Tiểu luận (y học) ứng dụng của vi sinh vật trong điều trị bệnh đái tháo đường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM

KHOA: MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

BÀI TIỂU LUẬN

Chuyên đề:

0


MỤC LỤC
1. Khái quát ........................................................................................................4
1.1. Sơ lược về bệnh tiểu đường ........................................................................4
1.2 Sơ lược về Insulin ..................................................................................4
1.2.1. Nguồn gốc.............................................................................................4
1.2.2. Cấu tạo...................................................................................................5
1.2.3. Phân loại................................................................................................6
1.2.4. Cơ chế ...................................................................................................6
2. Quy trình sản xuất Insulin.............................................................................6
2.1. Quy trình sản xuất Insulin trước đây ..........................................................6
2.1.1. Đặc điểm ...............................................................................................6
2.1.2. Nhược điểm...........................................................................................7
2.2. Quy trình sử dụng cơng nghệ ADN tái tổ hợp để sản xuất Insulin..............7
2.2.1. Khái quát quy trình cơng nghệ ADN tái tổ hợp.....................................7
2.2.1.1. Phân lập...........................................................................................8
2.2.1.2. Tạo vector tái tổ hợp........................................................................8
2.2.1.3. Biến nạp ADN tái tổ hợp vào tế bào................................................9
2.2.1.4. Chọn lọc, tạo dòng và biểu hiện của gen.......................................10
2.2.2. Ý nghĩa sử dụng công nghệ ADN tái tổ hợp sản xuất Insulin.............11

2.2.3. Quy trình sản xuất Insulin bằng công nghệ ADN................................11
2.2.3.1. Phương pháp 1...............................................................................11
2.2.3.2. Phương pháp 2...............................................................................14
2.2.4. Các phương pháp sản xuất Insulin bằng khác.....................................15
3. Ưu và nhược điểm của Insulin....................................................................17
4. Nguyên tắc dử dụng và bảo quản Insulin...................................................19
4.1. Nguyên tắc sử dụng...................................................................................19
4.2. Bảo quản Insulin........................................................................................19
5.Kết luận và kiến nghị....................................................................................20
Tài liệu tham khảo............................................................................................21
1


Như các bạn đã biết vi sinh vật là những sinh vật vô cùng nhỏ bé không thể trông
thấy bằng mắt thường. Tuy nhỏ, nhưng chúng lại có ảnh hưởng vô cùng to lớn đến đời
sống của chúng ta.
Với sự phát triển từng bước của ngành vi sinh vật học, sinh học phân tử và di
truyền học, các nhà vi sinh vật học y học đã nghiên cứu, nuôi sống và giữ gìn vi sinh vật
có ích trong những điều kiện tối ưu, nhằm lợi dụng những hoạt động có ý nghĩa của nó
để tạo ra các chế phẩm có ích như: vacxin, kháng sinh, hoocmon,…giúp phòng điều trị
bệnh cho người.
Ngày xưa cũng như ngày nay,có những căn bệnh có lịch sử rất lâu đời, phổ biến và
gây khó khăn,trở ngại cho việc điều trị bằng các dược phẩm hoá học, trong đó có bệnh
tiểu đường.Vậy có biện pháp nào khác giúp đỡ các bệnh nhân này? Câu trả lời là vi sinh
vật.
Đối với bệnh tiểu đường, người ta dùng một loại vi sinh vật để điều trị đó là
Insulin.Câu hỏi đặt ra ở đây là Insulin co tác dụng gì, với những ưu nhược điểm nào.
Sau đây,chúng ta hãy cùng nhau bước vào tìm hiểu các vấn đề này nha!



2


GIỚI THIỆU CHUNG
Insulin được 2 nhà sinh lý học người Canada là Fred Banting và Charles Best tìm ra
năm 1921. Q trình nghiên cứu sản xuất insulin có sự đóng góp rất quan trọng của các
chú chó. Banting và Best đã cắt bỏ tuyến tụy của những chú chó và hậu quả là chúng bị
đái tháo đường. Họ đã cố gắng tinh chiết ra một hormone hóa học từ tụy và chiết xuất
nhiều thành phần từ tiểu đảo Langerhan. Sau đó, những chất này được tiêm vào chú chó
bị đái tháo đường để thử nghiệm và họ nhận thấy bệnh đái tháo đường bị đẩy lùi. Ban
đầu, thuốc tiêm lẫn nhiều tạp chất và thường gây những tai biến nguy hiểm, một đội ngũ
các nhà khoa học đã phối hợp nghiên cứu và tạo ra được tinh chất chiết xuất từ tiểu đảo
Langerhan, bảo đảm đủ độ tinh khiết để thử nghiệm trên người bệnh. Vào 11 tháng 1
năm 1922, Leonard Thomson-14 tuổi đã được điều trị thành công ở bệnh viện Toronto
bằng tinh chất này (insulin). Ông đã sống được đến ngày 20 tháng 4 năm 1935, thọ
được 27 tuổi (sau 13 năm 3 tháng tiêm insulin).
Collip và MacLeod là những người đầu tiên đã dùng chiết xuất từ tiểu đảo
Langerhan (Insulin) để tiêm cho Leonard Thomson tại Toronto (Canada) ngay sau khi
Banting và Best chiết suất được vài ngày Năm 1928, Oskar Wintersteiner đã chứng
minh rằng insulin là một protein.
Năm 1955, Frederick Sanger-người đoạt giải Nobel đã tìm ra chuỗi axit amin của
insulin người. Điều này đã cho phép các nhà khoa học tạo ra một gene insulin, dùng để
tạo ra chủng vi khuẩn biến đổi di truyền có khả năng sinh ra số lượng lớn insulin với độ
tinh khiết cao.
Insulin người được sản xuất bằng kỹ thuật di truyền đầu tiên tại Công ty Genetech
(Hoa Kỳ) và sản phẩm này được đưa ra thị trường vào năm 1982. Trong lịch sử, đây
cũng là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học vào dược phẩm
thành công.

