Sinh vật biến đổi gen, triển vọng và rủi ro

I. Khái niệm
1. Sinh vật biến đổi gen (Genetically Modified Organism - GMO)

- Sinh vật biến đổi gen (GMO) là một sinh vật mà vật liệu di truyền của nó đã bị
biến đổi theo ý muốn chủ quan của con người, hoặc do quá trình lan truyền của gen trong
tự nhiên.
Ví dụ: quá trình lai xa giữa cỏ dại với cây trồng biến đổi gen có cùng họ hàng có
thể tạo ra loài cỏ dại mang gen biến đổi.
Sinh vật biến đổi gen có nhiều loại khác nhau. Nó có thể là các sinh vật có gen bị
biến đổi do tác nhân đột biến nhân tạo như các tia bức xạ hay hóa chất. Nó cũng có thể là
sinh vật chuyển gen bao gồm động vật, thực vật hay vi sinh vật, thậm chí là con người.
Tuy nhiên khi nói đến GMO người ta thường đề cập đến các cơ thể sinh vật mang các
gen của một loài khác để tạo ra một dạng chưa hề tồn tại trong tự nhiên. Trên 98% số
lượng sinh vật biến đổi gen đã được đưa vào môi trường là thực vật biến đổi gen. Vi sinh
vật biến đổi gen và động vật biến đổi gen chiếm số lượng rất nhỏ.
2. Thực vật biến đổi gen (Genetically Modified Crop - GMC)

- Cây trồng biến đổi gen (GMC) là loại cây trồng được lai tạo ra bằng cách sử
dụng các kỹ thuật của công nghệ sinh học hiện đại, hay còn gọi là kỹ thuật di truyền,
công nghệ gene hay công nghệ DNA tái tổ hợp, để chuyển một hoặc một số gene chọn
lọc để tạo ra cây trồng mang tính trạng mong muốn.

Hình 1: Thực vật biến đổi gen
1


Về mặt bản chất, các giống lai từ trước đến nay (hay còn gọi là giống truyền
thống) đều là kết quả của quá trình cải biến di truyền. Điểm khác biệt duy nhất giữa
giống lai truyền thống và giống chuyển gen là gen (DNA) được chọn lọc một cách chính
xác dựa trên khoa học công nghệ hiện đại và chuyển vào giống cây trồng để đem lại một
tính trạng mong muốn một cách có kiểm soát.

Triển vọng và rủi ro của GMO và GMC
II.1. Triển vọng
II.1.1.
Triển vọng phát triển của GMO
Các sinh vật biến đổi gen được xem như có triển vọng cho những nghiên cứu sinh
học và y học, sản xuất dược phẩm, thực nghiệm y học (liệu pháp gen) và trong nông
nghiệp (cây trồng kháng thuốc trừ cỏ).

II.

- Thí dụ, một gen từ một loài sứa mã hóa protein huỳnh quang GFP, protein được
mã hóa này có thể liên kết vật lý và như vậy cùng biểu hiện với những gen động vật để
xác định vị trí của protein đã được mã hóa bởi gen đích GFP trong tế bào động vật. Bằng
phương pháp này các nhà sinh học có thể nghiên cứu cơ chế các bệnh ở người hay những
quá trình sinh học cơ bản trong các tế bào có nhân (eukaryotic) và tế bào không nhân
(prokaryotic).
Mới chỉ có ít loài động vật biến đổi gen được sử dụng, cụ thể sử dụng chuột nhắt
đã được khử hoạt tính một gen để nghiên cứu vai trò của gen tham gia hoặc gây ra bệnh ở
người; sử dụng chuột bạch được đột biến một gen riêng rẽ để nghiên cứu thuốc và dược
học.
Người ta cũng đã cấy gen vào phôi cá sọc vằn cho phép kết hợp với hệ gen của
chúng làm cho phát sáng dưới tác dụng của ánh sáng tự nhiên.

Hình 2: Cá biến đổi gen phát sáng
2


Những loài động vật biến đổi gen chưa được sử dụng như chuột nhắt được cấy gen
đặc biệt (oncogene, v-Ha-ras dưới sự kiểm soát của sự kích thích virus gây ra khối u ở
chuột) hoặc lợn dòng Yorshine được biến đổi gen để tạo giống lợn với chi phí thức ăn ít

và giảm giảm ô nhiếm chất thải chứa photpho so với lợn thông thường. Trong số vi sinh
vật biến đổi gen được sử dụng, người ta đã tách, khuếch đại và khử hoạt hóa gen tạo băng
ở vi khuẩn Pseudomonas siringae, sau đó cấy trở lại vi khuẩn tạo dòng chống lại sự đóng
băng tế bào thực vật. Hoặc để tạo được vacxin viêm gan B, một trong những protein
màng virus, kháng nguyên bề mặt viêm gan B (HBsAg), chúng được tạo ra bởi các tế bào
nấm men trong đó đã được cấy mã gen của HbsAg. Để có liệu pháp chữa bệnh về gen,
người ta đưa đưa Andenovirus vào nhân, các gen ở vùng 1 (E1a và E1b) được sao chép
lại, bốn vùng của hệ gen không bị lây nhiễm (từ F1 đến F4) biểu hiện vào thời gian đầu
của quá trình sao chép.
Sử dụng làm thực phẩm: Ở Hoa Kỳ, có khoảng 40 loài thực vật biến đổi gen
được chấp nhận sử dụng như hàng hóa. Trong số cây trồng sau khi được đưa vào sản xuất
từ năm 1996, các giống đậu tương kháng cỏ dại đã chiếm gần 27%, ngô biến đổi gen
chiếm khoảng 25% . Số lượng cây trồng kháng cỏ dại chiếm tới 54%, kháng sâu hại
chiếm 37%, kháng bệnh virus chiếm 14%. Theo James (1997) , một số lượng lớn chủ yếu
là cây trồng biến đổi gen, trong khi những cải thiện về chất lượng của cây trồng để đáp
ứng sự tăng trưởng và thành phần dinh dưỡng chỉ chiếm dưới 1%. Đây là chủ ý của các
công ty đa quốc gia chào bán trọn gói thuốc trừ sâu và thực vật biến đổi gen
Năm 2011, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra được bò sữa biến đổi gen với
các gen như người để tạo ra được sữa như ở người. Họ tuyên bố rằng những con bò này
không khác so với bò bình thường không được biến đổi gen. Điều này được cho là có lợi
ích tiềm tàng đối với những người mẹ không có thể tạo ra sữa nhưng không muốn sử
dụng sữa tổng hợp.
Cùng năm 2011, kết quả tương tự cũng nhận được ở các nhà khoa học ở Arhentina
và ở New Zealand năm 2012 .

Hình 3: Bò sữa biến đổi gen tạo ra sữa giống sữa ở người
3


Hình 4: Cá hồi biến đổi gen

Sử dụng làm thuốc chữa bệnh: Hóa chất trong thuốc lá gây hại cho sức khỏe,
nhưng cây thuốc lá biến đổi gen có thể cung cấp loại kháng sinh chống virus gây bệnh
dại. Chi phí rất lớn để sản xuất các loại kháng sinh chữa bệnh dại tại các nước đang phát
triển nên đôi khi ngay cả người giàu cũng không thể tiếp cận những biện pháp điều trị
bệnh dại tiên tiến nhất. Vì vậy, giảm chi phí sản xuất kháng sinh chống bệnh dại để nhiều
người có thể tiếp cận những phương pháp điều trị tiên tiến là giải pháp tối ưu và lâu dài
đối với các nước nghèo. Để làm được điều này, các nhà khoa học Anh đã gây đột biến
gen của cây thuốc lá để chúng sản xuất một loại kháng sinh trong lá. Loại kháng sinh này,
được tạo nên bởi một số loại đường và protein, có khả năng ngăn chặn sự di chuyển của
virus dại tới hệ thần kinh của người. Thậm chí nó còn ngăn cản virus tiếp xúc với những
dây thần kinh xung quanh vết cắn của động vật nhiễm bệnh dại.

