực phẩm, thức ăn gia súc và sợi hơn, đồng thời đòi

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
9


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

hỏi ít thuốc trừ sâu hơn, duy trì chất lượng đất tốt hơn và có lợi hơn cho việc bảo
vệ môi trường bền vững.
Các nhà di truyền học đã tạo ra nhiều loài cây trồng kháng virus bằng
cách chuyển các gene vỏ protein của virus vào tế bào thực vật. Nhiều loại cây
trồng kháng sâu bệnh cũng được tạo ra như ngô, cà chua, khoai tây và bông
mang gene độc tố của vi khuẩn Bacillus thuringiensis. Gene này đã sản xuất độc
tố đối với côn trùng trong cây, và sâu bướm khi ăn cây đã bị chết.

Công nghệ DNA tái tổ hợp cũng đã cho phép phát triển tính kháng
chất diệt cỏ ở thực vật. Một vấn đề quan trọng trong nông nghiệp là điều khiển các
cỏ dại cạnh tranh nước, ánh sáng và chất dinh dưỡng với cây trồng. Mặc dù chất
diệt cỏ có tác dụng giết cỏ dại, nhưng chúng cũng có thể gây nguy hiểm cho cây
trồng. Các gene cung cấp tính kháng cho nhiều loại chất cỏ dại đã được chuyển vào
cà chua, đậu tương, bông, cây cải dầu và các cây trồng thương mại quan trọng
khác. Khi đồng ruộng có canh tác các cây trồng này được phun thuốc diệt cỏ,
thì cỏ dại bị giết nhưng các cây trồng biến đổi di truyền lại không bị ảnh hưởng.
Bên cạnh đó là việc chuyển gene chịu lạnh cho các cây lương thực, thực
phẩm trồng ở các nước ôn đới, đặc biệt là cho thuốc lá và khoai tây, vốn là những
cây ít chịu lạnh. Cũng đã có những thành công trong việc chuyển gene kháng hạn
và kháng mặn cho cây trồng. Các nhà nghiên cứu ở Viện Công nghệ khoa học thực
vật Thụy Sĩ đã thành công trong việc tạo ra giống lúa "vàng" chứa phong phú betacaroten (vitamin A) và giống lúa này đã được Quỹ Rockefeller tài trợ để triển khai
ở một số nước đang phát triển. Với giống lúa này người ta hy vọng sẽ cứu được
nhiều người trong số 500 000 người bị mù lòa trên thế giới hàng năm [2].
Tính đến năm 2005, sau 10 năm canh tác theo công nghệ sinh học đã có tới
400 triệu hécta cây trồng theo công nghệ sinh học được cải thiện nhờ kĩ thuật gene
đã được đưa vào canh tác. Mỹ là nước đi đầu về diện tích cây trồng theo công nghệ
sinh học với hơn 48 triệu ha, tiếp theo là Argenetina (16 triệu ha), Canada (6 triệu

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
10


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

ha), Brazil (4,8 triệu ha), và Trung Quốc (4 triệu ha). Giá trị cây trồng theo công
nghệ sinh học là gần 5 tỉ USD, tương ứng bằng 15% và 16% sản lượng cây trồng

toàn cầu và thị trường giống [1]. Năm 2007, diện tích đất trồng cây CNSH trên
toàn cầu tăng thêm 12%, lên 114,3 triệu ha với năng suất và thu nhập tăng lên 50%.
Cây trồng theo công nghệ sinh học đã được nông dân trên toàn thế giới tiếp nhận
nhanh chóng hơn bất kỳ loài cây trồng nào khác trong lịch sử nông nghiệp.
Từ khi ra đời vào năm 1996, việc sử dụng các loại cây trồng cải thiện nhờ
kỹ thuật di truyền đã gia tăng với tốc độ hơn 10%/năm và vào năm 2004, theo
một báo cáo của cơ quan quốc tế về ứng dụng công nghệ sinh học nông nghiệp,
lượng cây trồng đó được sử dụng ở mức gia tăng 20%. Các loài cây mang gene
công nghệ sinh học mới là đậu nành, ngô, bông và canola, chiếm tương ứng 56%,
14%, 28% và 19% diện tích trồng các loài cây này trên toàn cầu. Tổng diện tích
của chúng chiếm gần 30% diện tích dành cho các loài cây này trên toàn cầu. Tại
Mỹ, đậu nành công nghệ sinh học (đề kháng với thuốc diệt cỏ), ngô (đề kháng với
thuốc diệt cỏ và thuốc trừ sâu) và bông (đề kháng với thuốc diệt cỏ và thuốc trừ
sâu) chiếm diện tích tương ứng gần 85%, 75% và 45% diện tích toàn phần của
các loài cây đó [1].
Đối với chăn nuôi, kết quả có phần hạn chế hơn do việc thực hiện khá tốn
kém và thời gian theo dõi rất dài. Tuy vậy đã có trên 10 loài bao gồm bò, heo, dê,
cừu, thỏ, gà, cá... được chú ý nghiên cứu. Hướng nghiên cứu nhằm tạo ra được
những giống gia súc và vật nuôi có sức đề kháng bệnh tật, có khả năng cải thiện
đáng kể về chất lượng của thịt, sữa và trứng. Người ta hy vọng trong thời gian
không xa sẽ tạo được loại thịt heo có tỷ lệ nạc rất cao, giống như thịt bò, sữa bò
có tỷ lệ đạm cao, trứng gà có lòng đỏ to, màu đỏ đậm hơn, tỷ lệ lecithine cao và
vỏ cứng. Một hướng khác là tạo các động vật mang gene mã hóa cho các sản
phẩm dược liệu [8] [3]. Ví dụ: một gene người mã hóa cho nhân tố VIII (hình
thành tơ huyết) được liên kết với vùng điều hòa của gene sản xuất β-