3


MỘT SỐ VI SINH VẬT TRONG ĐỜI SỐNG

1. KHÁI QUÁT:
1.1 Sơ lược về bệnh tiểu đường:
-Tiểu đường là một dạng bệnh do rối loạn chuyển hóa carbon hydrate khi
hormone insulin của tuyến tụy bị thiếu hay giảm tác động trong cơ thể, biểu hiện
ở mức đường máu luôn cao.
-Bệnh tiểu đường có 2 thể bệnh chính: bệnh tiểu đường loại 1 do tụy không tiết
ra insulin, loại 2 do tiết giảm insulin và đề kháng insulin.
-Biểu hiện: gia đoạn mới phát sinh, người bệnh thường đi tiểu nhiều, tiểu vào
ban đêm và kèm theo chứng khô miệng, khát nước.
-Nguyên nhân phát sinh bệnh: do insulin tiết ra thiếu hoặc không đủ và tế bào có
tính mẫn cảm với insulin giảm thấp, dẫn tới sự rối loạn quá trình trao đổi đường,
nước, chất béo và chất điện giảm trong cơ thể.
1.2 Sơ lược về Insulin:
1.2.1 Nguồn gốc:
- Insulin là một hormon quan trọng, giúp cơ thể hấp thu glucose - một
trong những thành phần chính cung cấp năng lượng cho con người.
- Nguồn gốc của insulin:
Từ nguồn gốc động vật
 Từ tụy của bò hay lợn. Ngày nay, insulin được tinh chế bằng
phương pháp sắc kí độ tinh khiết hóa rất cao.
 Insulin người.
- Được sản xuất từ insulin động vật qua các phương pháp:
Bán tổng hợp từ insulin lợn.
Tái tổ hợp gen: là loại insulin trung tính đơn thành phần, được sản
xuất bằng kỹ thuật tái tổ hợp DNA, sử dụng nấm men làm cơ thể

sinh sản đạt đến độ tinh khiết hóa và chất lượng cao nhất, có cấu
trúc giống hệt insulin tự nhiên của người, do vậy ít tạo kháng thể
và thời gian tác dụng ngắn hơn.
4


1.2.2 Cấu tạo:
- Là một protein gồm 51 aa tạo thành 2 chuỗi polypeptid. Ở hầu hết các
loài, chuỗi A gồm 21 aa, chuỗi B gồm 30 aa nối nhau bằng 2 cầu nối SS(disulfua)
- Trọng lượng phân tử khoảng :5800-6000 Dalton
Cấu trúc của phân tử insulin

Hình 1. Cấu trúc của phân tử insulin

Mặc dù trình tự các aaxitamin khác nhau giữa các loài nhưng một số đoạn nhất định của
phân tử có tính bảo tồn cao, các đoạn đó có chứa 3 cầu nối disulfua, cả hai đầu của
chuỗi A và các nhánh bên của đầu COOH của chuỗi B. Sự tương đồng trong tình tự
axitamin dẫn đến cấu trúc 3 chiều của Insulin ở các loài khác nhau rất giống nhau.
Insulin chiết rút từ động vật có hoạt tính sinh học cao hơn các lồi khác

5


CẤU TRÚC KHƠNG GIAN CỦA INSULIN

1.2.3 Phân loại:
-Có 4 loại insulin:
Insulin có tác dung nhanh
Insulin tác dụng bán chậm (trung bình)
Insulin tác dụng chậm

Insulin hốn hợp
1.2.4 Cơ chế:
- Thời gian bán hủy 3-5 phút
- Bị phá hủy tại đường tiêu hóa bởi enzym proteinase tại dạ dày
- Hấp thu tốt bằng đường tiêm. Mức độ phụ thuộc vào nồng độ insulin, vị
trí tiêm, độ sâu của mũi tiêm, vận động
- Insulin bị chuyển hóa tại gan, thận, cơ. Trong đó 50% tại gan
- Đào thải qua thận
2. QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT INSULIN:
2.1 Quy trình sản xuất Insulin trước đây:
2.1.1. Đặc điểm quy trình:
Sau khi hai nhà khoa học người Canada ( Frederick G. Bantingvà Charles
H. Best )phát hiện ra insulin và vai trị của chúng từ thí nghiệm về những
chú chó, từ những thập niên 1920 cho đến những năm đầu của thập niên
1980, insulin được tạo ra bằng cách cô lập từ tuyến tụy của động vật như
heo và bị. Tuy nhiên, insulin người có sự khác biệt trong thành phần acid
amin so với insulin bò (hai vị trí trong chuỗi A và một vị trí trong chuỗi B)
và insulin heo (một vị trí trong chuỗi B). Do đó gây ra những tác dụng
khơng mong muốn (như dị ứng) khi sử dụng insulin có nguồn gốc từ heo
6