4


Hình 4: Cây thuốc lá biến đổi gen tạo kháng sinh chống virus bệnh dại

Hình 5: Lợn biến đổi gen hiến nội tạng cho người
Chẩn đoán bệnh về gen ở con người:
Chẩn đoán bệnh về gen sử dụng các virus biến đổi gen để đưa những gen có thể
điều trị được bệnh của con người. Mặc dù chẩn đoán bệnh về gen còn tương đối mới,
nhưng đã đạt được một số kết quả. Việc tiến hành điều trị những rối loại về gen như thiều
khả năng miễn dịch phối hợp trầm trọng và các liệu pháp được phát triển để chữa các
bệnh nan y khác, thí dụ chứng xơ nang, thiếu máu di truyền, bệnh parkinson và bệnh teo
cơ. Chẩn đoán bệnh về gen nhắm tới các tế bào sinh dưỡng, được gọi là “Chẩn đoán bệnh
về gen ở dạng phôi thai” và còn đang gây nhiều tranh cãi và dường như không chắc sẽ
được phát triển trong tương lai gần.
Sử dụng cho nghiên cứu khoa học
Động vật biến đổi gen phục vụ nghiên cứu những ảnh hưởng của sự thay đổi gen
ở loài ruồi Drosophila melanogaster bởi vì chúng có vòng đời ngắn, có hệ gen tương đối

đơn giản có thể so sánh với những loài động vật không xương sống . Người ta đã thống
kê hàng năm có từ 50-100 triệu người trên thế giới nhiễm dịch sốt xuất huyết, trong đó
mỗi năm có tới 40.000 người bị chết . Năm 2010, muỗi kháng được bệnh sốt rét đã được
nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Con đực ở loài muỗi biến đổi gen này có chứa một
gen gây chết được phát triển để chống lại tốc độ lan bệnh sốt xuất huyết do loài muỗi vằn
Aedes aegypti gây ra . Đến nay, người ta mới thử tạo ra cá biến đổi gen để tiến hành
nghiên cứu di truyền học và sự phát triển của chúng. Có hai loài cá nhỏ được biến đổi
gen là các sọc và cá chọi, cả hai loài này có lớp da trong suốt và phát triển nhanh, phôi
một tế bào của chúng dễ quan sát và vi phẫu với kỹ thuật DNA . Mặc dù không phải
nguyên gốc được phát triển để buôn bán làm cảnh, chúng chỉ là loài động vật được biến
đổi gen đầu tiên như loài vật nuôi, nhưng khi được đưa ra thị trường năm 2003 liền bị
5


cấm ở California (Hoa Kỳ). Đến nay, việc sử dụng hormone sinh trưởng trong các cơ sở
công nghiệp nuôi cá hồi được phát triển ít nhiều đã là áp lực cho cơ sở nuôi cá hồi hoang
dã, bởi vì kỹ thuật sử dụng hormone dẫn đến sự tăng đột ngột các loài cá như cá hồi đỏ
,cá hồi thông thường và cá diêu hồng . Còn hãng công nghệ sinh học thông báo rằng, cá
hồi biến đổi gen phát triển nhanh chỉ bằng nửa thời gian so với cá hồi bình thường, kích
thước cơ thể lại tăng gấp 2 lần, loài cá hồi này đang nộp đơn xin được đưa ra thị trường ở
Hoa Kỳ, nhưng cho đến năm 2012 đơn này chưa được chấp thuận. Một số cơ sở nghiên
cứu khoa học trên thế giới phát triển loài cá sọc biến đổi gen với mục đích theo dõi ô
nhiễm nước qua sự thay đổi màu sắc của chúng phụ thuộc vào các chất gây ô nhiễm và
được sử dụng như một loại cảm biến
II.1.2. Phát triển cây trồng biến đổi gen trên thế giới và triển vọng

Vào đầu thế kỷ 21, dân số thế giới đạt 6,1 tỷ vào năm 2000 và tiến tới 9,2 tỷ vào
năm 2050 nên thách thức cho việc nhân đôi sản lượng lương thực trong vòng 50 năm là
rất lớn. Hiện tại, hơn 1 tỷ người trên thế giới đang phải đối mặt với nạn đói và suy dinh
dưỡng. Công nghệ hứa hẹn nhất trong tăng sản lượng thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và

bông sợi là việc tạo ra những giống cây trồng với các tính trạng mới. Do đó, cây trồng
biến đổi gen hiện đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế
giới.
Năm 2010 kỷ niệm 15 năm thương mại hóa cây trồng biến đổi gen, 1996-2010.
Diện tích cây trồng biến đổi gen (tính theo luỹ kế) giai đoạn 1996-2010 vượt 1 tỷ ha
(tương đương với tổng diện tích rộng lớn của Mỹ hoặc Trung Quốc), điều đó cho thấy rõ
ràng rằng cây trồng biến đổi gen đang tồn tại và phát triển.
Theo tính toán, giai đoạn 1996-2010 diện tích cây trồng biến đổi gen đã tăng 87
lần, điều này cho thấy công nghệ về cây trồng này là loại công nghệ được chấp nhận
nhanh nhất trong lịch sử nông nghiệp hiện đại.
Diện tích cây trồng biến đổi gen đạt 148.000.000 ha trong năm 2010, đáng chú ý
nhất là riêng năm 2010 diện tích cây trồng biến đổi gen đã trồng là 14 triệu ha, đây là sự
gia tăng lớn thứ hai trong vòng 15 năm.
Số lượng các nước trồng cây biến đổi gen đã tăng đến mức kỷ lục là 29 nước, tăng
từ 25 nước trong năm 2009, 10 nước đứng đầu, diện tích cây trồng biến đổi gen của mỗi
nước lớn hơn 1 triệu ha. Hơn một nửa dân số thế giới, 59%, hay gần 4 tỷ người, sống ở
29 quốc gia trồng cây biến đổi gen.
Ba quốc gia mới, Pakistan, Myanmar và Thụy Điển, lần đầu tiên đã công bố chính
thức trồng cây biến đổi gen trong năm 2010, và Đức cũng tiếp tục trồng. Trong số 29
nước trồng cây biến đổi gen trong năm 2010, có 19 nước là nước đang phát triển và chỉ
có 10 nước là nước công nghiệp, ngoài ra 30 nước nhập khẩu các sản phẩm cây trồng
biến đổi gen với tổng số 59 quốc gia phê duyệt sử dụng các loại cây trồng biến đổi gen,
hoặc là để trồng, hoặc nhập khẩu; 75% dân số thế giới sống ở 59 quốc gia này.
6


Trong năm 2010, đã có 15.400.000 nông dân trồng cây biến đổi gen - đặc biệt là
trên 90% là các hộ nông dân nhỏ và nghèo tài nguyên ở các nước đang phát triển, số
nông dân hưởng lợi còn thấp do đánh mất lợi nhuận từ cây trồng biến đổi gen chuyển
sang cây trồng truyền thống. Đáng chú ý, từ năm 1996, nông dân trên toàn thế giới đã

biểu quyết và đưa ra khoảng 100.000.000 quyết định độc lập để trồng và tiếp tục trồng
nhiều loại cây trồng biến đổi gen hàng năm, vì những lợi ích đáng kể mà họ thu được.
Tại các nước đang phát triển diện tích cây trồng biến đổi gen tăng 48% trong năm
2010 và sẽ vượt quá diện tích cây trồng biến đổi gen tại các nước công nghiệp trước năm
2015. Tốc độ tăng trưởng của cây trồng biến đổi gen đã tăng nhanh hơn ở các nước đang
phát triển, 17% hay 10,2 triệu ha, so với 5% hay 3,8 triệu ha ở các nước công nghiệp.
Năm nước đang phát triển, dẫn đầu là Trung Quốc và Ấn Độ ở châu Á, Brazil và
Argentina ở Mỹ Latinh, và Nam Phi trên lục địa châu Phi là các nước dẫn đầu về diện
tích cây trồng biến đổi gen.
Brazil là quốc gia được coi là động cơ của sự tăng trưởng ở châu Mỹ Latinh, đã
tăng diện tích cây trồng biến đổi gen nhiều hơn bất kỳ quốc gia nào khác trên toàn thế
giới - một mức tăng kỷ lục là 4 triệu ha.
Tại Úc, cây trồng biến đổi gen đã được phục hồi sau một đợt hạn hán nhiều năm
với sự gia tăng lớn nhất tương ứng năm trên năm là 184% và đạt 653.000 ha.
Burkina Faso là nước có diện tích cây trồng biến đổi gen tăng lớn thứ hai với tỷ lệ
126%, 80.000 nông dân trồng trên diện tích 260.000 ha, tương đương với một tỷ lệ chấp
thuận 65%.
Tại Myanmar, 375.000 hộ nông dân nhỏ đã trồng thành công 270.000 ha bông Bt,
tương đương với 75% chấp thuận cây trồng biến đổi gen trên tổng số hộ trồng bông trên
cả nước. Tại Ấn Độ, sự tăng trưởng tiếp tục cho năm thứ chín, 6,3 triệu nông dân trồng
cây biến đổi gen với 9.400.000 ha bông Bt, tương đương với tỷ lệ chấp thuận là 86%.

Hình 6: Bông vải mang gen Bt

7


Mê-hi-cô đã triển khai thành công một loạt khảo nghiệm đồng ruộng đối với ngô
biến đổi gen.
Tám nước cộng đồng chung Châu Âu đã trồng ngô chuyển gen Bt kháng sâu, hoặc

khoai tây tinh bột "Amflora", vừa được EU phê duyệt - sự phê duyệt đầu tiên cho phép
trồng trong vòng 13 năm ở Châu Âu.