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
11

TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

lactoglobulin ở cừu, một protein tạo sữa. Gene dung hợp được tiêm vào phôi
cừu, tạo ra một con cừu chuyển gene có khả năng sản xuất trong sữa của nó
nhân tố đông máu của người. Một phương thức tương tự được dùng để chuyển
gene α1-antitrysin, một protein dùng để điều trị bệnh nhân khí thũng di truyền
(hereditary emphysema), vào trong cừu. Cừu cái mang gene này sản xuất rất
nhiều α 1-antitrysin khoảng 15g trong 1 lít sữa của chúng.
3.3. Thuốc oligonucleotide [7]
Một ứng dụng công nghệ DNA tái tổ hợp trong thời gian gần đây đó là phát
triển các thuốc oligonucleotide có trình tự phân tử DNA hoặcRNA nhân tạo
ngắn có thể được dùng để điều trị bệnh. Các antisense oligonucleotide bổ sung
cho các RNA không mong muốn, như là RNA của virus. Khi được bổ sung vào
tế bào, thì các antisense DNA này liên kết với mRNA của virus và ức chế sự
dịch mã của chúng.
Các DNA oligonucleotide sợi đơn liên kết chặt chẽ với các trình tự
DNA khác, tạo thành một phân tử triplex DNA. Sự tạo thành triplex DNA cản
trở liên kết của RNA polymerase và các protein khác cần cho sự phiên mã. Các
oligonucleotide khác là các ribozyme, các phân tử RNA mà chức năng như là
các enzyme. Những phức hợp này liên kết với các phân tử mRNA đặc hiệu và
cắt chúng thành từng đoạn, phá hủy khả năng mã hóa protein của chúng. Một
số thuốc oligonucleotide đã sẵn sàng để thử nghiệm trong điều trị bệnh AIDS và
ung thư.
3.4. Liệu pháp gene [7]
Đối với loại bệnh di truyền, bệnh do đột biến gene người ta phải cần đến
sự can thiệp của liệu pháp gene, một hướng chữa bệnh gắn liền với các kỹ thuật
tiên tiến trong lĩnh vực công nghệ sinh học hiện đại như các vi thao tác gene, sửa
đổi thay thế gene...

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
12


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

Liệu pháp gene (gene theography) thực chất là phương pháp chữa bệnh
bằng gene. Có nhiều khái niệm khác nhau về liệu pháp gene, nhưng cách hiểu
chung nhất là tập hợp các biện pháp để sử dụng các gene cần thiết (còn gọi là
gene trị liệu) nhằm mục đích chữa bệnh cho con người.
Trong đó, gene trị liệu có thể là:
- Các gene hoạt động bình thường (gene lành) có thể đưa vào tế bào để
thay thế gene hỏng, gene mất chức năng, khôi phục hoạt động bình thường của tế
bào và sự sống của cơ thể.
- Là những gene có khả năng mã hóa một protein đặc hiệu, khi đưa vào tế
bào sống có thể tạo nên các loại protein đặc hiệu. Các loại protein đặc hiệu có
thể ức chế hoạt động của một gene khác trong tế bào, kìm hãm khả năng phân
chia của tế bào hoặc gây chết các tế bào bị bệnh.
- Những gene khi đưa vào tế bào hoạt động đồng thời với các gene bệnh
(gene bị đột biến trong tế bào) làm hạn chế tác động của gene bệnh hoặc hỗ
trợ, bù đắp cho các gene bị hỏng.
- Gene trị liệu còn là các gene bất hoạt được đưa vào tế bào thay thế cho
một gene lành nào đó, nhằm hạn chế sản phẩm không cần thiết của gene lành
hoặc tạo ra cho tế bào một trạng thái mới, có tác dụng chống lại bệnh tật.
- Gene trị liệu có thể là những đoạn oligonucleotide có tác dụng kìm
hãm hoạt động của gene bị hỏng, bị đột biến trong tế bào.
3.5. Chẩn đoán bệnh để can thiệp sớm [7]

