ứng dụng kỹ thuật di truyền

ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Khoa Sinh_ KTNN
~~~~~~~~~~

BÀI GIỮA KỲ
CHUYÊN ĐỀ: KỸ THUẬT DI TRYỀN
( Những hiểu biết về ứng dụng kỹ thuật di truyền)

Họ tên sinh viên: Huỳnh Thị Bích Ngọc
Lớp

: Sư phạm Sinh học_K37

Bình Định, tháng 11 năm 2017


I.TÌM HIỂU CHUNG VỀ KỸ THUẬT DI TRUYỀN
1. Khái niệm
Kỹ thuật di truyền (Genetic engineering) là các kỹ thuật sinh học phân tử có liên quan
đến việc gây các biến đổi trên vật liệu di truyền.
Có thể nói: Kỹ thuật di truyền là sự thao tác bộ máy di truyền của một cơ thể sống
bằng cách thêm vào hay loại bớt gen đặc hiệu.
2. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật di truyền
 Kỹ thuật di truyền bao gồm các kỹ thuật hiện đại được thực hiện trên acid nucleic
nhằm nghiên cứu cấu trúc gen, điều chỉnh và biến đổi gen, nhằm tách, tổng hợp và
chuyển các gen mong muốn vào các tế bào vật chủ mới để tạo ra cơ thể sinh vật mới
mang những đặc tính mới, cũng như tạo ra sản phẩm mới
 Các kỹ thuật chủ yếu gồm:
 Tách chiết gen.
 Nhân dòng gen.
 Xác định trình tự gen.

 Thiết kế các vector chuyển gen.
 Biến nạp gen.
 Biểu hiện gen lạ vào tế bào hoặc cơ thể chủ nhận.
 Để thực hiện được các kỹ thuật di truyền, các thực nghiệm đều cần phải sử dụng DNA
tái tổ hợp.
DNA tái tổ hợp (recombinant DNA) là DNA được tạo ra từ hai hay nhiều nguồn vật liệu
di truyền khác nhau. Phân tử DNA tái tổ hợp được tạo nhờ kỹ thuật ghép nối các đoạn
DNA của các thể khác nhau trong cùng một loài, hoặc các cá thể khác nhau. Để tiến hành
kỹ thuật này phải trải qua nhiều bước phức tạp:
 Bước 1: Tách chiết DNA từ nguồn khác nhau
 Bước 2: Chuẩn bị phương tiện vận chyển gen
 Bước 3: Chẩn bị các enzyme cắt và gắn DNA, để thiết kế vector DNA tái tổ hợp
 Bước 4: Biến nạp DNA tái tổ hợp vào vật chủ
 Bước 5: Theo dõi biể hiện hoạt động của gen tái tổ hợp
 Bước 6: Phân tích các sản phẩm của gen tái tổ hợp
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của kỹ thuật di truyền
a.Ý nghĩa khoa học: Giúp con người hiểu rõ hơn về các cơ chế di truyền và đang từng
bước điều khiển chúng để tạo ra các chủng loại sinh vật có lợi cho con người.
b.Ý nghĩa thực tiễn: Kỹ thuật di truyền được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu
và sản xuất liên quan đến nông nghiệp, công nghệ thực phẩm, y dược, bảo vệ môi trường,
... Khó có thể liệt kê hết tất cả những kết quả nghiên cứu dựa trên cơ sở của công nghệ di
1


truyền đã được ứng dụng vì tốc độ phát triển nhanh chóng của lĩnh vực công nghệ này,
xin giới thiệu một số ví dụ cụ thể như sau:
 Trong y học
- Vận dụng kỹ thuật di truyền để có thể chẩn đoán các bệnh do rối loạn di truyền và
tiến tới điều trị bằng cách thay gen bệnh bằng gen lành hay đưa gen lành vào cơ
thể để bù đắp cho gen bệnh - đây là một hướng ứng dụng khó thực hiện nhất.

- Sản xuất thuốc kháng sinh, vác xin, kháng thể đơn dòng và các protein có hoạt
tính sinh học.