Hình 7: Ngô chuyển gen Bt kháng sâu\

Hình 8: Khoai tây biến đổi gen
 Lần đầu tiên, cây trồng biến đổi gen chiếm một tỷ lệ đáng kể, 10% của gần 1,5

tỷ ha đất canh tác toàn cầu; lớn hơn 50% tổng diện tích đất canh tác của 29 quốc gia
trồng cây biến đổi gen vào năm 2010.
8


Trong năm 2010, sự kết hợp nhiều tính trạng là một đặc tính quan trọng của cây
trồng biến đổi gen - 11 nước trồng cây biến đổi gen với 2 hoặc nhiều tính trạng kết hợp,
và 8 quốc gia đang phát triển – 32,2 triệu ha hay 22% trong số 148 triệu ha là diện tích
trồng cây biến đổi gen mang nhiều tính trạng kết hợp.
Từ năm 1996 đến năm 2010, cây trồng biến đổi gen đã góp phần vào tính bền
vững và sự biến đổi khí hậu bằng cách: sản lượng cây trồng ngày càng tăng và trị giá 65
tỷ đô la Mỹ, tạo một môi trường tốt hơn, bằng cách tiết kiệm 393 triệu thuốc trừ sâu; chỉ
tính trong năm 2009 giảm phát thải 18 tỷ kg khí CO2, tương đương với việc giảm gần 8
triệu chiếc xe hơi trên đường, bảo tồn đa dạng sinh học bằng cách tiết kiệm 75 triệu ha
đất; và giúp giảm nghèo bằng cách giúp 14,4 triệu hộ nông dân nhỏ, trong số đó có
những hộ là những người nghèo nhất trên thế giới.
Vấn đề cấp thiết hiện nay đối với các hệ thống quản lý phù hợp, có hiệu quả về
thời gian/chi phí là trách nhiệm, sự nghiêm túc nhưng không nặng nề cho các nước đang
phát triển nhỏ và nghèo. Giá trị toàn cầu của riêng hạt giống cây biến đổi gen đạt 11,2 tỷ
đô la Mỹ trong năm 2010, và gần 150 tỷ đô la Mỹ /năm cho ngô, đậu tương và bông nói
chung.
 Có thể thấy triển vọng tương lai đáng khích lệ trong năm năm tiếp theo: ngô

chịu hạn vào năm 2012; gạo vàng vào năm 2013; và lúa Bt trước mục tiêu phát triển
Thiên niên kỷ năm 2015, 1 tỷ người nghèo ở các hộ trồng lúa ở châu Á có khả năng
hưởng lợi. Cây trồng biến đổi gen có thể đóng góp to lớn cho các mục tiêu phát triển
Thiên niên kỷ 2015 về cắt giảm một nửa đói nghèo bằng cách tối ưu hóa năng suất cây
trồng.

II.1.3.

Hình 9: Giống lúa vàng chuyển gen giàu beta-carotene
Định hướng nghiên cứu và phát triển cây trồng biến đổi gen tại Việt Nam

Hiện nay, việc nghiên cứu và phát triển cây trồng biến đổi gen tại Việt Nam đã và
đang nhận được sự quan tâm ủng hộ của Chính phủ.
9


Việc nghiên cứu sinh vật biến đổi gen ở Việt Nam tập trung vào phân lập, tuyển
chọn các gen quý có giá trị ứng dụng cao tiến tới sử dụng để chuyển vào sinh vật nhận
nhằm tạo nên những giống lý tưởng. Một số gen có giá trị nông nghiệp đã được tuyển
chọn bao gồm gen chịu hạn, lạnh, kháng bệnh ở lúa; gen cry và vip mã hóa các protein
độc tố có hoạt tính diệt côn trùng của vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt), gen mã hoá
protein bất hoạt hoá ribosome ở cây mướp đắng và gen mã hoá α-amylase của cây đậu cô
ve có hoạt tính diệt côn trùng; gen mã hóa protein vỏ của virus gây bệnh đốm vòng ở cây
đu đủ; gen mã hóa kháng nguyên vỏ của các chủng virus dại... Trên cơ sở đó, các nghiên
cứu chuyển gen có giá trị vào sinh vật nói chung và cây trồng nói riêng đã và đang được
tiến hành trên nhiều đối tượng với nhiều nguồn gen khác nhau. Đối với thực vật, gen
Xa21 kháng bệnh bạc lá do vi khuẩn ở lúa gây ra và gen cry kháng côn trùng đã được
chuyển vào lúa; gen kháng virus đốm vòng được chuyển vào cây đu đủ; gen cry và gen
chịu hạn được chuyển vào cây bông; gen cry và gen bar kháng thuốc diệt cỏ được chuyển
vào các cây thuốc lá, đậu xanh, cải, cà tím, cây bông, cây ngô.

Hình 10: Đu đủ chuyển gen kháng virus đốm vòng
Đối với việc ứng dụng cây trồng biến đổi gen, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông
thôn đã ban hành Thông tư số 72/2009/TT-BNN&PTNT ngày 17 tháng 11 năm 2009 về
việc ban hành danh mục loài cây trồng biến đổi gen được phép khảo nghiệm đánh giá rủi
ro đối với đa dạng sinh học và môi trường cho mục đích làm giống cây trồng ở Việt Nam
gồm ngô, bông và đậu tương. Cho đến thời điểm hiện tại, Việt Nam chưa chính thức
trồng cây biến đổi gen ở quy mô thương mại. Bắt đầu từ năm 2010, Việt Nam bắt đầu
trồng thử nghiệm (gọi là Khảo nghiệm quốc gia) cây ngô và cây bông chuyển gen, những
thử nghiệm này được quản lí và kiểm soát rất chặt chẽ để đảm bảo về mặt an toàn sinh
học.
10


Mặc dù cơ hội để triển khai thương mại hóa ở Việt nam là rất lớn (được sự đồng
thuận của các chuyên gia, giới khoa học, và phải có quyết định của Bộ NN&PTNT hoặc
Chính phủ), nhưng vấn đề này vẫn còn gây nhiều tranh cãi với những kiến trái ngược
nhau.
II.1.4. Những lợi ích của sinh vật biến đổi gen nói chung

Các ứng dụng của công nghệ biến đổi gen nhằm tạo ra sinh vật biến đổi gen đã
góp phần mang lại lợi ích trên nhiều mặt của đời sống kinh tế - xã hội của nhân loại như:
- Cung cấp nguồn lương thực cần thiết cho tương lai: với việc tạo ra các cây trồng
biến đổi gen mang những tính trạng quý như kháng virus, kháng sâu bệnh, chịu hạn, chịu
mặn, v.v… chắc chắn trong tương lai năng suất cũng như chất lượng của các giống cây
lương thực sẽ đảm bảo được nhu cầu thiết yếu về lương thực của con người.
- Tăng cường chất lượng thực phẩm: các cây trồng biến đổi gen với các tính trạng
tăng cường chất lượng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới như các giống lúa
giàu carotenoid (tiền vitamin A), khoai tây biến đổi gen được phát triển ở Ấn Độ có chứa
nhiều hơn 1/3 protein là các chất dinh dưỡng thiết yếu và có giá trị cao.

- Loại trừ thực phẩm có mang các chất độc hoặc các chất gây dị ứng như các chất
caffein, nicotine.
- Tạo ra cây trồng hỗ trợ quá trình chuyển hóa năng lượng sau đó nuôi cấy thu sinh
khối để chuyển thành năng lượng (như cây liễu) và nhiên liệu sinh học (biodiesel và
bioethanol) có thể thay thế được các nhiên liệu hóa thạch và dầu khoáng.
- Sản xuất nhiều loại hóa chất, trong đó chủ yếu là các loại dầu chiết từ hạt lanh,
cải dầu và hướng dương.
- Tạo ra các chất hóa học đặc biệt như các dược phẩm, mỹ phẩm và thuốc nhuộm.
- Sản xuất các hợp chất sinh học đặc biệt như sợi sinh học tổng hợp (chủ yếu bắt
nguồn từ sợi gai dầu và sợi lanh); keo lignocellulose, các chất tán sắc, phân bón và phụ
gia; nhựa sinh học, giấy và bìa có nguồn gốc từ tinh bột.
- Tăng khả năng chăm sóc sức khỏe.
- Sản xuất ra các dược phẩm có thể chống được các căn bệnh đặc biệt ở những
bệnh nhân nhất định, ví dụ: sản xuất insulin dành cho những bệnh nhân tiểu đường.

II.2.

Rủi ro
2.2.1.Những tác động tiêu cực của GMO đến môi trường
• Gây hại không chủ định cho các sinh vật khác
11


Đã xuất hiện một số nghiên cứu trên tạp chí Nature (Thiên nhiên) chứng minh
rằng phấn hoa từ cây ngô biến đổi gen (ngô Bt – ngô được ghép gen của vi khẩn Bacilus
thuringensis) có thể gây chết loài bướm vua. Bướm vua ăn mật hoa cây bông tai chứ
không ăn mật hoa ngô, nhưng do phấn hoa ngô Bt bị gió cuốn sang cây bông tai mọc ở
các cánh đồng gần đó, nên bướm vua ăn phải và bị tận diệt. Các chất độc trong ngô Bt
còn có khả năng tiêu diệt nhiều ấu trùng của các loài côn trùng khác chứ không chỉ như
dự định ban đầu là chỉ diệt sâu đục thân ngô. Điều đó làm giảm lượng côn trùng thụ phấn

cho các loài thực vật khác mọc gần khu vực trồng ngô Bt. Nghiên cứu này về sau được
xác nhận bởi các nghiên cứu kiểm tra do Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA) và một số tổ
chức khoa học phi chính phủ tiến hành. Nhiều cuộc tranh luận đã xảy ra giữa hai nhóm
thừa nhận và phản đối kết quả kiểm tra. Vì vậy việc tranh luận về khả năng gây hại cho
các nhóm sinh vật không phải là đối tượng tấn công của gen Bt vẫn tiếp diễn.
•