Bằng kỹ thuật chọc ối, kết hợp đồng thời phân tích máu bố mẹ bằng
enzyme hạn chế, người ta có thể chẩn đoán sớm trước khi sinh (vì enzyme hạn
chế có khả năng phân biệt được gene đột biến với gene bình thường). Các đoạn
DNA cắt ra, được phân tách qua phương pháp điện di, đem lai với các mẫu dò
DNA hoặc RNA đã đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ 32P hoặc huỳnh
quang. Ảnh phóng xạ tự ghi hoặc tín hiệu huỳnh quang cho ta thấy các đoạn

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
13


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

DNA được lai với các mẫu dò. Các đoạn này được tách ra để nghiên cứu
và xác định đột biến hay bình thường bằng enzyme hạn chế, vì một số đột biến
di truyền có ảnh hưởng đến các vị trí dành cho enzyme hạn chế.
Ứng dụng các kỹ thuật sinh học phân tử trong lĩnh vực này có nhiều
thuận lợi hơn các phương pháp kinh điển. Thứ nhất, có thể rút ngắn được thời
gian nhờ ứng dụng kỹ thuật PCR, chẳng hạn chẩn đoán bệnh HIV - 1, dùng
phương pháp PCR chỉ mất một ngày so với 3 - 4 tuần nuôi cấy của
phương pháp truyền thống. Thứ hai, đối với các tác nhân gây bệnh khó nuôi cấy
hay không thể nuôi cấy thì kỹ thuật sinh học phân tử là giải pháp duy nhất,
chẳng hạn Chlamydia, Brucella, viêm gan B,... Thứ ba, việc tạo dòng một gene
dùng làm probe đơn giản hơn việc sản xuất kháng thể đặc hiệu, hơn nữa với một
probe người ta có thể phát hiện tất cả các kiểu huyết thanh (serotype) của
tác nhân gây bệnh, điều mà chỉ một kháng thể không thể làm được. Cuối cùng,
nếu trước kia phải cần đến nhiều kỹ thuật (quan sát dưới kính hiển vi, nuôi cấy
trên một loạt môi trường, miễn dịch học...) thì hướng chẩn đoán bằng sinh học

phân tử chỉ cần một kỹ thuật (lai phân tử hoặc PCR).
Đối với tác nhân là virus, các kỹ thuật lai phân tử và PCR đã cho phép
chẩn đoán nhiều nhóm như papillomavirus, HBV, HIV. Đặc biệt phương
pháp lai tại chỗ còn cho phép xác định trực tiếp virus trên lát cắt sinh thiết.
Đối với các tác nhân vi khuẩn, đã có nhiều bộ kit chẩn đoán sinh học phân
tử được thương mại hóa như: Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium
pneumoniae, Salmonella, Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae...
Đối với các tác nhân ký sinh trùng, người ta cũng đã thành công trong
chẩn đoán Plasmodium, Schistosoma, Trypanosoma, Toxoplasma, Leishmania…
bằng lai phân tử. Phương pháp PCR còn cho phép phát hiện tác nhân
ngay trong vật trung gian truyền bệnh.

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
14


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

3.6. In dấu vân di truyền (DNA fingerprinting) [7]
Sử dụng các trình tự DNA để nhận dạng một người, được gọi là DNA
fingerprinting, là một công cụ điều tra sát tội phạm và các ứng dụng pháp lý khác.
DNA fingerprinting có thể được dùng để xác nhận đối tượng tình nghi có
mặt ở hiện trường gây án hay không. Một mẫu DNA của máu, tóc, tinh dịch
hoặc mô của cơ thể được thu thập từ hiện trường. Nếu mẫu là rất nhỏ, phương
pháp PCR được dùng để khuếch đại cho đủ AND. Các mẫu DNA bổ sung được
thu thập từ một hoặc nhiều nghi can khác.
Mỗi một mẫu được cắt với một hoặc nhiều RE, và kết quả các đoạn DNA
được phân tách bằng điện di. Các đoạn trên gel được biến tính và chuyển lên màng

