Tiểu luận công nghệ sinh học động vật

1/ Đặ t v ấ n đề :
Trong những năm gần đây, Cơng nghệ sinh học phát triển mạnh mẽ với nhiều
thành tựu rực rỡ, xứng đáng với thế kỷ mới- Thế kỷ của Sinh học. Nhiều cơng nghệ
mới ra đời như Cơng nghệ tế bào, Cơng nghệ protein- enzym, Cơng nghệ vi sinh,
Genomics, Proteomics, Cơng nghệ di truyền…. Nhiều kỹ thuật, cơng nghệ đã và
đang được áp dụng rộng rãi vào các lĩnh vực đời sống khác nhau của con người.
Cơng nghệ gen, cơng nghệ di truyền (Genetic technology) liên quan đến các kỹ thuật
hiện đại nhất, cao cấp nhất, ngày càng có nhiều ứng dụng trong y học và bảo vệ sức
khỏe cộng đồng.
Ứng dụng của cơng nghệ gen trong chữa bệnh bằng gen là hướng mới của
sinh- y học hiện đại.
Những thành tựu của Aber, Nathan và Smith về enzym thủy phân hạn chế axit
nucleic (restrictase), người ta có thể dùng nó cắt gen và gài gen mới vào để tạo ra
giống mới có năng suất cao- và cũng từ đó người ta ln ln nghĩ tới liệu có thể sửa
chữa gen, thay thế gen bệnh bằng gen lành và tạo ra một ngành phẫu thuật phân tử-
trong điều trị của y học.
Đề tài “Liệu pháp gen” giúp cho người viết hiểu thêm về phương pháp chữa
bệnh ở người bằng cách đưa các gen cần thiết vào cơ thể.
2/ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :
Đối tượng nghiên cứu: con người, động vật và một số loại virus.
Phạm vi nghiên cứu: chỉ đề cập đến các gen có chức năng sử dụng vào điều
trị bệnh cho con người.
3/ Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu đề tài là phương pháp tổng hợp các tài liệu được
lấy từ các nguồn thông tin như thư viện, báo đài, internet. Dựa vào sự phân tích,
tổng hợp, so sánh, đối chiếu các tài liệu để thực hiện đề tài.
Mặc dù đề tài được chuẩn bò khá công phu, nhưng chắc chắn vẫn còn sơ
suất, rất mong được sự góp ý của q thầy hướng dẫn và các bạn đồng nghiệp.
Tác giả chân thành biết ơn.
4/ Cấu trúc tiểu luận:
PHẦN MỞ ĐẦU.

PHẦN NỘI DUNG
I. Khái niệm về liệu pháp gen.
II. Các lĩnh vực ứng dụng và một số chiến lược của liệu pháp gen.
III. Các ngun lý của liệu pháp gen.
IV. Các kỹ thuật cơ bản của liệu pháp gen.
V. Các ứng dụng của liệu pháp gen.
VI. Vấn đề an tồn và triển vọng của liệu pháp gen.
PHẦN KẾT LUẬN.
1
PHẦN MỞ ĐẦU
DUNG
MỤC LỤC
Trang
I. KHÁI NIỆM VỀ LIỆU PHÁP GEN ................................................................... 3
1. Khái niệm về liệu pháp gen......................................................................... ...3
2. Nguyên tắc cơ bản để điều trị bằng liệu pháp gen...........................................3
II. CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG VÀ MỘT SỐ CHIẾN LƯỢC CỦA LIỆU PHÁP
GEN................................................................................................................3
1. Các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của liệu pháp gen. .........................................3
2.Một số chiến lược của liệu pháp gen.................................................................4
III. CÁC NGUYÊN LÝ CỦA LIỆU PHÁP GEN.....................................................4
1. Gen liệu pháp và tách dòng gen liệu pháp........................................................4
2. Các loại vector thường sử dụng trong liệu pháp gen........................................4
IV. CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA LIỆU PHÁP GEN........................................6
V. CÁC ỨNG DỤNG CỦA LIỆU PHÁP GEN........................................................7
1. Liệu pháp gen chữa bệnh rối loạn chức năng gen...........................................8
2. Liệu pháp gen chữa bệnh ung thư…………………………………………….8
3. Liệu pháp gen chữa bệnh do sự thay đổi chức năng protein………………...10
4. Liệu pháp gen chữa bệnh rối loạn chuyển hóa ion Chlo…………………….11
5.Liệu pháp gen chữa bệnh HIV/AIDS………………………………………...11