Giảm hiệu quả của thuốc trừ sâu

Một số quần thể muỗi đã tăng khả năng kháng loại thuốc diệt muỗi DDT (hiện đã
bị cấm sử dụng, trừ một số nước nghèo vùng nhiệt đới để chống sốt rét). Nhiều nhà
nghiên cứu xác nhận rằng côn trùng trở nên thích nghi với ngô Bt và các giống cây trồng
GM khác vốn đã được chuyển gen để kháng sâu bệnh. Như vậy việc chuyển gen kháng
sâu bệnh (ấu trùng của côn trùng) cho các giống cây trồng GM không còn tác dụng.
Chuyển gen cho các loài khác một cách không chủ đích
Một số quan ngại khác cho rằng các giống cây trồng GM nhằm mục tiêu chịu
đựng cỏ dại sẽ lai chéo do gen kháng cỏ dại được lan truyền từ cây trồng sang cỏ dại.
Loại “siêu cỏ” này lại trở nên kháng các loài cỏ dại khác và bùng phát. Các gen kháng cỏ
dại có thể di nhập sang các giống cây trồng bản địa không bị biến đổi gen mọc gần nơi
trồng giống cây GM do phấn hoa lan theo gió. Đã xảy ra nhiều vụ kiện cáo giữa nông dân
và công ty công nghệ sinh học Monsanto về chuyện này. Các nhà công nghệ sinh học
phản bác lại, cho rằng gen của cây trồng GM tạo ra loài bất thụ, nghĩa là không có khả
năng tạo ra phấn hoa, thậm chí họ còn tạo ra loài cây trồng GM có tạo phấn nhưng trong
phấn không chứa gen được đưa vào. Việc lai chéo qua phấn sẽ không xảy ra. Loài bướm
vua dẫu ăn phải phấn hoa của cây GM cũng vẫn sẽ sống bình thường. Tuy nhiên luận cứ
này chưa thuyết phục được người trồng. Các chuyên gia công nghệ sinh học cũng đề xuất
giải pháp tạo một vùng đệm rộng từ 6 đến 30 mét xung quanh vùng trồng ngô Bt, trong
vùng đệm sẽ trồng loại ngô thường. Loại ngô thường này sẽ ngăn các tác động tiêu cực
của ngô Bt, sau đó được thu hoạch và kiểm soát. Tuy nhiên giải pháp này không thực
hiện được ở các nước nghèo – thị trường chính của giống ngô Bt - do không kiểm soát

được sản phẩm ngô thu hoạch được từ vùng đệm và cũng do quỹ đất sản xuất hạn hẹp.
• Dịch cỏ dại
•

12


Các thực vật biến đổi gen có thể gây ảnh hưởng tiêu cực lên hệ sinh thái tự nhiên
vì chúng làm tăng hiểm hoạ cỏ dại theo hai con đường. Trước tiên, thực vật biến đổi gen
tạo nên những quần thể độc lập tồn tại bên ngoài các khu vực canh tác thông thường.
Điều đáng quan tâm ở đây là những thực vật này có thể trở thành cỏ dại xâm lấn, bành
trướng và lấn át các quần thể tự nhiên rồi từ đó gây ra sự suy giảm tính đa dạng sinh học
của sinh cảnh thực vật bản địa. Các gen mới trong những cây trồng biến đổi gen có thể
chuyển sang cây họ hàng hoang dại ngoài tự nhiên theo phương thức lan truyền hạt phấn
nhờ vào khả năng sống sót và tính hữu thụ của các cây lai được tạo ra. Điều này có thể
gây tác động tiêu cực lên quần thể thực vật mọc hoang dại nếu các gen mới nêu trên được
nhập trở lại vào chính các quần thể thực vật nguyên thuỷ đó. Muốn có sự nhập gen, các
gen phải làm tăng khả năng thích nghi sống sót và sinh sản của quần thể thực vật trong
thế giới tự nhiên.
• Đối với môi trường sinh vật biến đổi gen có thể làm ảnh hưởng tới chu trình Nitơ và hệ
sinh thái của vi sinh vật đất.
• Dự án trồng bạch đàn biến đổi gen ở Hoa Kỳ
Sở Nông nghiệp Hoa Kỳ năm 2008 đề xuất một dự án trồng 250.000 cây bạch đàn
biến đổi gen ArborGen theo một hành lang cắt qua bảy bang miền Nam Hoa Kỳ. Dự án
đã làm dấy lên một làn sóng phản đối với hơn 17.400 bài báo chỉ trích. Giống bạch đàn
biến đổi gen được phân lập này có nhiều đặc tính tốt như chịu lạnh, tạo ra ít xơ và cho
sản phẩm ethanol (một loại nhiên liệu sinh học) chất lượng cao. Tuy nhiên các nhóm môi
trường đã lập tức phát động một chiến dịch phản đối rầm rộ. Nhóm phản đối cho rằng
giống cây này là giống ngoại lai, một loại thực vật xâm nhập sẽ làm giảm đa dạng sinh
học và tiêu diệt các giống cây bản địa, ngoài ra chúng còn hút nhiều nước, dễ cháy, làm

gia tăng tính khô hạn của vùng đất chúng được trồng.
Giống bạch đàn biến đổi gen ArborGen dự định trồng ở Nam Hoa Kỳ có nguồn
gốc từ mô tế bào bạch đàn ở Braxin, nơi mà việc trồng tràn lan giống bạch đàn bản địa
chưa biến đổi gen đã gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường và xã hội ròng rã
nhiều năm. Các mô tế bào thực vật này sau đó được chuyển tới New Zealand để đột biến
gen. Tuy chiên chính tại New Zealand chúng đã bị phản đối vì tạo ra các tác động tiêu
cực trên diện rộng, khiến cho chúng bị cấm ở nước này. Vì thế sau đó ArborGen phải tìm
đường sang lại Hoa Kỳ. Các nhà môi trường tố cáo rằng tại Hoa Kỳ giống cây này đã
vượt ra ngoài phạm vi trại thử nghiệm. “Hội những người tiêu dùng chất hữu cơ” phản
ứng dữ dội với việc để “xổng” ra môi trường tất cả giống cây trồng biến đổi gen. Họ vạch
rõ một số tác động tiêu cực đến môi trường và xã hội của các giống cây biến đổi gen
được trồng với mục đích thương mại, bao gồm cả việc sử dụng tràn lan thuốc diệt cỏ,
thuốc diệt sâu hại và làm ô nhiễm các khu rừng bản địa bằng cây biến đổi gen như giảm
chất xơ, tăng sức đề kháng của sâu bệnh và do chúng lớn nhanh nên đã gây hại cho các
giống bản địa (Burger A., 2009).
2.2.2. Các ảnh hưởng đến sức khỏe con người
13


GMO còn có thể có những ảnh hưởng tồi tệ lên sức khoẻ của con người cũng như
hệ sinh thái, như trường hợp ở Braxin, những đàn ong mật châu Phi được biến đổi gen đã
làm tăng khả năng tạo mật nhưng đồng thời đã làm tăng độ độc của nọc. Chúng sinh sản
nhanh và lan truyền khắp mọi miền châu Mỹ. Riêng tại bang Texas, trong vòng vài năm
loài ong độc này đã đốt chết khoảng hàng ngàn người. Để ngăn chặn sự phát triển của
loài ong này, người ta đã bỏ ra hàng chục triệu đô la nhưng vẫn chưa giải quyết được vấn
đề này .
Một số tác động xấu khác đến sức khỏe con người được tổng hợp như sau:
•

Dị ứng

Nhiều trẻ em ở Mỹ và châu Âu bị dị ứng nguy hiểm khi ăn lạc và nhiều thực phẩm
biến đổi gen khác. Một số gen được đưa vào cây trồng tạo ra gen dị ứng. Ví dụ việc
chuyển gen từ cây quả hạch Braxin vào đậu tương đã bị cấm vì khả năng tạo ra phản ứng
dị ứng từ người ăn đậu tương GM. Do đó đã xuất hiện yêu cầu phải ghi rõ các thực phẩm
GM trên bao bì để cảnh báo người dùng.
• Tác động tiềm ẩn lên sức khỏe con người
Ngày càng có nhiều quan ngại về tác động tiêu cực do việc đưa gen lạ vào cây
thực phẩm. Một nghiên cứu gần đây trên tạp chí Lancet về tác động của khoai tây GM
trên hệ tiêu hóa của chuột thí nghiệm. Thí nghiệm cho thấy có những biến đổi rõ rệt ở
ruột của nhóm chuột ăn khoai tây GM so với nhóm chuột đối chứng không ăn, liên quan
đến gen đưa vào khoai tây GM là loại gen lấy từ lectin của loài hoa giọt tuyết (còn gọi là
hoa bạch đầu ông, một loài hoa trắng nhỏ li ti mọc từ củ cây vào cuối thu đầu đông), vốn
được coi là độc đối với động vật có vú. Các nhà khoa học tạo ra giống khoai tây mới này
nhằm kiểm chứng phương pháp và tin rằng nó không gây hại cho người hay động vật ăn
khoai tây. Bộ trưởng Bộ Y tế Scotland phát biểu tại hội nghị về thực phẩm GMO ngày
28/02/2000 ở Edinburgh (Anh) rằng: "công chúng đã có những lo ngại chính đáng về tính
an toàn của thực phẩm GMO". Tình trạng của giống lúa giàu vitamin A là một bằng
chứng. (Goldburg, R. 1999).
• Lúa biến đổi gen Franken (Golden Rice) gây hại

Giống lúa chứa hàm lượng vitamin A cao hơn bình thường do Viện Nghiên cứu
Lúa Quốc tế (IRRI) tạo ra đang bị các nhà khoa học quốc tế chỉ trích mạnh mẽ. Giống lúa
này có tên gọi là lương thực giàu vitamin A, hay lương thực Franken (lấy tên nhà tạo
giống Franken) hoặc gống lúa vàng (Golden rice) được tạo ra bằng phương pháp biến đổi
gen. Đặc điểm của loại lúa này chứa hàm lượng beta-caroten rất lớn. Mục đích của các
nhà khoa học khi tạo ra giống lúa siêu vitamin A này nhằm giúp hàng triệu trẻ em trên
khắp thế giới tránh được cảnh mù loà do ăn phải lương thực, chủ yếu là gạo, chứa hàm
lượng vitamin A rất thấp.