lai nitrocellulose. Một hoặc nhiều probe (được đánh dấu phóng xạ) sau đó được lai
với màng nitrocellulose và được phát hiện bằng phóng xạ tự ghi. Kiểu của băng
được tạo ra bởi DNA từ mẫu được thu thập ở hiện trường sau đó được so sánh với
các kiểu được tạo ra bởi DNA từ những nghi can. Mẫu khớp nhau từ hiện trường
và nghi can có thể cung cấp bằng chứng rằng nghi can có mặt tại hiện trường vụ án.
DNA fingerprinting còn được sử dụng để cung cấp thông tin về mối quan
hệ huyết thống và các nguồn cơ thể sống khác.
3.7. Lập bản đồ gene [7]
Một đóng góp có ý nghĩa của công nghệ DNA tái tổ hợp đó là cung cấp một
lượng lớn các marker (chỉ thị) di truyền được dùng trong lập bản đồ gene. Một
nhóm trong số các marker được dùng trong lập bản đồ gene đó là restriction
fragment length polymorphism (RFLP). RFLP là những biến đổi đa hình trong
các kiểu của các đoạn DNA được tạo ra khi phân tử DNA được cắt cùng
một enzyme hạn chế. Nếu DNA từ hai người được cắt bởi cùng một enzyme và
kiểu của các đoạn DNA khác nhau được tạo ra, thì hai người này phải có sự khác
nhau về các trình tự DNA của họ. Những sự khác nhau này được di truyền và có thể
được dùng trong lập bản đồ, tương tự với phương thức mà trong đó sự khác nhau về

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
15


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

allene được dùng để lập bản đồ các gene thông thường. RFLP cung cấp một số
lượng lớn các marker di truyền có thể được dùng để lập bản đồ gene của sinh vật.

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

16


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

PHẦN 3 - KẾT LUẬN
Công nghệ sinh học là một bước tiến mới nhất trong nỗ lực lâu dài chinh
phục tự nhiên để nâng cao điều kiện sống của con người. Chúng ta đã sử dụng nó
trong nông nghiệp, công nghiệp, y tế và nhiều lĩnh vực khác… Trong từng trường
hợp, kiến thức tích lũy được từ tự nhiên đã mở ra các cách thức làm cho cuộc
sống an toàn hơn, khỏe mạnh hơn và năng suất cao hơn. Chúng ta không chỉ đơn
giản là đạt được sự hiểu biết về bệnh dịch, mà đã chữa trị chúng; không chỉ sử
dụng những gì chúng ta tìm được, mà đã làm cho chúng trở nên an toàn hơn và bổ
dưỡng hơn; không chỉ thu hoạch những sản phẩm ngẫu nhiên của tự nhiên để sản
xuất, mà đã làm cho chúng trở nên bền vững hơn, an toàn hơn và gần hơn với nhu
cầu của chúng ta. Sự hỗn tạp của tự nhiên đã từng là rào cản đối với những mục
tiêu này, nhưng giờ đây chúng đã lộ ra như một nguồn cơ hội giàu có trong việc
chiếm lĩnh chúng. Bằng cách nào chúng ta có thể làm chủ được những cơ hội này
vì sự tốt đẹp cho con người, đó chính là nhờ vào công nghệ sinh học.
Cho đến nay, cách mạng chính về CNSH là kỹ thuật di truyền (hay kỹ thuật
DNA tái tổ hợp). Kỹ thuật di truyền đã mở ra những triển vọng, viễn cảnh mới về
lý thuyết là không có giới hạn: con người có thể thiết kế và chế tạo ra những vi
sinh vật, những tế bào mà trước đây chưa hề có. Những vi sinh vật nhân tạo này
có thể tổng hợp ra ở quy mô công nghiệp những sản phẩm có giá trị phục vụ đắc
lực cho việc bảo vệ sức khỏe và nâng cao chất lượng sống của con người. Đương
nhiên, nông nghiệp và y tế ứng dụng thành quả kỹ thuật di truyền nhiều nhất, đây
là những lĩnh vực đột phá thực hiện cuộc cách mạng CNSH. Nếu chúng ta chuẩn
bị tạo ra một nền nông nghiệp kiểu mới trong thế kỉ XXI, vừa bền vững vừa có

sản lượng cao để đảm bảo an toàn thực phẩm và tự túc được năng lượng, chúng ta
sẽ cần sử dụng mọi công cụ và phát minh khoa học sẵn có, kể cả công nghệ sinh
học và kĩ thuật di truyền và tiếp tục đi theo con đường có những đột phá nông
nghiệp đã từng thúc đẩy tiến bộ của loài người hàng nghìn năm.