- Phân tích miễn dịch, định vị các khối u, phát hiện một số protein có liên quan đến
sự hình thành khối u, xác định sự có mặt của các loại vi khuẩn khác nhau, ... giúp
cho các bác sĩ xác định bệnh một cách nhanh chóng và chính xác.
- Nhờ công nghệ sử dụng DNA tái tổ hợp mà người ta có thể sản xuất một số
protein có hoạt tính sinh học dùng để chữa bệnh như insulin chữa bệnh tiểu đường,
interferon chữa bệnh ung thư, các hormon tăng trưởng cho con người. Bản chất
của công nghệ này là làm thay đổi bộ máy di truyền của tế bào bằng cách đưa gen
mã hóa cho một protein đặc hiệu và bắt nó hoạt động để tạo ra một lượng lớn loại
protein mà con người cần.
 Trong nông nghiệp
- Kỹ thuật di truyền được sử dụng để xác định vị trí của các gen mã hóa cho các tính
trạng mong muốn, giúp cho việc lai tạo, chọn giống cũng như tạo ra các sinh vật
chuyển gen nhanh và hiệu quả cao. Hiện nay, nhiều động vật và thực vật chuyển
gen đã ra đời, đáp ứng nhu cầu cho con người.
- Cây chuyển gen là cây có mang những gen đặc hiệu mà trước đó nó không có, do
con người đã đưa vào nó bằng kỹ thuật di truyền. Các gen được chuyển thường
liên quan đến các tính trạng như chịu hạn, chịu mặn, chống được sâu bệnh, ...
 Trong công nghệ thực phẩm
- Công nghệ lên men là một lĩnh vực quan trọng trong sản xuất thực phẩm. Việc
tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng lên men tốt, đem lại hiệu quả cao là
rất cần thiết. Các nghiên cứu sử dụng công nghệ di truyền phục vụ cho công nghệ
lên men chủ yếu đi vào hai hướng chính là
+ Phân tích di truyền các loại vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men, xác định
các gen mã hóa cho các tính trạng mong muốn nhằm tạo ra năng suất và chất
lượng sản phẩm lên men.
+Tạo ra các vi sinh vật chuyển gen phục vụ cho các qui trình lên men.
trong sản xuất rượu, ngày nay người ta đã dùng các chủng vi sinh vật có khả năng
tạo rượu cao và cho hương vị tốt. Phần lớn các chủng đó được nghiên cứu, tuyển

chọn, lai tạo bằng công nghệ di truyền.
2


 Trong thủy sản: Kỹ thuật di truyền đã được áp dụng vào chọn giống, cải tạo, tạo
giống mới có năng suất và phẩm chất tốt hơn. Áp dụng các kỹ thuật di truyền để
phát hiện sớm các bệnh gây hại trên các con giống nhằm sớm có các biện pháp
khắc phục. Hiện nay kỹ thuật phổ biến và đem lại lợi ích lớn nhất trong việc ứng
dụng kỹ thuật di truyền vào thủy sản đó là chuyển gen vào cá để tạo ra những
giống cá mới có năng suất cao, khả năng chống chịu với môi trường tốt.
III.TÌM HIỂU MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT DI TRUYỀN
Công nghệ hay kỹ thuật di truyền cho phép các nhà sinh học lấy gen từ tế bào này và
ghép vào tế bào khác. Khi được ghép vào tế bào mới, gen có thể biến đổi chức năng cuả
tế bào đó, để tạo ra các giống vật nuôi cây trồng có lợi.
Hơn thế nữa, Kỹ thuật di truyền còn được ứng dụng trong điều trị gen và chuẩn đoán
gen các bệnh trong y học và nhiều những ứng dụng to lớn trong cuộc sống.