14


Tuy vậy, những nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học tại Viện Cây trồng
Zurich ở Thuỵ Sĩ đã chỉ ra rằng: sử dụng công nghệ gen để tạo ra giống lúa siêu vitamin
A là một sai lầm. Sự tích luỹ beta-carotene hấp thụ từ gạo sẽ biến đổi một phần thành
vitamin A, số beta-caroten còn lại sẽ "đầu độc" cơ thể, gây ra các rối loạn chuyển hoá
khiến cho tóc bị rụng, đau bụng kinh niên, nôn tháo, chóng mặt, sưng tấy chỏm thóp trên
xương sọ của trẻ em.
Một nghiên cứu khác của giáo sư Ấn Độ Vandana thuộc Viện Nghiên cứu về vấn
đề canh nông (KMP) còn chỉ ra rằng: sự bội thực vitamin A do cơ thể nhận quá nhiều
nguồn vitamin A nhân tạo sẽ làm rối loạn quá trình trao đổi chất làm cho xương và các
khớp nối bị thương tổn gây nên đau đớn, làm cho môi bị khô nứt, gây nên các cơn sốt
nhẹ, làm giảm trọng lượng cơ thể và một loạt biến chứng khác.
Giống lúa Franken còn góp phần đẩy nhanh tốc độ huỷ hoại môi trường. Để canh
tác giống lúa này, ngoài việc nông dân phải bảo đảm lượng nước tưới tiêu nhiều hơn, họ
còn phải sử dụng rất nhiều phân bón và thuốc bảo vệ thực vật hoá học và chính vì thế làm
cho nguồn nước nhanh chóng bị cạn kiệt, huỷ hoại các loại côn trùng có ích và động vật
bò sát... Đây là lần đầu tiên, các nhà khoa học thế giới đưa ra những bằng chứng rõ ràng
về tác hại của một sản phẩm biến đổi gen[x] Đưa thực phẩm biến đổi gen vào thị trường
là một quá trình lâu dài và tốn kém, và rõ ràng các công ty công nghệ sinh học nông
nghiệp bao giờ cũng mong muốn thu lợi nhuận. Rất nhiều công nghệ và giống cây trồng
GM đã được cấp bằng sáng chế (patent), và vi phạm patent là mối quan ngại hàng đầu
của lĩnh vực thương mại nông nghiệp. Nông dân quan ngại rằng việc bảo vệ bản quyền
giống cây trồng sẽ làm cho giá cả hạt giống tăng lên khiến cho người nông dân sản xuất
nhỏ không thể có được giống cây GM để trồng. Điều này làm gia tăng khoảng cách giàu
nghèo ở nông thôn.
Quy trình tạo thực vật biến đổi gen (GMC)
3.1. Một số khái niệm cơ bản
3.1.1.Chuyển gen

III.

- Chuyển gen (transgenesis) là đưa một đoạn DNA ngoại lai vào genome của một
cơ thể đa bào, sau đó đoạn DNA ngoại lai này sẽ có mặt ở hầu hết các tế bào và được
truyền lại cho thế hệ sau. Vì vậy khái niệm chuyển gen chỉ được sử dụng cho thực vật và
động vật. Nấm men, vi khuẩn và tế bào nuôi cấy mang một đoạn DNA ngoại lai được gọi
là các tế bào tái tổ hợp (recombinant cell) hoặc tế bào biến nạp (transformed cell).
Chuyển gen khác với liệu pháp gen (gene therapy). Có trường hợp các tế bào mầm
không mang DNA ngoại lai. Thuật ngữ liệu pháp gen mầm (germinal gene therapy) cũng

15


được sử dụng. Liệu pháp gen mầm hãy còn chưa được thử nghiệm ở người. Các tế bào
mầm này mang DNA ngoại lai và được truyền lại cho thế hệ sau.
Về mặt lịch sử, thuật ngữ GMO (genetically modified organism)-sinh vật biến đổi
gen, được sử dụng chủ yếu để chỉ các thực vật chuyển gen được gieo trồng để cung cấp
lương thực, thực phẩm cho con người và động vật. Logic hơn và chính xác hơn, GMO đề
cập tới tất cả các cơ thể sống biến đổi di truyền, bao gồm cả vi sinh vật. Thuật ngữ GMP
(genetically modified plant)-thực vật biến đổi gen và GMA (genetically modified
animal)- động vật biến đổi gen cũng được sử dụng.
Trong thực tế, các đoạn DNA ngoại lai được sử dụng để tạo sinh vật chuyển gen
hầu hết là các gen luôn có sẵn một trình tự phù hợp với một promoter làm cho nó biểu
hiện thành RNA, nói tổng quát là protein.
Sản phẩm phiên mã của gen có thể là một RNA không được dịch mã thành
protein. Ðây là trường hợp đối với RNA ngược hướng (antisense RNA), rybozyme và các
gen được phiên mã bởi RNA polymerase I và III.
Không nhất thiết là DNA ngoại lai luôn luôn được hợp nhất vào genome của sinh
vật chuyển gen. DNA ngoại lai không thể tồn tại trong cơ thể mà không hợp nhất vào

trong genome của nó. Một đoạn DNA tự do nhanh chóng bị loại trừ trong chu trình tế bào
vì vậy nó sẽ không có khả năng tái bản và truyền lại cho các tế bào con. Tuy nhiên về lý
thuyết thì có thể duy trì một đoạn DNA ngoại lai như một nhiễm sắc thể nhỏ
(minichromosome) có khả năng tự tái bản và có mặt trong các tế bào con. Một số genome
virus có đặc tính này, ví dụ như virus herpes. Một vài đoạn nhiễm sắc thể thường được
tìm thấy ở các tế bào khối u, là các nhiễm sắc thể tồn tại trong một thời gian ngắn, mang
các yếu tố tái bản và truyền cho các tế bào con.
3.1.2.Thực vật chuyển gen
Thực vật chuyển gen là thực vật có gen ngoại lai (gen chuyển) xen vào trong DNA
genome của nó.
Gen ngoại lai này phải được truyền lại cho tất cả mọi tế bào, kể cả các tế bào sinh
sản mầm. Nếu dòng tế bào mầm bị biến đổi, các tính trạng bị biến đổi này sẽ được truyền
cho các thế hệ kế tiếp thông qua quá trình sinh sản bình thường. Nếu chỉ có dòng tế bào
sinh dưỡng bị biến đổi, chỉ có cơ thể mang các tế bào sinh dưỡng đó bị ảnh hưởng và
không di truyền lại cho thế hệ sau. Việc chuyển gen ngoại lai vào động vật (thực vật) chỉ
thành công khi các gen này di truyền lại cho thế hệ sau.
Cho đến nay, trên thế giới người ta đã thành công trong việc tạo ra nhiều thực vật,
động vật chuyển gen. Ở động vật, không chỉ đối với động vật mô hình (chuột), vật nuôi
(bò, lợn, dê, cừu, thỏ, gà, cá...) mà cả những loài động vật khác như khỉ, muỗi và một số
côn trùng...
3.1.3. Gen chuyển
16


Gen chuyển (transgene) là gen ngoại lai được chuyển từ một cơ thể sang một cơ
thể mới bằng kỹ thuật di truyền.
Các gen chuyển được sử dụng để tạo động vật, thực vật chuyển gen có nguồn gốc
từ các loài sinh vật khác nhau: động vật, thực vật, vi sinh vật và cả con người. Ví dụ: gen
của người được đưa vào chuột và các vật nuôi khác như lợn, bò, cừu, chim...
3.2. Mục đích chuyển gen