hay bị. Ngồi ra, q trình sản xuất và tinh sạch insulin từ động vật cịn gặp
nhiều khó khăn. Sau đó, các phương pháp bán tổng hợp insulin người từ
insulin heo và bò đã được phát triển bằng các sử dụng phản ứng chuyển
peptide (transpeptidation) sử dụng trypsin.
Nhược điểm của việc sản xuất Insulin dùng trong lâm sàng chủ yếu có
nguồn gốc động vật ( bị và lợn). Tụy của động vật này sẽ được dùng để
tách chiết insulin , vì thế cần một lượng lớn tụy mới có thể sản xuất một
lượng nhỏ insulin. Việc insulin được sản xuất trực tiếp từ tụy động vật

thường có cấu trúc khơng hoàn toàn giống với insulin người, hoạt động
chức năng trong cơ thể kém hơn so với insulin người , khả năng hấp thụ
kém, có thể gây ra những phản ứng phụ. Mặt khác trong q trình tách
chiết, khơng thể loại bỏ hết đươc những tác nhân gây bệnh của động vật,
q trình tách chiết này địi hỏi kỷ thuật cao, chi phí đắt, khơng thể sản xuất
với qui mơ rộng lớn, giá thành cao.
2.1.2. Nhược điểm quy trình sản xuất Insulin chiết xuất từ động vật:
- Insulin động vật (bò và lợn) có cấu trúc khơng hồn tồn giống cấu trúc
Insulin ở người
- Hoạt động chức năng trong cơ thể kém hơn so với insulin của người’
- Khả năng hấp thụ kém
- Có thể gây ra phản ứng miễn dịch trong cơ thể người( gây dị ứng)
- Trong quá trình tách chiết, không loại bỏ hết các tác nhân gây bệnh từ
đơng vật
- Q trình tách chiết địi hỏi kỹ thuật cao
- Chi phí đắt (do cần lượng lớn tụy để sản xuất insulin)
-Không thể sản xuất lượng lớn trên quy mơ lớn
-Giá thành cao.
2.2 . Quy trình sử dụng công nghệ AND tái tổ hợp để sản xuất Insulin:
2.2.1. Khái quát về công nghệ AND tái tổ hợp:
- Kỹ thuật AND tái tổ hợp là tập hợp nhiều kỹ thuật để tạo ra một gen hoặc
cả hệ gen ; cải biến cấu trúc của gen, nhằm tạo ra các gen mới rồi chuyển
chúng vào trong tế bào, cơ thể chủ nhằm mục đích sản xuất các sản phẩm
( protein, enzym,…), các tế bào, cơ thể có tính trạng mới theo mong muốn
7


- Những hiểu biết sâu sắc về các đại phân tử sinh học là cơ sở khoa học của
kỹ thuật gen( kỹ thuật di truyền) mà khởi đầu là kỹ thuật AND tái tổ hợp
- Kỹ thuật AND tái tổ hợp gồm các bước cơ bản sau:

Tách chiết tạo ra AND, ARN theo mong muốn ( phân lập gen)
Tạo vector tái tổ hợp ( chuẩn bị vector tách dòng, enzym cắt giới hạn
và enzym nối)
Chuyển ( biến nạp) AND tái tổ hợp vào tế bào chủ và nhân dòng gen
Sàng lọc và theo dõi sự hoạt động của gen được chuyển vào trong tế
bào chủ, tạo số lượng lớn đoạn AND theo mong muốn để sử dụng vào
mục đích khác nhau.
2.2.1.1. Phân lập gen:
* Tách chiết AND:tùy theo nguồn axit nucleic,có những kiểu tách
chiết khác nhau:
- Đối với vi khuẩn, nuôi vi khuẩn thu sinh khối lớn, phá vỡ màng,
loại bỏ protein bằng enzim, kết tủa và tinh sạch AND bằng hóa chất,
dung mơi, dịch chiết thích hợp.
- Đối với mô, tế bào động thực vật, nguyên tắc tách chiết AND như
trên. Tuy nhiên chúng ta trực tiếp lấy các mẫu sinh phẩm như lơng,
tóc, thịt, máu, nước bọt., mơ thân , rễ, lá….
* Tách chiết ARN: quy trình tương tự tách chiết AND, dịch chiết sau
khi làm sạch protein, sử dụng enzim phân hủy AND, kết tủa thu ARN.
* Định lượng AND, ARN: sản phẩm sau khi tách chiết cần có độ tinh
sạch và hàm lượng đủ cho nghiên cứu, dùng phương pháp đo quang
phổ để xác định chỉ số hấp phụ, tù đó đánh giá độ tinh sạch và hàm
lượng cần thiết. Hoặc dùng phương pháp điện di trên gel thạch xác
định băng AND, ARN, suy ra độ tinh sạch và hàm lượng cần thiết cho
nghiên cứu.
2.2.1.2. Tạo vector tái tổ hợp:
► Vector tách dòng: là phân tử AND có kích thước nhỏ, có khả năng gắn
các gen cần thiết, tự tái bản, tồn tại trong tế bào chủ và đặc biệt phải mang
tín hiệu nhận biết trong tế bào chủ đã mang vector tái tổ hợp
-Các loại vector tách dòng thường dùng :
8