6.Liệu pháp gen chữa các bệnh khác…………………………………………..13
VI.VẤN ĐỀ AN TOÀN VÀ TRIỂN VỌNG CỦA LIỆU PHÁP GEN…………...14
1. Vấn đề về an toàn của liệu pháp gen………………………………………..14
2. Triển vọng của liệu pháp gen ở Việt Nam…………………………………..14
KẾT LUẬN ……………………………………………………………………… 15
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………...16
2
I. KHÁI NIỆM VỀ LIỆU PHÁP GEN
1. Khái niệm về liệu pháp gen.
Liệu pháp gen (Gene therapy – GT) là phương pháp chữa bệnh bằng cách đưa
các gen cần thiết (gen liệu pháp) nhằm mục đích chữa bệnh cho con người.
- Gen liệu pháp (Therapeutic gene) là các gen có chức năng sử dụng vào điều
trị bệnh cho con người. Mỗi một loại gen liệu pháp có đặc điểm và chức năng riêng.
Gen liệu pháp có thể là:
+ Các gen lành đưa vào tế bào sống để thay thế các gen hỏng tương ứng, từ
đó khôi phục lại chức năng của gen.
+ Các gen mã hóa cho một prôtêin đặc hiệu. Khi đưa các gen mã hóa đó vào
cơ thể sống sẽ tạo ra prôtêin đặc hiệu để ức chế, kìm hãm gen khác gây bệnh, hoặc
kìm hãm sự tăng sinh quá nhanh của tế bào, hoặc cũng có thể gây chết tế bào gây
bệnh.
+ Gen ức chế các gen gây bệnh, gen kìm hãm, hoặc gen phục hồi.
+ Các đoạn oligonucleotit có tác dụng kìm hãm sự hoạt động của các gen bị
đột biến trong tế bào.
- Liệu pháp gen có hai nhóm phương pháp cơ bản, đó là: liệu pháp gen soma
và liệu pháp gen tế bào mầm.
+ Liệu pháp gen soma (somatic gene therapy) là phương pháp điều trị thay
thế hay sửa chữa gen hỏng, gen bệnh của các tế bào soma trong cơ thể người, giúp
cho con người sống bình thường. Ví dụ, liệu pháp gen soma đã chữa trị, hoặc hạn
chế các bệnh như thiếu hụt miễn dịch, ung thư, thiếu máu, u xương…. Các tế bào
dùng để chữa trị bằng liệu pháp soma có thể là tế bào lympho, tế bào gan và đặc biệt