Nói chung, mục đích của chuyển gen là thêm một thông tin di truyền ngoại lai vào
genome, cũng như để ức chế một gen nội sinh. Trong một số trường hợp, sự thay thế một
gen hoạt động chức năng bằng một gen hoạt động chức năng khác là cần thiết. Gen ngoại
lai có thể là một thể đột biến của gen nội sinh hoặc một gen hoàn toàn khác.
Sự thêm gen có thể được thực hiện để cung cấp sinh vật mang protein mới. Sự
thêm gen cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu cơ chế hoạt động của một promoter
trong toàn cơ thể. Sự kết hợp của gen reporter với promoter là nguyên tắc chung của
phương pháp này.
Sự thay thế gen được sử dụng chủ yếu để làm bất hoạt một gen đã biết. Trên thực
tế, nó bao gồm sự thay thế gen nội sinh bằng một thể đột biến bất hoạt. Phương pháp này
được dùng để cho thông tin về chức năng sinh học của gen như ở trường hợp thêm gen.
Thực vậy cả thêm gen và bất hoạt gen có thể gây ra các biến đổi ở sinh vật chuyển gen,
mà các biến đổi này có thể được quan sát hoặc đánh giá. Các thể đột biến của gen thay
thế có thể cung cấp thông tin bằng một cách thức tinh vi hơn.
Sự thay thế một gen bằng một gen có chức năng khác nhau hoàn toàn là khó hơn
nhưng có thể thực hiện để đưa một marker hoặc một gen chọn lọc vào genome. Vị trí hợp
nhất vào genome có thể được chọn lọc đối với khả năng chứa của nó để biểu hiện gen
ngoại lai bằng một cách chắc chắn.
2.Nguyên tắc cơ bản trong việc tạo thực vật chuyển gen
Nguyên tắc cơ bản trong việc tạo động vật (thực vật) chuyển gen là đưa một hoặc
vài gen ngoại lai vào động vật (thực vật) (do con người chủ động tạo ra). Các gen ngoại
lai này phải được truyền thông qua dòng mầm vì vậy mọi tế bào kể các tế bào mầm sinh
sản của động vật (thực vật) đều chứa vật chất di truyền đã được sửa đổi như nhau.
2.1. Cơ chế hợp nhất của DNA ngoại lai vào genome
Trong tất cả các trường hợp, sự hợp nhất của đoạn DNA ngoại lai vào genome
được thực hiện với sự tham gia của các cơ chế sửa sai DNA của tế bào. Các protein liên
quan với các cơ chế này nhận ra các cấu trúc DNA không bình thường, có thể là sự ghép
đôi không tương ứng của hai sợi đơn DNA, các vùng sợi đơn hoặc các vị trí mà DNA
ngoại lai liên kết với DNA chủ.
Khi DNA ngoại lai không có trình tự chung với genome chủ, sự nhận biết giữa

hai DNA chỉ bao gồm các trình tự DNA ngắn tương đồng ít hoặc nhiều. Sự nhận biết này
là cần thiết cho các cơ chế sửa sai hoạt động. Sau đó DNA ngoại lai hợp nhất vào genome
nhờ quá trình tái tổ hợp không tương đồng. Sự kiện này là khá hiếm và xảy ra ở các vị trí
khác nhau trong genome.
17


Khi DNA ngoại lai đóng góp một trình tự dài tương đồng với genome chủ thì
trình tự này sẽ được nhận biết một cách chính xác. Các cơ chế sửa sai gây ra tái tổ hợp
tương đồng nghiêm ngặt làm thay thế gen nội sinh đích bằng DNA ngoại lai. Nếu gen sau
bị đột biến thì gen nội sinh được thay thế bằng một gen đột biến. Trong điều kiện tốt
nhất, tái tổ hợp tương đồng ít xảy hơn 100 lần so với tái tổ hợp không tương đồng. Sở dĩ
như vậy là do số vị trí đối với sự nhận biết không chính thức là lớn hơn nhiều so với sự
nhận biết tương đồng. Thông thường sự nhận biết tương đồng là duy nhất trong mỗi
genome đơn bội.
DNA ngoại lai phải đến nhân tế bào để hợp nhất vào genome của nó. Số phận của
DNA ngoại lai không giống nhau và phụ thuộc vào việc nó đã xâm nhập vào tế bào chất
hoặc vào nhân một cách trực tiếp.
DNA biến nạp vào tế bào nuôi cấy nói chung là dạng plasmid vòng. Plasmid vòng
bị phân cắt bởi DNAse của tế bào chất tại các vị trí ngẫu nhiên. Phần lớn DNA bị phân
hủy trong tế bào chất. Một phần nhỏ đi đến nhân và có thể được phiên mã. Ở dạng này,
DNA ngoại lai không ổn định và nó sẽ bị loại trừ khi tế bào phân chia. Một tỉ lệ nhỏ DNA
ngoại lai hợp nhất vào genome. Trong quá trình di chuyển từ tế bào chất đến nhân, các
đoạn DNA ngoại lai liên kết với nhau để tạo ra dạng polymer gọi là đoạn trùng lặp
(concatemer). Trong tế bào chất, các liên kết đồng hóa trị xảy ra một cách ngẫu nhiên
giữa các đoạn DNA ngoại lai làm cho các gen sắp xếp lại ở dạng nối tiếp.
Khi DNA được xâm nhập vào nhân một cách trực tiếp, các đoạn DNA này cũng
tạo thành các đoạn trùng lặp nhưng thông qua quá trình tái tổ hợp tương đồng. DNA
ngoại lai bị phân cắt một cách ngẫu nhiên, tạo ra các đoạn trùm gối lên nhau và tái kết
hợp tạo ra một đoạn trùng lặp mà ở đó các gen được xây dựng lại rất tốt. Sau đó các bản

sao khác nhau của các đoạn DNA ngoại lai được cấu tạo chủ yếu ở dạng nối tiếp.
Khi các đoạn DNA khác nhau được xâm nhập đồng thời vào một tế bào, chúng
tạo thành các đoạn trùng lặp chứa một vài bản sao của mỗi đoạn. Các đoạn trùng lặp lai
(hybrid concatemers) này được hợp nhất vào genome. Vì thế đến bốn gen khác nhau có
thể được chuyển đồng thời vào một tế bào.
 Nói chung, DNA ngoại lai được hợp nhất dưới dạng đoạn trùng lặp có kích
thước khoảng 100kb, thường chứa từ một đến mười bản sao của đoạn DNA gốc. Ðiều thú
vị là khi các đoạn DNA lớn được chuyển vào, đoạn trùng lặp hợp nhất vào thường chứa
số bản sao ít hơn mặc dù kích thước tối ưu để hợp nhất vào genome là vào khoảng 100kb.
Các cơ chế hợp nhất ở một vị trí ngẫu nhiên của DNA ngoại lao tiêm vào nhân của
tế bào DNA tiêm vào được cắt ra một cách ngẫu nhiên. Các đoạn DNA này lệ thuộc vào
quá trình tái tổ hợp tương đồng tạo ra các polymer (các đoạn trùng lặp) của gen tiêm vào
xếp nối tiếp nhau. Các đầu của đoạn trùng lặp bị phân hủybởi DNAse,tạo ra các vùng sợi
đơn ngắn nhận biết các vị trí bổ sung trong genome. Trong quá trình tái bản DNA, các cơ
chế sửa sai hợp nhất DNA ngoại lai.
18


Hình 11: Sơ đồ cơ chế thay thế gen bằng tái tổ hợp tương đồng
DNA nhận biết các trình tự tương đồng trong genome một cách chính xác. Cơ chế
sửa sai của tế bào gây ra sự thay thế đặc hiệu vùng genome đích bằng các đoạn DNA
ngoại lai. Trình tự định vị giữa hai vùng tương đồng được hợp nhất trong khi trình tự nằm
bên ngoài các vùng tương đồng lại bị loại ra.
DNA vi tiêm vào nhân hay tế bào chất là ở dạng thẳng bằng cách cắt plasmid ở vị
trí chọn trước. Ðiều này làm giảm cơ hội cắt plasmid tại các vị trí ngẫu nhiên dẫn đến tạo
thành các đoạn trùng lặp chứa các gen bị cắt xén bớt.
Các đoạn DNA sử dụng cho chuyển gen được làm thẳng còn do các lý do khác.
Cách này làm cho có thể loại bỏ các trình tự plasmid (giàu GC) mà có thể phá hủy các
gen chuyển (transgenes). Mặt khác, DNA vòng tiêm vào nhân được hợp nhất với tần số
thấp hơn nhiều so với DNA thẳng.

Vì vậy nguy cơ của DNA ngoại lai cơ bản là giống nhau khi chúng được chuyển
vào tế bào chất bằng vi tiêm (microinjection), chuyển nhiễm (transfection) với các tác
nhân hóa học hoặc biến nạp bằng xung điện (electroporation). Tiêm DNA vào nhân là
khó hơn nhưng kết quả là tần số hợp nhất cao hơn nhiều và tình trạng nguyên vẹn của
DNA ngoại lai được duy trì tốt hơn. Tiêm DNA vào nhân của phôi không phải luôn luôn
có thể thực hiện, đặc biệt là đối với các loài không phải là thú.
Tất cả những phân tích ở trên cho thấy:
- Một gen ngoại lai có thể được tách chiết và sửa đổi bằng kỹ thuật di truyền.
- Gen ngoại lai có mặt trong tế bào cơ thể bao gồm cả tế bào mầm sinh sản có thể
truyền lại cho thế hệ sau.
Muốn tạo một sinh vật biến đổi gen (genetically modified organism-GMO) cần
phải có phương pháp thích hợp để đưa DNA ngoại lai (foreign DNA) vào trong tế bào
của chúng. Ở vi khuẩn, tế bào được xử lý bằng dung dịch muối calcium chloride. Ở tế
bào nấm men, sự tiếp nhận DNA tăng lên khi tế bào tiếp xúc với lithium chloride hoặc
lithium acetate. Tuy nhiên, đối với phần lớn sinh vật bậc cao cần phải có các phương
pháp khác tinh vi hơn.
19


Chuyển gen ở thực vật đã phát triển cùng với sự phát triển của các kỹ thuật nuôi
cấy mô và tế bào thực vật. Nó đã trở thành phương tiện quan trọng để nghiên cứu cơ bản
trong sinh học thực vật. Ngoài việc mở ra triển vọng chuyển các gen có ý nghĩa kinh tế
vào cây trồng, các kỹ thuật này còn cho phép nghiên cứu cấu trúc và điều khiển hoạt
động của gen.
Quá trình đưa một DNA ngoại lai vào genome (hệ gen) của một sinh vật được gọi
là quá trình biến nạp (transformation). Những cây được biến nạp được gọi là cây biến đổi
gen (genetically modified plant-GMP). Ứng dụng công nghệ gen trong công tác giống
cây trồng hiện đại có rất nhiều ưu điểm, chẳng hạn như:
- Bằng việc biến nạp một hoặc một số gen có thể thu được cây mang một đặc tính
mới xác định.