 Plasmid : phân tử AND dạng vòng, xoắn kép, có trong tế bào
chất của vi khuẩn.
 Phagơ : phần lớn là phagơ Lamda, có hệ gen chứa vị trí thuận lợi
cho cài các gen khác nhau, giúp các gen này dễ dàng xâm nhập
vào vi khuẩn có khả năng và có khả năng sao chép nhanh.
 Virut của tế bào nhân thực : virut SV40, adenovirut, retrovirut,
virut herpes…được sử dụng trong tách dòng và chuyển gen ở tế
bào động vật, thực vật
► Enzym cắt giới hạn: là enzym có khả năng nhận biết một đoạn trình
tự trên phân tử AND và cắt AND ở những điểm đặc hiệu. Đồng thời cắt
gen từ hệ gen nào đó, cắt vector tách dòng hoặc vector tái tổ hợp, tạo điều
kiện gắn các đoạn gen cần thiết.
► Enzym nối Ligasa: là những enzym quan trọng trong tế bào, chúng
xúc tác hình thành các liên kết photphodieste để nối các đoạn axit nucleic
với nhau.
-Có 3 loại enzym nối quan trọng trong Công nghệ di truyền: enzym E.Coli
AND tách chiết từ vi khuẩn E.Coli, enzym T 4 AND và enzym T4 ARN
tách chiết từ phage T4 . Ngồi ra, ngày nay người ta cịn sử dụng các đoạn
nối (đầu dính - adaptor ) cho các enzym đầu bằng. Adaptor xúc tác nối
các đoạn ADN do các enzym cắt đầu bằng từ đó tạo nên đầu sol. Các
adaptor đặc trưng riêng cho mỗi loại enzym.
Dùng enzym cắt hạn chế từ hai nguồn AND khác nhau, qua khâu
nối trộn lẫn sẽ tạo ra sản phẩm AND tái tổ hợp
2.2.1.3. Biến nạp AND tái tổ hợp vào tế bào chủ và nhân dòng gen:
- Đưa AND tái tổ hợp vào tế bào chủ theo kỹ thuật biến nạp( chuyển trực
tiếp AND tái tổ hợp vào tế bào chủ) – tế bào chủ có thể là vi khuẩn, tế bào
động vật, tế bào thực vật; nhờ bộ máy di truyền của tế bào chủ nhân bản
AND tái tổ hợp, tạo sinh khối lớn.

- Những tế bào chủ chính thường dùng:
 Vi khuẩn E.Coli: dễ thao tác, ít tốn kém, sinh sản nhanh, tạo
dòng AND tái tổ hợp nhanh.

9


 Tế bào nấm men, tế bào động vật, thực vật nuôi cấy Invitro;
loại tế bào này thường dùng vào mục đích cụ thể; như nghiên cứu điều hịa
hoạt động của gen, đột biến gen…
- Những phương pháp chủ yếu được dùng để đưa AND tái tổ hợp vào tế
bào nhận:
 Kỹ thuật siêu âm: chuyển gen vào tế bào trần ( khơng có
thành Xelulose) trong mơi trường thích hợp
 Kỹ thuật xung điện: sử dụng dòng điện cao áp ( khoãng
500V/cm) tạo lỗ thủng nhỏ trên tế bào trần, tạo điều kiện gen xâm nhập
vào hệ gen tế bào chủ
 Kỹ thuật vi tiêm: tiêm lượng nhỏ AND vào tế bào chủ hoặc tế
bào trứng đã thụ tinh ở giai đoạn phôi 4-8 tế bào
 Kỹ thuật bắn gen: dùng thiết bị bắn vi đạn mang gen cần
chuyển ( súng bắn gen) vào hệ gen của tế bào chủ. Vi đạn là các hạt
Volfram hoặc vàng trộn với gen cần chuyển và phụ gia, vi đạn được bắn
vào viên đạn lớn hơn, khi bắn, viên đạn lớn được giữ lại, vi đạn bắn vào tế
bào nhận với gia tốc lớn.
2.2.1.4. Chọn lọc, tạo dòng và sự biểu hiện của gen:
Việc chọn lọc đúng dịng tế bào như ý khơng đơn giản và tốn nhiều công
sức. Khi xác nhận ADN tái tổ hợp đã xâm nhập vào tế bào và mang đúng
gen cần thiết thì chúng được sinh sản để tạo dòng và tạo điều kiện cho gen
biểu hiện
 Xác định dòng vi khuẩn chứa plasmit tái tổ hợp: sau khi biến

nạp ADN vào tế bào nhận, tạo nhiều dòng tế bào vi khuẩn khác nhau.
Chúng được nuôi cây thành những dòng khuẩn lạc vi khuẩn (gồm dòng tế
bào vi khuẩn khơng nhận được plasmit, dịng nhận được plasmit khơng có
gen lạ và dịng nhận đúng plasmit tái tổ hợp).
Do đó muốn nhận đúng và tách đúng dịng gen từ thư viện ADN, người ta
sử dụng phương pháp:
- Lai axit nucleic: làm tan tại chỗ các khuẩn lạc vi khuẩn trên giấy
lọc nitrocellulose và ADN thoát ra gắn với mẫu thử axit nucleic có mang