là dùng tế bào gốc (stem cells).
+ Liệu pháp gen tế bào mầm (germline gene theraphy) là phương pháp điều
trị, sửa chữa, thay thế gen hỏng cho các giao tử (tinh trùng, hoặc trứng) nhằm tạo ra
thế hệ sau bình thường.
2. Nguyên tắc cơ bản để điều trị bằng liệu pháp gen.
Theo tổ chức Y tế thế giới và qui định của nhiều Quốc gia thì điều trị bằng
liệu pháp gen cần tuân thủ một số nguyên tắc theo:
- Theo dõi và hiểu biết cặn kẽ quá trình phát sinh bệnh, cơ chế phát sinh bệnh,
đặc tính di truyền của bệnh.
- Nắm vững cấu trúc và chức năng của gen gây bệnh, gen hỏng, gen đột
biến… đồng thời nắm vững cấu trúc, chức năng của gen liệu pháp dùng để thay thế.
- Dự đoán hiệu quả của liệu pháp. Nếu hiệu quả cao mới được áp dụng.
- Cần thử nghiệm nhiều lần đối với động vật trước khi thử nghiệm cho người.
Chỉ áp dụng đối với con người khi đã thử nghiệm nhiền lần có hiệu quả cao đối với
động vật thí nghiệm.
II. CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG VÀ MỘT SỐ CHIẾN LƯỢC CỦA
LIỆU PHÁP GEN.
1. Các lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của liệu pháp gen.
- Liệu pháp gen trong điều trị rối loạn các bệnh chuyển hóa do di truyền gồm
các liệu pháp chữa và điều trị các bệnh rối loạn chuyển hóa do đơn gen và đa gen qui
định.
+ Điều trị rối loạn chuyển hóa do đơn gen:
3
PHẦN NỘI DUNG
Một số bệnh do đơn gen bị sai hỏng, mất cấu trúc và chức năng bình thường
đã gây ra bệnh tật. Sự thay thế, sửa chữa các gen hỏng này giúp cho cơ thể trở lại
bình thường, đồng thời ổn định cho thế hệ sau. Các bệnh điển hình do đơn gen qui
định là: thiếu máu hồng cầu hình liềm, bệnh máu khó đông, bệnh xơ nang và viêm
phổi cấp, bệnh parkinson, bệnh rối loạn cholesterol.
+ Điều trị rối loạn chuyển hoá do đa gen:

Một số bệnh do nhiều gen sai hỏng gây nên. Dùng biện pháp thay thế, sửa
chữa các gen để điều trị, tùy theo mức độ hư hỏng mà dùng các gen liệu pháp để
chữa bệnh. Các bệnh điển hình do đa gen qui định là: bệnh tim bẩm sinh, bệnh ung
thư, bệnh tiểu đường, bệnh tâm thần phân liệt…
- Liệu pháp gen chữa các bệnh do nhiễm trùng: Các loại virus, vi khuẩn đã
gây hành loạt bệnh cho con người như ung thư, lao, HIV…. Liệu pháp gen là một
trong những phương pháp chữa bệnh cho hiệu quả cao. Việc thay thế bằng gen liệu
pháp, kìm hãm hoặc phục hồi các gen hư hỏng đã giúp cho cơ chế chống lại các bệnh
nhiễm trùng như chống lao, chống viêm gan siêu vi B, ung thư do virus….
2.Một số chiến lược của liệu pháp gen.
Những chiến lược của liệu pháp gen thường được áp dụng là: thay thế gen,
tăng cường hiệu quả hoạt động của gen, tiêu diệt các tế bào đích bằng gen liệu pháp,
ức chế biểu hiện của các gen hỏng ở tế bào đích….
III. CÁC NGUYÊN LÝ CỦA LIỆU PHÁP GEN.
Mục đích của liệu pháp gen là đưa gen liệu pháp (gen lành) vào tế bào người
để gắn vào vị trí cần thiết trong hệ genom của người làm cho tế bào hoạt động bình
thường. Do vậy cần phải thực hiện các liệu pháp gen gồm các bước như: tách dòng
gen liệu pháp, chọn vector vận chuyển phù hợp, tạo vector gắn gen liệu pháp tái tổ
hợp và cuối cùng là đưa vector mang gen liệu pháp vào tế bào chủ, hoặc cơ thể chủ
rồi theo dõi biểu hiện của gen liệu pháp.
1. Gen liệu pháp và tách dòng gen liệu pháp.
Gen liệu pháp là các gen (hoặc đoạn ADN, đoạnARN) cần thiết để thay thế
gen hỏng, kìm hãm hoạt động của gen hỏng, hoặc bổ trợ hoạt động của gen mất làm
giảm chức năng trong tế bào chủ, nhằm khôi phục hoạt động bình thường của tế bào
và cơ thể.
Việc tách dòng gen liệu pháp được thực hiện như phương pháp tách dòng gen
thông thường đã được đề cập ở chương trước, các gen liệu pháp sau khi tách dòng
cần bảo đảm đưa được vào vị trí đích và vẫn giữ được chức năng nguyên vẹn. Gen
liệu pháp có thể được tách ra từ nhiều nguồn tế bào khác nhau ở các sinh vật khác
nhau, có thể là do gen ở trạng thái AND kép, hoặc có thể từ mARN rồi cho phiên mã