- Rào cản về loài không còn có tác dụng, vì không chỉ các gen từ thực vật mà còn
từ vi khuẩn, nấm, động vật hoặc con người được chuyển thành công vào thực vật. Về
nguyên tắc chỉ thay đổi vùng điều khiển gen, promoter và terminator. Tuy nhiên, trong
một số trường hợp đòi hỏi những thay đổi tiếp theo như sự phù hợp codon.
- Những đặc điểm không mong muốn của thực vật. Chẳng hạn, sự tổng hợp các
chất độc hoặc chất gây dị ứng có thể được loại trừ bằng công nghệ gen.
- Thực vật biến đổi gen có thể là lò phản ứng sinh học (bioreactor) sản xuất hiệu
quả các protein và các chất cần thiết dùng trong dược phẩm và thực phẩm..
- Mở ra khả năng nghiên cứu chức năng của gen trong quá trình phát triển của
thực vật và các quá trình sinh học khác. Vì vậy, thực vật biến đổi gen có ý nghĩa trong
nghiên cứu cơ bản.
- Trong lai tạo giống hiện đại, công nghệ gen giúp làm giảm sự mâu thuẫn giữa
kinh tế và môi trường sinh thái. Bằng việc sử dụng cây trồng kháng thuốc diệt cỏ có thể
giảm được lượng thuốc bảo vệ thực vật.
Mục đích của nông nghiệp hiện đại không chỉ là tăng năng suất mà còn hướng đến
những lĩnh vực quan trọng sau:
+ Duy trì và mở rộng đa dạng sinh học (biodiversity).
+ Tăng khả năng kháng (sức khỏe cây trồng và chống chịu các điều kiện bất lợi).
+ Nâng cao chất lượng sản phẩm.
+ Cải thiện khả năng tích lũy dinh dưỡng.
+ Tăng cường tổng hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học.
+ Tạo ra sản phẩm không gây hại môi trường.
2.2 .Một số nguyên tắc cơ bản của việc chuyển gen
2.2.1.Một số nguyên tắc sinh học
Khi đặt ra mục đích và thực hiện thí nghiệm chuyển gen cần chú ý một số vấn đề
sinh học ảnh hưởng đến quá trình chuyển gen như sau:
- Không phải toàn bộ tế bào đều thể hiện tính toàn năng (totipotency).
- Các cây khác nhau có phản ứng không giống nhau với sự xâm nhập của một gen
ngoại lai.
- Cây biến nạp chỉ có thể tái sinh từ các tế bào có khả năng tái sinh và khả năng

thu nhận gen biến nạp vào genome.
20


- Mô thực vật là hỗn hợp các quần thể tế bào có khả năng khác nhau. Cần xem xét
một số vấn đề như: chỉ có một số ít tế bào có khả năng biến nạp và tái sinh cây. Ở các tế
bào khác có hai trường hợp có thể xảy ra: một số tế bào nếu được tạo điều kiện phù hợp
thì trở nên có khả năng, một số khác hoàn toàn không có khả năng biến nạp và tái sinh
cây.
- Thành phần của các quần thể tế bào được xác định bởi loài, kiểu gen, từng cơ
quan, từng giai đoạn phát triển của mô và cơ quan.
- Thành tế bào ngăn cản sự xâm nhập của DNA ngoại lai. Vì thế, cho đến nay chỉ
có thể chuyển gen vào tế bào có thành cellulose thông qua Agrobacterium, virus và bắn
gen hoặc phải phá bỏ thành tế bào để chuyển gen bằng phương pháp xung điện, siêu âm
và vi tiêm.
- Khả năng xâm nhập ổn định của gen vào genome không tỷ lệ với sự biểu hiện
tạm thời của gen.
- Các DNA (trừ virus) khi xâm nhập vào genome của tế bào vật chủ chưa đảm bảo
là đã liên kết ổn định với genome.
- Các DNA (trừ virus) không chuyển từ tế bào này sang tế bào kia, nó chỉ ở nơi mà
nó được đưa vào.
- Trong khi đó, DNA của virus khi xâm nhập vào genom cây chủ lại không liên kết
với genome mà chuyển từ tế bào này sang tế bào khác ngoại trừ mô phân sinh
(meristem).
2.2.2.Phản ứng của tế bào với quá trình chuyển gen
Mục đích chính của chuyển gen là đưa một đoạn DNA ngoại lai vào genome của
tế bào vật chủ có khả năng tái sinh cây và biểu hiện ổn định tính trạng mới. Nếu quá trình
biến nạp xảy ra mà tế bào không tái sinh được thành cây, hoặc sự tái sinh diễn ra mà
không kèm theo sự biến nạp thì thí nghiệm biến nạp chưa thành công.
Ở rất nhiều loài thực vật, điều khó khăn là phải xác định cho được kiểu tế bào nào

trong cây có khả năng tiếp nhận sự biến nạp. Hạt phấn hay tế bào noãn sau khi được biến
nạp có thể được dùng để tạo ra cây biến nạp hoàn toàn, thông qua quá trình thụ tinh bình
thường. Hạt phấn thường được coi là nguyên liệu lý tưởng để gây biến nạp. Trong khi đó,
việc biến nạp gen vào hợp tử in vivo hay in vitro lại gặp nhiều khó khăn. Trong trường
hợp này, người ta thường phải kết hợp với kỹ thuật cứu phôi. Việc biến nạp gen đối với
các tế bào đơn của các mô phức tạp như phôi hay mô phân sinh thường cho ra những cây
khảm.
Từ nhiều thập kỷ qua người ta đã biết rằng, tính toàn thể của tế bào thực vật đã tạo
điều kiện cho sự tái sinh cây hoàn chỉnh in vitro qua quá trình phát sinh cơ quan (hình
thành chồi) hay phát sinh phôi. Các chồi bất định hay phôi được hình thành từ các tế bào
đơn được hoạt hóa là những bộ phận dễ dàng tiếp nhận sự biến nạp và có khả năng cho
những cây biến nạp hoàn chỉnh (không có tính khảm).
3. Các bước cơ bản của chuyển gen

21


Từ khi người ta khám phá ra rằng các thí nghiệm chuyển gen có thể thực hiện nhờ
một loại vi khuẩn đất Agrobacterium tumefaciens, thì các nhà khoa học tin rằng
Agrobacterium có thể chuyển gen vào tất cả các cây trồng. Nhưng sau đó kết quả thực tế
cho thấy chuyển gen bằng Agrobacterium không thể thực hiện được trên cây ngũ cốc
(một lá mầm) vì thế hàng loạt kỹ thuật chuyển gen khác đã được phát triển đó là các kỹ
thuật chuyển gen trực tiếp như bắn gen bằng vi đạn (bombardement/gene gun), vi tiêm
(microinjection), xung điện (electroporation), silicon carbide, điện di (electrophoresis),
siêu âm (ultrasonic), chuyển gen qua ống phấn (pollen tube)... Đến nay, nhờ cải tiến các
vector chuyển gen nên kỹ thuật chuyển bằng A. tumefaciens đã thành công cả ở cây ngũ
cốc đặc biệt là lúa. Kỹ thuật này trở nên một kỹ thuật đầy triển vọng đối với cây chuyển
gen ở thực vật.
Quá trình chuyển gen được thực hiện qua các bước sau :
- Xác định gen liên quan đến tính trạng cần quan tâm.