1.Ứng dụng kỹ thuật PCR
Kỹ thuật PCR được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ nghiên cứu
khoa học đến sản xuất và đời sống xã hội. Những ứng dụng chính của kỹ thuật PCR là:
a.Vân tay di truyền
Vân tay di truyền là một kỹ thuật pháp y sử dụng để xác định một người bằng cách so
sánh DNA của người đó với mẫu đã có, ví dụ như, mẫu máu thu được từ hiện trường vụ
án có thể được so sánh di truyền với mẫu máu của người tình nghi. Có thể chỉ cần một
lượng nhỏ DNA thu từ máu, tinh dịch, nước bọt, tóc… Về lý thuyết thì chỉ cần một mạch
DNA đơn là đủ.
b.Kiểm tra huyết thống
Kỹ thuật pháp y xác định huyết thống có thể được sử dụng để thử nghiệm quan hệ cha
con. Một biến thể của kỹ thuật này cũng có thể được sử dụng để xác định các mối quan
hệ tiến hóa giữa các sinh vật, truy tìm dấu vết tội phạm
c.Chẩn đoán bệnh di truyền

Ứng dụng kỹ thuật PCR để phát hiện các bệnh di truyền trong một gen nhất định là
một quá trình lâu dài và khó khăn, có thể được rút ngắn đáng kể bằng cách sử dụng
phương pháp PCR. Mỗi gen trong câu hỏi có thể dễ dàng được khuếch đại qua PCR bằng
cách sử dụng các loại sơn lót thích hợp và sau đó trình tự để phát hiện đột biến.
Bệnh virus, cũng có thể được phát hiện bằng phương pháp PCR thông qua khuếch đại
của DNA của virus. Phân tích này là có thể ngay sau khi nhiễm trùng, có thể từ vài ngày
đến vài tháng trước khi các triệu chứng thực tế xảy ra. Chẩn đoán sớm như vậy cho các
bác sĩ dẫn quan trọng trong điều trị.
d.Tách dòng gene
Nhân bản một gen không nên nhầm lẫn với nhân bản toàn bộ một sinh vật-mô tả quá
trình cô lập một gen từ một sinh vật và sau đó chèn nó vào sinh vật khác. PCR thường
3


được sử dụng để khuếch đại gen, mà sau đó có thể được chèn vào một vector (vector là
một phương tiện chèn một gen vào cơ thể) như một plasmid (một phân tử DNA vòng)
.DNA sau đó có thể được chuyển thành một sinh vật khác nhau, nơi gen và sản phẩm của
nó có thể được nghiên cứu chặt chẽ hơn. Thể hiện một gen nhân bản (thể hiện một gen có
nghĩa là để sản xuất các protein mà nó xác định sản xuất) cũng có thể là một cách để sản
xuất hàng loạt hữu ích ví dụ protein-cho, thuốc men.
e.Gây đột biến điểm
Đột biến là một cách để làm thay đổi trình tự của các nucleotide trong DNA. Có những
tình huống trong đó một là quan tâm đến biến đổi (thay đổi) bản sao của một chuỗi ADN
nhất định, ví dụ, khi đánh giá các chức năng của một gen hoặc trong ống nghiệm tiến hóa
protein. Đột biến có thể được đưa vào trình tự DNA sao chép theo hai cách cơ bản khác
nhau trong quá trình PCR. Đột biến trang web hướng cho phép người thử nghiệm để giới
thiệu một đột biến tại một địa điểm cụ thể trên sợi DNA. Thông thường, đột biến mong
muốn được kết hợp trong các mồi sử dụng cho các chương trình PCR. Đột biến ngẫu
nhiên, mặt khác, dựa trên việc sử dụng các polymerase dễ bị lỗi trong quá trình PCR.