10


dấu phóng xạ với độ dài hàng trăm nu. Nếu hiện tượng bắt cặp bổ sung xảy
ra có nghĩa là gen đã được chuyển vào tế bào nhận
- Phát hiện kiểu hình: địi hỏi dịng mục tiêu phải có biểu hiện ra ở
dạng protein dễ phát hiện bằng các phép thử.
- Phản ứng miễn nhiễm: khi tế bào nhận được plasmit có gắn đoạn
ADN lạ thì tế bào vi khuẩn mất hoạt tính kháng tetracyclin, do đó khuẩn
lạc chỉ mọc được trên mơi trường có ampicilin, khơng mọc được trên mơi
trường có tetrecyclin. Đây là dịng tế bào cần chọn
 Sự biểu hiện của gen được tạo dịng: nói chung gen lạ sau khi
được đưa vào tế bào nhận, muốn gen có biểu hiện tổng hợp protein cần cấu
tạo vector có đủ các yếu tố phiên mã và dịch mã phù hợp trên cơ sở là cơ
chế điều hòa biểu biểu hiện của gen. Các vector này gọi là vector biểu hiện.
2.2.2. Ý nghĩa của sử dụng công nghệ AND tái tổ hợp để sản xuất insulin:
Sản xuất Insulin bằng công nghệ tái tổ hợp là một bước nhảy vọt trong việc
chữa trị bệnh tiểu đường. Ngoài ra một ý nghĩa khá quan trong khi sử dụng
công nghệ này để sản xuất Insulin, đó là hiệu quả kinh tế, khi sử dụng công
nghệ này, giá thành sản phẩm hạ khá nhiều mà chất lượng sản phẩm vẫn bảo
đảm, chính là nhờ ý nghĩa sản xuất sinh khối cao của tế bào nhân tham gia

quy trình con nghệ ADN tái tổ hợp.
2.2.3. Quy trình sản xuất Insulin bằng cơng nghệ AND tái tổ hợp:
Tổng hợp Insulin người là một quá trình sinh hóa gồm nhiều bước, gồm hai
phương pháp
2.2.3.1. Phương pháp 1: Tạo ra các chuỗi riêng biệt, kết hợp hoá học hoặc
tạo một tiền chất chuỗi đơn proinsulin người, sau đó phân cắt để tạo thành
insulin hồn chỉnh.

 Bước 1: Bằng kỹ thuật tách gen sử dụng trong sinh học phân tử tách được
gen mã hoá proinsulin người trên nhiễm sắc thể số 11.
Tách mARN của gen tổng hợp proinsulin từ mẫu nghiền tuỵ của người.
Dùng phản ứng RT-PCR với mồi đặc hiệu để khuếch đại gen, loại bỏ protein.
Do hầu hết các mARN của người đều có đi polyA nên sử dụng chuỗi polyT
để bắt cặp với đuôi polyA đó.

11


Sử dụng sắc kí ái lực với polyT giữ lại mARN cần thiết cho q trình
dịch mã; cịn lại loại bỏ ADN và các ARN khác.
Cắt bỏ cầu nối A - T thu được mARN.

H8 . Tách mARN của gen tổng hợp proinsulin từ mẫu nghiền tuỵ của người

 Bước 2: Tách và thiết kế plasmit tái tổ hợp.
- Cắt gen mã hoá proinsulin và plasmit bằng một loại enzym giới hạn. Nối
bằng ADN ligase của phageT4. Trong thành phần của vector biểu hiện phải có
các promoter mạnh giúp gen biểu hiện được trong vi khuẩn.
-Thiết kế các trình tự mã hố cho các protein tín hiệu giúp vận chuyển insulin
ra ngoài tế bào chất.

Nếu sử dụng mARN tách được từ trên tiến hành như sau:
- Sao mARN tinh khiết thành ADN (cADN) nhờ enzym phiên mã ngược và
nhờ các dNTP (trong phản ứng RT - PCR)
- Cài đoạn cADN mã hố insulin hồn chỉnh vào plasmit đứng sau một
promoter mạnh. Biến nạp vector tái tổ hợp vào vi khuẩn E.coli.

 Bước 3: Biến nạp plasmit tái tổ hợp vào E.coli nhờ phương pháp trộn với
dung dịch ion Ca hoặc tạo lỗ xung điện.