- Phân lập gen (PCR hoặc sàng lọc từ thư viện cDNA hoặc từ thư viện genomic
DNA).
- Gắn gen vào vector biểu hiện (expression vector) để biến nạp.
- Biến nạp vào E. coli.
- Tách chiết DNA plasmid.
- Biến nạp vào mô hoặc tế bào thực vật bằng một trong các phương pháp khác
nhau đã kể trên.
- Chọn lọc các thể biến nạp trên môi trường chọn lọc.
- Tái sinh cây biến nạp.
- Phân tích để xác nhận cá thể chuyển gen (PCR hoặc Southern blot) và đánh giá
mức độ biểu hiện của chúng (Northern blot, Western blot, ELISA hoặc các thử nghiệm in
vivo khác...).
Nguyên liệu để thực hiện sự biến nạp là các tế bào thực vật riêng lẽ, các mô hoặc
cây hoàn chỉnh.
Cản trở lớn nhất của sự tiếp nhận DNA ở phần lớn sinh vật là thành tế bào. Muốn
làm mất thành tế bào thực vật người ta thường sử dụng enzyme và dưới những điều kiện
thích hợp người ta có thể tạo ra tế bào trần, tế bào trần tiếp nhận DNA nói chung dễ dàng.
Chẳng hạn sử dụng phương pháp xung điện, ở đây tế bào được đặt ở trong một xung điện
ngắn, xung điện này có thể làm xuất hiện những lỗ tạm thời ở trên màng tế bào, những
phân tử DNA có thể đi vào bên trong tế bào. Sau khi biến nạp người ta tách những
enzyme phân giải và để cho tế bào phát triển, thành tế bào mới được tạo nên. Các tế bào
biến nạp này được nuôi cấy trên các môi trường nhân tạo thích hợp cùng với các chất
kích thích sinh trưởng để tạo nên cây hoàn chỉnh. Sau đó bằng các phương pháp phân
tích genome như PCR, Southern blot, Northern blot được thực hiện để tìm ra chính xác
những cây biến đổi gen.
Bên cạnh các phương pháp biến nạp Agrobacterium hoặc xung điện, hiện nay có
hai phương pháp khác cũng thường được sử dụng để đưa DNA vào trong tế bào. Phương
22

pháp thứ nhất là vi tiêm: với một cái pipet rất nhỏ người ta có thể đưa các phân tử DNA
trực tiếp vào nhân tế bào mà người ta muốn biến nạp. Phương pháp này đầu tiên chỉ được
sử dụng ở tế bào động vật, nhưng sau này người ta đã sử dụng cho tế bào thực vật.
Phương pháp thứ hai là bắn vào tế bào các vi đạn (microprojectile), thường bằng vàng
hoặc wolfram, được bao bọc bởi DNA. Phương pháp này được gọi là phi sinh học và
được sử dụng thành công ở nhiều loại tế bào khác nhau. Ở thực vật chuyển gen, sản phẩm
cuối cùng thường không phải là tế bào biến nạp, mà là một cơ thể biến nạp hoàn toàn.
Phần lớn thực vật được tái sinh dễ dàng bằng nuôi cấy mô tế bào. Tuy nhiên, tái sinh cây
một lá mầm như ngũ cốc và các loại cỏ khác cũng gặp một vài khó khăn. Từ một tế bào
biến nạp duy nhất người ta có thể tạo ra một cây chuyển gen, trong đó mỗi tế bào mang
DNA ngoại lai và tiếp tục chuyển cho thế hệ sau sau khi nở hoa và tạo hạt.
4. Ví dụ
Chọn tạo các dòng ngô được chuyển gen kháng sâu (CryIAc) thông qua vi khuẩn
Agrobacterium tumefaciens Trương Thu Hằng Trường Cao đắng Sư phạm Thái Nguyên
Dường Quang Trung, Phường Thịnh Dán, TP Thái Nguyên. Nhận ngày 09 tháng 10 năm
2012 Chỉnh sửa ngày 24 tháng 10 năm 2013; chấp nhận đăng ngày 10 tháng 10 năm 2013
- Xác định gen liên quan đến tính trạng cần quan tâm.
gen kháng sâu (CryIAc)
Phân lập gen (PCR hoặc sàng lọc từ thư viện cDNA hoặc từ thư viện
genomic DNA).
Gắn gen vào vector biểu hiện (expression vector) để biến nạp.
ADN plasmid vector là Padtl chứa gen kháng sâu CryIAc được điều khiển bởi
đoạn khởi động Ubiquitin và gen chọn lọc thực vật là hyg (H) và Padt2 chứa gen kháng
sâu CryIAc được điều khiển bởi đoạn khởi động Ubiquitin và gen chọn lọc thực vật là
pmi (M)
Biến nạp vào Agrobacterium tumefaciens chủng LB4404
Sử dụng vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens chủng LBA4404 mang ADN
plasmid vector là Padtl chứa gen kháng sâu CryIAc được điều khiển bởi đoạn khởi động
Ubiquitin và gen chọn lọc thực vật là hyg (H) và Padt2 chứa gen kháng sâu CryIAc được
điều khiển bởi đoạn khởi động Ubiquitin và gen chọn lọc thực vật là pmi (M)

Tách chiết DNA plasmid.
Biến nạp vào mô hoặc tế bào thực vật thông qua Agrobacterium
tumefaciens chủng LB4404
+ Tạo dịch huyền phù Agrobacterium tumefaciens
Agrobacterium tumefaciens chủng LB4404 chứa plasmid quan tâm được cất giữ
trong glycerol ở -200C. nuôi cấy trong môi trường LB có bổ sung kháng sinh với nồng độ
thích hợp.
Thu được dịch huyền phù vi khuẩn này được sử dụng để lây nhiễm ngay với phôi
ngô non.
+ Lây nhiễm vi khuẩn với phôi
23


Bắp non được thu từ các cây ngô mẹ trồng trong nhà lưới. Ngay sau khi thu, phôi
non được tách trong điều kiện vô trùng. Phôi non sau đó được đưa vào môi trường IM có
bổ sung AS và dịch huyền phù vi khuẩn trong 30-60 phút, lắc nhẹ ở nhiệt độ 210C, trong
điều kiện tối.
+ tiến hành đồng nuôi cấy trong môi trường cộng sinh CCM và nuôi phục hồi ở
môi trường ReM và điều kiện thích hợp
Chọn lọc các thể biến nạp trên môi trường chọn lọc.
+ Chọn lọc mô sẹo chuyển gen
Mô sẹo tạo thành từ phôi non đã biến nạp trên môi trường ReM được cấy chuyển
sang môi trường ReM mới có bổ sung kháng sinh chọn lọc thực vật tương ứng, nuôi
trong điều kiện và thời gian thích hợp
+ Tạo chồi
Mô sẹo phôi hoá tạo thành trên môi trường chọn lọc ReM được cấy chuyển sang
môi trường ReM mới có bổ sung kháng sinh chọn lọc thực vật thích hợp để tái sinh chồi,
nuôi trong điều kiện và môi trường phù hợp
Tái sinh cây biến nạp
+ Chồi tái sinh trong môi trường chọn lọc SeM đặc trưng được cấy chuyển sang

môi trường RM tạo cây hoàn chỉnh có bổ sung kháng sinh chọn lọc thực vật, nuôi trong
điều kiện và môi trường thích hợp
+ Chuyển cây ra đất: Cây tái sinh trên môi trường chọn lọc RM đặc trưng có 2-3
lá, 3-4 rễ được chuyển ra đất trồng.
Phân tích để xác nhận cá thể chuyển gen (PCR hoặc Southern blot) và đánh
giá mức độ biểu hiện của chúng (Northern blot, Western blot, ELISA hoặc các thử
nghiệm in vivo khác...).
+ Phương pháp tách chiết AND tổng so từ mô lá ngô
Các cây tái sinh được đưa ra đất. Khi cây có lá thứ 4 thì tiến hành thu mẫu lá để
tách chiết ADN. ADN được tách chiết và tinh sạch bằng phương pháp CTAB của Saghai
Maroof (1984) có cải tiến cho phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm.
+ Phân tích PCR các cây biến nạp gen
sử dụng hai cặp mồi là pmi xác định sự có mặt của gen kháng manose (chị thị của
thực vật) và cặp mồi CryIAc xác định sự có mặt của gen kháng sâu CryIAc.
+ Nhuộm bản gel và chụp ảnh
+ Đánh giá tính kháng sâu trong điều kiện nhà lưới
Đánh giá kết quả và thảo luận.
5. Một số phương pháp chuyển gen ở thực vật
Có hai hình thức chuyển gen chủ yếu là chuyển gen trực tiếp và chuyển gen gián
tiếp.
5.1. Các phương pháp chuyển gen gián tiếp
5.1.1. Chuyển gen gián tiếp nhờ Agrobacterium tumefaciens
* Nguyên lý chung
Sử dụng vi sinh vật đất Agrobacterium (là vi khuẩn Gram âm) để chuyển gen ở
thực vật là phương pháp hiệu quả và phổ biến nhất hiện nay nhờ vào khả năng gắn gen
ngoại lai vào hệ gen thực vật một cách chính xác và ổn định.
24


Sự chuyển gen ở thực vật dùng A. tumefaciens dựa trên nguyên lý như hình sau:

Hình 12. Agrobacterium mang plasmid gây khối u ở thực vật (tumour inducing plasmidTi plasmid), plasmid này chứa các gen vir và vùng gen cần chuyển (T-DNA). Gen quan
tâm được chèn vào vùng T-DNA. Các tế bào tổn thương thực vật tiết ra hợp chất bảo vệ,
hợp chất này kích thích sự biểu hiện gen vir ở Agrobacterium. Vir protein tạo ra T-strand
từ vùng T-DNA trên Ti-plasmid. Sau đó vi khuẩn gắn vào tế bào thực vật, T-strand và một
số protein vir chuyển vào tế bào thực vật qua kênh vận chuyển. Trong tế bào thực vật,
các protein vir tương tác với T-strand tạo ra phức hệ (T- complex). Phức hệ này vào
nhân tế bào thực vật, T-DNA chèn vào bộ gen thực vật và biểu hiện gen quan tâm.

25