Trong trường hợp đột biến ngẫu nhiên, vị trí và tính chất của đột biến không thể kiểm

soát. Một ứng dụng kỹ thuật PCR – đột biến ngẫu nhiên là để phân tích các mối quan hệ
cấu trúc chức năng của protein. Bằng cách thay đổi một cách ngẫu nhiên một chuỗi DNA,
người ta có thể so sánh các protein kết quả với ban đầu và xác định chức năng của từng
phần của protein.
f.Phân tích mẫu DNA cổ
Sử dụng PCR, nó sẽ trở thành có thể phân tích ADN đó là hàng ngàn năm tuổi. Kỹ
thuật PCR đã được sử dụng thành công trên động vật, chẳng hạn như một voi ma mút bốn
mươi ngàn năm tuổi, và cũng trên DNA của con người, trong các ứng dụng kỹ thuật PCR
khác nhau, từ việc phân tích các xác ướp Ai Cập đến việc xác định một Sa hoàng Nga.
g.Một số ứng dụng khác
- Nghiên cứu quá trình tiến hoá phân tử
- Xác định các đoạn trình tự cần nghiên cứu
- Phục hồi các gen đã tồn tại hàng triệu năm
- Chọn giống vật nuôi, cây trồng
- Lựa chọn các cặp cha mẹ thuần chủng trong thời gian ngắn
- Xác định các loài mới, các loài đặc hữu bằng phưng pháp di truyền phân tử Y học
– Khoa học hình sự.
- Chuẩn đoán chính xác các bệnh nhiễm trùng từ vi khuẩn, nấm, virus
- Chuẩn đoán sớm các bệnh gây ra do ung thư, các bệnh di truyền
- Là kỹ thuật nền cho các kỹ thuật khác như: RAPD, SSR…
2.Ứng dụng công nghệ Protein tái tổ hợp
4


Protein tái tổ hợp là những protein có bản chất tự nhiên nhưng được sản xuất theo con
đường “không truyền thống” nhờ nhứng tế bào tái tổ hợp.
a.Sản xuất số lượng lớn các r-protein ( recombination protein)
Nhiều r-protein đã được sản xuất ở vi khuẩn, nấm men, tế bào động vật có vú,… bao
gồm:
 Các protein trị liệu như: Insulin, Interferon, Hoocmon tăng trưởng ở người,…

 Các enzyme: DnaseI, alginate, alpha-1-antitrypsin,…
 Các kháng thể đơn dòng dùng trong chẩn đoán bệnh
3. Ứng dụng trong chẩn đoán phân tử
Chẩn đoán phân tử giúp phát hiện sự có mặt của virus, vi khuẩn, nấm, ký sinh trùng,
protein và các phân tử nhỏ đặc biệt trong Người, Động vật, Thực vật, nước, đất.
Các phương pháp chẩn đoán phân tử có tính đặc hiệu cao, nhanh, nhạy và chính xác.
Một số phương pháp như:
 Chẩn đoán phân tử bằng lai DNA
 Chẩn đoán phân tử bằng DNA marker
 Chẩn đoán phân tử bằng các biomarker
 Chẩn đoán phân tử bằng in dấu di truyền
 Chẩn đoán phân tử bằng công nghệ microarrays và biochips
4. Ứng dụng giải trình tự nucleotit để phân tích cấu trcs và chức năng của gene
Giải trình tự gen là tìm ra trình tự sắp xếp của các nucleotit trên đoạn gen được quan
tâm nhằm phát hiện sự đột biến gen hoặc để thiết kế gen mồi (primer) và các vector tách
dòng (cloning) nhằm tạo ra các protein tái tổ hợp có giá trị cao trong Y học (vaccine,
thuốc chữa bệnh, các sinh phẩm phục vụ chẩn đoán bệnh hoặc nghiên cứu khoa học…)
Các nghiên cứ hệ gene học ( Geneomics) và hệ protein học ( Proteomics) có mối quan hệ
chặt chẽ trong các nghiên cứu di truyền học phân tử.