12


H9 . Tách và biến nạp Plasmic tái tổ hợp vào E.Coli
Sau quá trình biến nạp, cần chọn lọc được những dịng vi khuẩn mang gen mong
muốn. Qúa trình chọn lọc phụ thuộc vào quy trình và gen đánh dấu trên vector
được sử dụng. Thông thường là sử dụng laoij gan kháng sinh Ampixilin hoặc
Tetraxilin để chọn lọc. Sau đó kiểm tra dòng chọn lọc theo nhiều cách khác nhau
bằng cách giải đoạn trình tự nucleotic của đoạn gen cài vào vector tái tổ hợp và
so sánh với trình tự gốc.

 Bước 4: Các vi khuẩn chuyển gen sau đó
được đưa vào nồi lên men. Nuôi chúng trong
các nồi lên men với các điều kiện tối ưu. Sử
dụng các phương pháp ni cấy liên tục, theo
đó các chất dinh dưỡng liên tục được bổ sung
để đảm bảo sự tăng trưởng của vi khuẩn theo
hàm mũ. Cứ 20 phút lại có hàng triệu vi khuẩ
được nhân lên qua nguyên phân. Như vậy, chỉ
sau một thời gian ngắn, sinh khối sẽ tăng



H10- Qúa trình lên men

Bước 5: Tiền tinh sạch

Sau khi lên men cần tách tế bào và khử trùng nhiệt.
- Dùng enzym lizozyme phá vỡ màng tế bào, sau đó dùng hỗn hợp chất tẩy rửa
để tách lớp màng lipit.

 Bước 6: Hoạt hoá.
13


Do hệ thống E.coli có khả năng biểu hiện gen insulin nhưng khơng có khả
năng hoạt hố insulin.
Hoạt hố proinsulin invitro bằng cách xử lý dung dịch đệm, giúp nó đạt cấu
trúc bậc 4, sau đó dùng enzym đặc hiệu trypsin để phân cắt proinsulin. Khi đó
sản phẩm thu được mới có hoạt tính cần thiết.

Hình 11:Hoạt hố proinsulin thành insulin hoàn chỉnh

 Bước 7: Hỗn hợp tinh sạch chỉ cịn có insulin.
Bằng phương pháp sắc ký, tách và phương pháp miễn dịch gắn enzym.
Độ tinh sạch của insulin được đánh giá qua mỗi giai đoạn trung gian của quá
trình sản xuất nhờ phịng thí nghiệm chun hố. Cuối cùng insulin được tinh
thể hố.

Hình 12: Các tinh thể insulin
2.2.3.2. Phương pháp 2: Tổng hợp riêng rẽ hai chuỗi A và B.

Phương pháp này sẽ tránh được việc sản xuất enzim đặc hiệu cần thiết để
biến proinsulin thành insulin.
14


Nhà sản xuất cần hai gen nhỏ đẻ sản xuất hai chuỗi A và B. Xác
định trình tự ADN để qua đó tổng hợp và tách hai dịng gen này.
Mỗi ADN được chèn vào plasmit. Sau đó sản xuất tương tự như sản
xuất proinsulin.
Cuối cùng hai chuỗi A và B được trộn với nhau và hình thành cầu
nối đisulfua qua phản ứng tái oxi hoá khử nhờ một chất oxi hố nhất định.

Hình 13.Sản xuất insulin tái tổ hợp với chuỗi A và chuỗi B riêng biệt

Hình 14: Tổng hợp riêng rẽ hai chuỗi A và B.
2.2.4 Các phương pháp sản xuất khác:
 Ngày nay, nấm men cũng được sử dụng thay thế cho vi khuẩn E.Coli để sản xuất
insulin. Có nhiều ưu điểm: tế bào nấm men tạo phân tử insulin người gần như
hồn chỉnh với cấu trúc khơng gian hồn hảo. Điều đó làm giảm tối đa tính phức
15


tạp và giá thành của các giai đoạn tinh sạch. Sản xuất insulin dựa trên công nghệ
gene và công nghệ sinh học mang lại rất nhiều lợi ích và tính năng vượt trội hơn
so với việc thu nhận từ động vật. Insulin được sản xuất trên nhiều hệ thống khác
nhau như tế bào E. coli, tế bào Saccharomyces và ngay cả tế bào thực vật, đều có
những thành cơng đáng kể. Tuy nhiên khi tạo ra insulin trên các hệ thống trên
gặp một số hạn chế. Novo Nordisk là một trong những công ty hàng đầu thế giới
bán insulin với chất lượng đáng tin cậy, công ty này sản xuất insulin thương mại
trên hệ thống tế bào Saccharomyces. Nhóm nghiên cứu của Novo Nordisk tạo