ngược để tạo cADN.
2. Các loại vector thường sử dụng trong liệu pháp gen.
Vector chuyển các gen liệu pháp trong liệu pháp gen được gọi là vector liệu
pháp. Vector liệu pháp có chức năng chuyển gen và phải có những đặc trưng cần
thiết như:
- Phải đảm bảo đưa các gen liệu pháp vào tế bào, hoặc cơ thể chủ thuận tiện,
dễ dàng, không gây những tác động phụ bất lợi cho tế bào, cơ thể chủ.
- Phải có khả năng mang gen liệu pháp càng lớn càng tốt.
- Phải có tính linh hoạt với các tế bào đích, mô đích và có khả năng sử dụng
thuận tiện.
Hiện nay có hai nhóm vector liệu pháp chính, đó là:
4
+ Vector có bản chất virus và vector retrovirus, vector edeno- associated
virus (AAV) và vector herpes simplex virus (HSV).
* Vector adenovirus là virus có phần vỏ prôtêin là khối đa diện 20 mặt và có
phần lõi chứa AND mạch kép. Phân tử AND mạch kép dài 36kb gồm 50 gen, trong
đó có 4 vùng gen quan trọng ký hiệu là E
1
, E
2
, E
3
,

E
4
. Để thiết kế vector adenovirus
phải cắt bỏ gen E
1
rồi thay thế bằng phức hợp promotor- gen liệu pháp và gây bất

hoạt, hoặc cắt bỏ gen E
3
. Vector adenovirus tái tổ hợp sau khi xâm nhiễm vào tế bào
đích, nó sẽ chuyển gen liệu pháp cho tế bào đích và loại bỏ gen sai hỏng của tế bào
mang gen hỏng.
* Vector retrovirus là virus có phần lõi mang phân tử ARN. Vector retrovirus
vỏ prôtêin gồm 3 lớp chứa phần lõi ARN và các loại enzym trong đó có enzym phiên
mã ngược (Reverse transcriptase). Hệ gen của vector retrovirus là ARN sợi đơn
nhưng luôn tồn tại 2 sợi có cấu trúc, kích thước giống nhau, dài khoảng 7- 11kb. Hệ
gen có chứa các gen độc (nhóm gen gây ung thư) và các gen cần thiết cho hoạt động
sống của retrovirus. Muốn thiết kế vector retrovirus làm vector liệu pháp gen cần
phải loại bỏ các gen độc, gắn thay thế bằng các gen liệu pháp. Các vector retrovirus
thuờng được sử dụng trong liệu pháp gen là : Mo- Mu LV và lentivirus.
* Vector adeno- associated virus (AAV) :
AAV là loại vector có kích thước nhỏ không gây bệnh cho người. AAV có thể
xâm nhiễm vào tế bào và gắn hệ gen của chúng vào AND của người ở vị trí đặc hiệu
của NST số 19 tạo ra dạng tiền virus (provirus), tồn tại trong tế bào. Khi gặp điều
kiện thuận lợi, AAV tách ra, tạo ra AAV mới. AAV có chứa một phân tử AND sợi
đơn có kích thước khoảng 4,5- 4,7 kb. Hệ gen của AAV có hai nhóm gen chính là
Rep và Cap, ngoài ra còn có một số gen khác điều khiển sự hoạt động sống của
AAV.
Khi thiết kế các vector AAV phải loại bỏ gen Cap và gen Rep thay thế bằng
gen liệu pháp kết hợp với promoter thích hợp. Vector AAV chỉ chuyển được các gen
liệu pháp có kích thước nhỏ. Đặc điểm quan trọng nhất của vector AAV là hiệu quả
chuyển gen cao lại không gây bệnh cho người. AAV sử dụng để điều trị ung thư,
bệnh xơ nang, bệnh nghẽn mạch vành tim và một số bệnh khác.
* Vector herpes simplex virus (HSV):
HSV là nhóm virus lớn, hệ gen là ADN mạch kép, gây bệnh cho người và
động vật. HSV có vỏ là khối đa diện 20 mặt, có phân tử AND mạch kép, kích thước
khoảng 152,3 kb. HSV đa dạng có nhiều type khác nhau, trong đó điển hình là HSV