Từ ngành khoa học Genomics nghiên cứu hệ thống gen của sinh vật và của con người,
ngành khoa học Proteomics nghiên cứu hệ thống protein của sinh vật và của con người;
các nhà khoa học sau đó đã đi sâu nghiên cứu và phát triển thêm ngành di truyền - dược
học (pharmacogenetics) và ngành genom - dược học (pharmacogenomics). Chính nhờ
ngành khoa học Genomics nên các nhà khoa học biết được hệ thống gen của từng cá nhân
và qua đó biết được cách dùng thuốc tác động đặc hiệu với các gen gây bệnh của người
bệnh. Từ đây, liệu pháp điều trị gen (gene therapy) được hình thành và ra đời. Trên cơ sở
này, nhờ thực hiện kỹ thuật xét nghiệm genom gồm bộ gen, hệ thống gen mà y học tiến
tới việc điều trị cho từng cá nhân một cách phù hợp. Các nhà khoa học cũng đã bắt đầu
nghĩ tới “thời đại y học cá nhân”, trong đó bác sĩ khám bệnh và kê đơn thuốc điều trị căn
cứ trên bộ gen (genom) của từng người bệnh. Vấn đề này chắc chắn sẽ được thực hiện

trong thời gian tới khi bác sĩ chỉ định điều trị bằng thuốc mang đặc điểm riêng của chính
5


người bệnh, có tác động ảnh hưởng vào chính gen bệnh của bệnh nhân. Theo đó, từng cá
nhân người bệnh sẽ được điều trị đúng thuốc, đúng liều và đúng lúc nên có đáp ứng hiệu
quả tốt.
5.Ứng dụng công nghệ RNA
Trong tế bào có nhiều loại RNA khác nhau, mỗi loại đảm nhận một chức năng sinh học
riêng biệt. tRNA có chức năng vận chuyển thông tin di truyền. rRNA có chức năng tham
gia tổng hợp và vận chuyển protein. mRNA giúp hoàn thiện các phân tử RNA. Ngoài ra
RNA còn có các chức năng quan trọng khác. Đặc biệt gần đây các nhà sinh học phân tử
đã phát hiện ra chức năng điều hoà biểu hiện gene của RNA.
a.Antisense RNA
Antisense RNA (tạm dịch là RNA đối mã) là sợi RNA đơn có Antisense RNA (tạm
dịch là RNA đối mã) là sợi RNA đơn cótrình tự các base bổ sung cho mRNA, ví dụ: trình
tự các base bổ sung cho mRNA. Antisense RNA được sao chép từ mạch bổ sung có thể
kìm hãm sự tổng hợp protein bằng cách bắt cặp bổ sung với mRNA của nó.
Tổng hợp các Antisense RNA để cứ chế các gene gây bệnh ung thư, bệnh tim mạch,…
b.RNA can thiệp
"RNA can thiệp" (RNAi- RNA interference) là một loại small RNA có kích thước
khoảng 19-25 nu, có khả năng tham gia can thiệp vào quá trình phiên mã và dịch mã,
giúp kiểm soát các gene đang hoạt động. "RNA can thiệp" được tạo ra bên trong tế bào
chất ở dạng dsDNA (double strand DNA) hình kẹp tóc và thoát ra ngoài, tiếp đó RNAi
được các enzyme Dicer cắt thành dạng dsDNA hoạt tính (mature RNAi), sau đó nó được
tách ra thành sợi đơn và kết hợp với AGO protein tạo thành đơn vị RISC(RNA-induced
silencing complex) có khả năng ức chế quá trình phiên mã hoặc ngăn cản quá trình dịch
mã.
 Ứng dụng cơ chế can thiệp RNA trong nghiên cứu ung thư
Tế bào ung thư phát sinh từ sự tích lũy và chọn lọc nhiều đột biến có liên tiếp có lợi

cho sự phân chia và tồn tại của chúng. Những biến đổi di truyền và đôi khi trên vật chất
di truyền (epigenetic) giúp tế bào ung thư vượt qua sự khống chế của các nguyên tắc điều
hòa tế bào và cơ thể như chương trình tự sát tế bào (apoptosis) hay các tín hiệu kìm hãm
phân chia (antiproliferative signals). Sự khám phá ra cơ chế can thiệp RNA không lâu
được nhận thức rằng đây chính là công cụ cần thiết để dò tìm các cơ chế phân tử bị thay
đổi trong tế bào ung thư. Do tính đặc hiệu của quá trình can thiệp RNA kết hợp với tính
dễ dàng nhân rộng tiến trình thực nghiệm từ hàng ngàn gene lên tới toàn bộ genome
tronng một thí nghiệm, hệ thống các "điểm yếu" của ung thư sẽ được giải mã và hàng loạt
thuốc đặc hiệu ung thư sẽ được điều chế.