insulin trong hệ thống tế bào nấm men nhưng là Pichia cho thấy hệ thống này có
nhiều ưu điểm hơn so với hệ thống Saccharomyces.
Hiện nay Trung Tâm Cơng Nghệ Sinh Học Thành Phố Hồ Chí Minh đang
nghiên cứu tạo ra insulin theo phương pháp này. Đối tượng được chọn để sản
xuất insulin là tế bào nấm men Pichia. Trong giai đoạn đầu nghiên cứu, nhóm
thực hiện tổng hợp gene mã hóa cho insulin. Hiện tại nhóm đang tiến hành nhân
dịng gene mã hóa cho insulin trên plasmid mang pBluescript. Plasmid
pBluescript mang gene mã hóa cho insulin sẽ được chuyển nạp vào E. coli. Khi
thành công q trình nhân dịng gene mã hóa cho insulin, gene mã hóa cho
insulin sẽ được biểu hiện trong tế bào Pichia. Kiểm tra quá trình biểu hiện
protein bằng kháng thể chuyên biệt. Tiến hành thu nhận và tinh sạch protein tái
tổ hợp. Bước đầu kiểm tra hoạt tính insulin trên chuột thí nghiệm.
 Giả insulin :
Cải tiến phương thức hoạt động của insulin trong cơ thể người bằng cách thay đổi
trình tự axitamin của nó và tạo ra chất tương tự. Insulin giả ít kết dính với nhau
hơn và khuếch tán vào máu dễ dàng hơn. Quy trình sản xuất Insulin giả cũng
tương tự như quy trình sản xuất insulin trên
 phương pháp sản xuất của Tập đoàn Eli Lilly: phương pháp sản xuất này biểu
hiện chuỗi A và chuỗi B riêng biệt bằng cách sử dụng Escherichia coli, sau đó
thu chuỗi A và chuỗi B, trộn với nhau in vitro tạo cầu nối disulfur. Phương pháp
này có hiệu quả sản xuất thấp. Do đó, Eli Lilly phát triển một phương pháp cải
tiến hơn, phương pháp này biểu hiện proinsulin thay vì biểu hiện chuỗi A và B
riêng biệt như phương pháp cũ, tạo cầu nối disulfur in vitro, sau đó phân cắt
peptide C khỏi hai chuỗi A và B bằng trypsin và carboxypeptidase, tạo thành
insulin.

16


 Một phương pháp khác được phát triển bởi tập đoàn Novo Nordisk, phương pháp

này biểu hiện miniproinsulin bao gồm chuỗi B và chuỗi A nối với nhau bằng 2
acid amin, được biểu hiện trong nấm men, sau đó xử lý miniproinsulin in vitro
bằng trypsin tạo thành insulin. Phương pháp này có nhiều thuận lợi như cầu nối
disulfur được hình thành trong quá trình biểu hiện và quá trình tiết
miniproinsulin, và miniproinsulin này được tách chiết và tinh sạch dễ dàng do
được tiết thẳng ra môi trường nuôi cấy.
 Mới đây nhất, Công ty Bio-Technology General đã đưa ra một phương pháp mới.
Trong phương pháp này, một dạng protein dung hợp (fusion protein) bao gồm
superoxide dismutase (SOD) gắn với proinsulin được biểu hiện trong tế bào
E.coli. Bằng cách này, hiệu suất của quá trình biểu hiện protein và hiệu quả của
q trình hình thành các cầu nốii. Sau đó, proinsulin được chuyển thành insulin
nhờ xử lý với trypsin và carboxypeptidase B.
 Các nhà khoa học Anh và Mỹ cho biết họ có thể sử dụng tế bào gốc lấy từ máu
trong dây rốn của trẻ sơ sinh để giúp bệnh nhân tiểu đường loại 1 khôi phục khả
năng sản xuất insulin trong cơ thể.
 Ưu thế của phương pháp mới
Insulin tạo ra gần như hoàn chỉnh với cấu trúc Insulin ở người.
Tạo ra một số lượng lớn Insulin trong một thời gian ngắn.
Năng suất cao.
Nguồn ngun liệu dễ tìm ,khơng nguy hại đến mơi trường.
Trong q trình tách chiết: dễ thao tác kĩ thuật và chuẩn hóa trong phịng thí
nghiệm.
Ít tốn kém chi phí.
Giá thành rẻ.
3. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA INSULIN:
Insulin tác dụng nhanh
Ưu điểm:

17

- Là loại duy nhất dùng trong cấp cứu do tác dụng hạ đường huyết nhanh chóng.
- Có thể trộn lẫn với insulin chậm tùy theo mục đích và nhu cầu điều trị.
- Có thời gian tác dụng ngắn và mạnh để làm giảm đường huyết sau khi ăn.
Nhược điểm : Thời gian tác dụng ngắn nên phải tiêm nhiều lần trong ngày (4 mũi
tiêm dưới da, thực tế không dùng riêng insulin tác dụng nhanh để điều trị mà phải kết
hợp thêm insulin tác dụng bán chậm hoặc chậm).
Insulin tác dụng bán chậm (dịch tiêm đục như sữa)
Để làm giảm bớt số lần tiêm trong ngày, người ta đã sản xuất ra loại insulin có tác
dụng dài hơn gồm 2 loại insulin là NPH (Neutral Protamine Hagedorn) hay IZS
(Insulin Zinc Suspension) hay lent để sử dụng trong chế độ điều trị với 2 hay 3 mũi
tiêm trong ngày.
Ưu điểm: của các loại insulin tác dụng trung bình là có nhiều loại với thời gian tác
dụng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu điều trị và sự thuận lợi của bệnh nhân.
Nhược điểm: có thể gây đau khi trộn với insulin nhanh.
Insulin trộn sẵn (dịch tiêm đục như sữa)
Là loại insulin trộn lẫn giữa 2 loại nhanh và trung bình theo tỷ lệ nhất định.
- Có tỷ lệ 30% insulin nhanh và 70% insulin trung bình.
- Có tỷ lệ 50% insulin nhanh và 50% insulin trung bình. Ngồi ra cịn tiến hành trộn
theo những tỷ lệ khác mà trong đó loại nhanh chiếm 10- 20- 40%.
Ưu điểm: tiện dùng, phù hợp hơn với sinh lý mà khơng địi hỏi phải tự trộn lấy liều
khi dùng riêng từng loại nhanh chậm.
Nhược điểm: vì tỷ lệ pha trộn là cố định nên khó điều chỉnh cho phù hợp với từng
tình huống cụ thể: ăn bữa no nếu tăng liều cả insulin nhanh và chậm sẽ gây hạ đường
huyết muộn. Trong khi lẽ ra chỉ tăng từ 2 đến 6 đơn vị loại insulin nhanh.
Insulin tác dụng chậm (dịch tiêm đục như sữa)
Ưu điểm: Chỉ cần một mũi tiêm có tác dụng trong cả 24 giờ trong ngày.
18

Có thể dùng trong kỹ thuật 4 mũi tiêm/ ngày, 3 mũi nhanh vào trước các bữa ăn và
một mũi vào lúc đi ngủ (22 giờ)
Nhược điểm: Tại chỗ: đỏ, đau nơi tiêm.
Hạ đường huyết không lường trước do tác dụng kéo dài chồng chéo với các mũi tiêm
khác. Thường không làm giảm được đường máu sau ăn do thời gian hấp thu vào máu
chậm
4.NGUYÊN TẮC SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN INSULIN:
4.1 Nguyên tắc sử dụng:
Đối với người mắc bệnh tiểu đường loại 2 có thể chọn dùng insulin có hiệu quả
trung bình, trước bữa ăn sáng khoảng 30 phút tiêm dưới da (1 lần trong ngày,
lượng thuốc bắt đầu khoảng 4-8u) cũng có thể sử dụng hỗn hợp insulin hiệu quả
trung bình kết hợp với insulin hiệu quả nhanh trước bữa ăn sáng, cách mấy ngày
lại điều chỉnh lượng thuốc.
Đối với người mắc bệnh tiểu đường loại 1: dùng phương pháp ở trên thường
khơng đạt được mục đích khống chế bệnh cần phải dùng phương pháp trị liệu
cường hóa insulin
4.2 Bảo quản:
•Giữ các lọ hay ống bút insulin cịn ngun nắp trong tủ lạnh. Khơng để insulin kết
đơng.
•Sau khi mở, insulin có thể được giữ ở nhiệt độ nhà (dưới 300) trong 1 tháng và sau
đó loại bỏ.
•Insulin có thể được di chuyển an toàn trong túi hay túi xách.
•Insulin có thể bị hư do nhiệt độ q cao. Khơng để nơi nhiệt độ trên 30o hoặc ở
ngồi ánh sáng mặt trời.
Khơng dùng insulin nếu:
•Insulin màu trong chuyển sang đục.
•Q hạn sử dụng.
•Insulin đã đơng cứng hoặc tiếp xúc với nhiệt độ cao.
•Có đóng cục hay lợn cợn trong insulin.
19

•Thấy có cặn insulin bên trong lọ và khơng tan ra được khi lắc (trịn) nhẹ lọ.
•Lọ đã mở q 1 tháng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ:
KẾT LUẬN:
Khả năng ứng dụng của vi sinh vật trong y tế là vô cùng vô tận.những khám phá
của con người về vi sinh vật đã mang lại những lợi ích to lớn, tạo ra những chế
phẩm hỗ trợ đặc biệt và cải thiện sức khoẻ con người.Từ đó cho thấy nhu cầu sản
xuất Insulin bằng vi sinh vật ngày càng tăng,nó thay thế cho các cách tổng hợp
Insullin truyền thống là lấy từ tế bào động vật.Biện pháp này làm giảm chi phí rất
nhiều so với phương pháp cũ, đồng thời lại thân thiện với mơi trường
KIẾN NGHỊ:
Khuyến khích ứng dụng,phát triển cơng nghệ sản xuất insulin bằng vi sinh vật:
1.Nhà nước nên đầu tư hợp lý các chi phí cho các cơng trình nghiên cứu.
2.Thường xuyên mở các hội thảo để cùng thảo luận và đưa ra ý kiến cũng như
các phương phap hiệu quả hơn.
3.Truyền thông để mọi người biết đến để có cách thực hiện và điều trị phù hợp
nhất.
4.ngày càng tự hoàn thiện chất lượng cũng như giá thành để mọi tầng lớp có thể
sử dụng.
5.Tăng cường hợp tác với các cơ quan nước ngoài để áp dụng và chuyển giao
nhanh công nghệ cũng như kết quả nghên cứu.

20


TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1- />2- />file=article&name=News&sid=1149
3- />4- />5- />

21