1
dùng cho liệu pháp gen. Khi thiết kế vector HSV cần tổ hợp HSV
1
với Amplicon
plasmid, từ đó tạo ra vector HSV có thể mang gen liệu pháp.
+ Vector không có bản chất virus (Nonviral vector):
Ngoài vector có bản chất virus, người ta còn sử dụng các vector không có bản
chất virus nhưng có thể cài, gắn và vận chuyển các gen liệu pháp để điều trị và chữa
bệnh như các vector liposom, AND trần, oligonucleotit.
*Liposom:
Liposom có thể dùng để làm vector chuyển gen liệu pháp điều trị các bệnh xơ
nang, u thận… cho hiệu quả cao. Để thiết kế vector liposom, người ta tạo phức hợp
liposom AND. Phân tử AND có điện tích âm có thể kết hợp với liposom tạo ra phức
hợp ổn định liposom AND, dùng làm vector liệu pháp gen. Ở trạng thái vector, phân
tử AND nằm giữa hai lớp màng kép của các phân tử lipit. Khi vector liposom tiếp
xúc với tế bào đích và chui qua màng tế bào, thì lớp các phân tử lipit bị phân huỷ. Do
vậy gen liệu pháp có thể được đưa vào tế bào đích.
5
* Vector AND trần (Naked DNA vector):
Người ta có thể dùng AND trần làm vector liệu pháp gen. Vector AND trần
được thiết kế ở dạng vòng mang gen liệu pháp. Vector AND trần cho phép mang các
gen liệu pháp có kích thước không hạn chế, dễ dàng chuyển vào tế bào. Các vector
AND trần thuận lợi khi đưa gen liệu pháp vào các tế bào đích như tế bào ung thư,
khối u… bằng vi tiêm. Tuy nhiên, khả năng biểu hiện của gen liệu pháp còn khó
khăn, nên việc sử dụng vector AND trần để điều trị bệnh còn hạn chế.
* Vector oligonucleotit:
Oligonucleotit là các đoạn AND mạch đơn ngắn, hoặc đoạn cADN được tổng
hợp trên cơ sở mạch khuôn của gen bệnh. Các đoạn oligonucleotit dùng làm vector
có kích thước khoảng 20- 40 nucleotit có thể tạo ra các xoắn ba (triple helix) nhằm
hạn chế quá trình phiên mã, dịch mã của các gen tổng hợp protein bệnh lý. Bên cạnh

đó, còn một số loại vector liệu pháp gen khác như ribozym, vector phối tử- AND
(Ligand- AND vector)….
IV. CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA LIỆU PHÁP GEN.
Khi tạo ra các vector liệu pháp gen, cần phải có kỹ thuật chuyển các gen liệu
pháp vào tế bào, hoặc cơ thể người. Mục đích cuối cùng là các gen liệu pháp trong
cơ thể người phải được phiên mã tạo ra các protein liệu pháp có tác dụng chữa bệnh.
Các vector liệu pháp được sử dụng khác nhau, thích hợp cho từng loại tế bào đích,
nhằm tạo ra các protein liệu pháp nội bào, hoặc ngoại bào (Hình dưới).
Sơ đồ mục đích của liệu pháp gen
(Nguồn: Khuất Hữu Thanh, 2005)
- Các kỹ thuật chuyển gen liệu pháp vào cơ thể sống có thể là các kỹ thuật
khác nhau tương tự như phương pháp chuyển gen ở động vật. Hình thức chuyển gen
6