6.Ứng dụng kỹ thuật chuyển gene

6


Kỹ thuật chuyển gen, ghép gen là kỹ thuật đưa một gen lạ (một đoạn DNA, RNA) vào
tế bào vật chủ làm cho gen lạ tồn tại ở các plasmid trong tế bào chủ hoặc gắn bộ gen tế
bào chủ, tồn tại và tái bản cùng với bộ gen của tế bào chủ. Gen lạ trong tế bào chủ hoạt
động tổng hợp các protein đặc hiệu, gây biến đổi các đặc điểm đã có hoặc làm xuất hiện
những đặc điểm mới của các cơ thế chuyển gen.
Với những ưu điểm nổi bật, công nghệ tạo vi sinh vật, động vật, thực vật chuyển gen
đã, đang và sẽ tạo ra các tiềm năng phát triển vô cùng to lớn trong nhiều lĩnh vực của đời
sống xã hội như y học, nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm,… Trước các ứng dụng đa
năng của sinh vật chuyển gen nhiều quốc gia trên thế giới đã chú trọng đầu tư nghiên cứu
và phát triển sinh vật chuyển gen.
7.Ứng dụng của kỹ thuật gene đối với con người
a.Các xét nghiệm SNP
SNPs (đọc là snip) được viết tắt từ chữ Single NucleotidePolymorphisms, có nghĩa là
các dạng đa hình của nucleotide đơn. Marker nàythường được dùng để phân tích genome
người, hiện nay được áp dụng cho genomecủa nhiều sinh vật khác với số lượng lớn nhất
từ trước đến nay, nhờ một đột biếnđiểm tại một nucleotide trên genome

SNPs và chẩn đoán bệnh: Vật liệu di truyền của mỗi người có một mô hình SNP độc
đáo được tạo thành nhiều biến thể di truyền khác nhau. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy
rằng hầu hết các SNPs không chịu trách nhiệm cho một bệnh tật nào. Thay vào đó, nó
như là các dấu hiệu sinh học để xác định chính xác một căn bệnh trên bản đồ hệ gencủa
con người, bởi vì nó thường nằm gần một gen được tìm thấy có liên quan đếnmột căn
bệnh nào đó. Thỉnh thoảng, một SNP thực sự có thể gây ra một căn bệnh, và do đó, có thể
được sử dụng để tìm kiếm và cô lập các gen gây bệnh.
b.Liệu pháp gene
Liệu pháp gen Liệu pháp gen (gene therapy) là kỹ thuật đưa gen lành vào cơ thể thay
thế cho gen bệnh hay đưa gen cần thiết nào đó thay vào vị trí gen bị sai hỏng để đạt được
mục tiêu của liệu pháp.
Liệu pháp gen được ứng dụng nhiều trong điều trị và chữa bệnh:
+ Trong điều trị các bệnh do rối loạn di truyền( Bệnh thiếu hụt miễn dịch tổ hợp trầm
trọng , Bệnh thiếu máu hồng cầu liềm, Bệnh máu khó đông, Bệnh xơ nang và viêm phổi
cấp,…)
+ Trong chữa các bệnh do nhiễm trùng là những bệnh do virus, vi khuẩn gây nên, trong
đó có nhiều loại bệnh hiểm nghèo như bệnh ung thư, lao, HIV… gây thiệt hại to lớn về
kinh tế, sức khỏe con người. Liệu pháp gen là một trong những phương pháp chữa bệnh
có hiệu quả cao, nhiều bệnh nhân mắc những bệnh nguy hiểm như ung thư gan, lao, viêm
gan B… đã được chữa trị thành công bằng liệu pháp gen.

7