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
17


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Dương Văn Cường (26/04/2008), Công nghệ sinh học cây trồng: những tiến bộ
trong thực phẩm, năng lượng và y tế, .
2. Nguyễn Lân Dũng (24/02/2008), Thực phẩm chuyển gene chỉ có lợi,
.
3. Nguyễn Như Hiền (2005), Công nghệ sinh học, tập 1, NXB Giáo dục, Hà Nội,
tr.107 - 120, 193 - 202.
4. Phạm Thành Hổ (2006), Nhập môn công nghệ sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội,
tr.166 - 194, 249 - 280.
5. Nguyễn Hoàng Lộc (2007), Công nghệ tế bào, NXB Đại học Huế, tr. 58 76.
6. Nguyễn Hoàng Lộc (2007), Nhập môn công nghệ sinh học, NXB Đại học Huế, tr. 5
- 14.
7. Nguyễn Hoàng Lộc (2007), Sinh học phân tử, NXB Đại học Huế, tr. 211 217.
8. Hoàng Đức Minh (04/09/2006), Công nghệ sinh học phục vụ nông nghiệp,
.
9. Lương Đức Phẩm (2004), Công nghệ vi sinh vật, NXB Nông nghiệp, Hà Nội, tr.
362 - 390.

10. Trần Thị Thanh (2003), Công nghệ vi sinh, NXB Giáo dục, Hà Nội, tr. 4 - 13.
11. Nguyễn Xuân Thành (2006), Vi sinh vật học công nghiệp, NXB Giáo dục, Hà
Nội, tr. 97 - 173.

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
18


TiÓu luËn chuyªn ®Ò

C«ng nghÖ Sinh häc

MỤC LỤC
PHẦN 1 - MỞ ĐẦU......................................................................................................................1
PHẦN 2 - NỘI DUNG..................................................................................................................3
1. Những thành tựu công nghệ vi sinh trong y tế, bảo vệ sức khoẻ cộng đồng.....................3
1.1 Sản xuất các chất kháng sinh dùng trong điều trị [4]..................................................3
1.2. Sản xuất thuốc bằng công nghệ DNA tái tổ hợp [5]..................................................3
1.3. Sản xuất enzyme dùng trong trị liệu [5].....................................................................5
1.4. Sản xuất vaccine.........................................................................................................5
2. Ứng dụng của công nghệ vi sinh trong sản xuất rượu.......................................................5
B. CÔNG NGHỆ DNA TÁI TỔ HỢP, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG, LIÊN HỆ THỰC TẾ.....7
1. Khái niệm về kỹ thuật tái tổ hợp DNA..............................................................................7
Kỹ thuật DNA tái tổ hợp (Recombinant DNA technology), hay còn gọi bằng các thuật
ngữ khác như kỹ thuật di truyền, kỹ nghệ gene, là công nghệ sử dụng các nguyên lý của
thao tác gene để tạo ra cấu trúc của DNA tái tổ hợp từ các nguồn DNA khác nhau,thường
là sự kết hợp giữa DNA hay gene ngoại lai (còn gọi là gene đích) với DNA hệ gene của
vật chủ và biểu hiện được gene đó thành protein có hoạt tính trong cơ thể vật chủ [2]........7
Kỹ thuật DNA tái tổ hợp ra đời trên cơ sở hàng loạt thành tựu của sinh học phân tử trong
việc tách, cắt, nối, chép, chuyển và cho gene biểu hiện đúng như mong muốn.nó có vai trò

cách mạng hoá đối với sự phát triển của sinh học và tạo ra quyền lực ghê gớm cho con
người trong việc cải tạo sinh giới và bản thân mình. Đồng thời, việc nghiên cứu về kỹ
thuật DNA tái tổ hợp và các phương pháp dẫn xuất của nó có ý nghĩa quan trọng là trang
bị phương pháp luận mới để đi sâu vào bản chất của sự sống [8].........................................7
2. Các khâu cơ bản của công nghệ DNA tái tổ hợp..............................................................8
3. Các ứng dụng của công nghệ DNA tái tổ hợp, liên hệ thực tế..........................................9
3.1. Ứng dụng trong dược phẩm [7]..................................................................................9
3.2. Ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp.......................................................................9
3.3. Thuốc oligonucleotide [7]........................................................................................12
3.4. Liệu pháp gene [7]....................................................................................................12
3.5. Chẩn đoán bệnh để can thiệp sớm [7]......................................................................13
3.6. In dấu vân di truyền (DNA fingerprinting) [7].........................................................15
3.7. Lập bản đồ gene [7]..................................................................................................15
PHẦN 3 - KẾT LUẬN................................................................................................................17

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
19