CÔNG NGHỆ SINH HỌC CHƯƠNG 2: TẾ BÀO GỐC VÀ NHÂN BẢN VÔ TÍNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
KHOA CNSH - CNTP

CHƯƠNG 2

TẾ BÀO GỐC VÀ NHÂN BẢN VƠ TÍNH

Thái Ngun, 2011
(Slides assembled from diverse sources)


NỘI DUNG



Tế bào gốc
Nhân bản vơ tính động vật


1. TẾ BÀO GỐC (STEM CELL)




Định nghĩa
Phân loại
Tiềm năng ứng dụng


1.1. Định nghĩa




Tế bào gốc là các tế bào chưa biệt hóa, có
thể tự tái tạo (self renew) và phân chia
nhiều lần.
Trong những điều kiện thích hợp, chúng
có thể biệt hóa thành các kiểu TB chức
năng trong cơ thể như TB cơ tim, TB da,
TB não, TB sinh dục…


1.2. Phân loại


Theo tiềm năng biệt hóa





Tế bào gốc tồn năng
Tế bào gốc đa năng
Tế bào gốc một vài tiềm năng
Tế bào gốc đơn năng


1.2. Phân loại


Theo nguồn gốc thu nhận






Tế bào gốc phôi
Tế bào gốc sinh dục
Tế bào gốc nhũ nhi hay gốc thai
Tế bào gốc trưởng thành
Tế bào gốc ung thư


1.3. Tiềm năng ứng dụng








Cấy ghép tế bào gốc
Công nghệ mơ và cấy ghép cơ quan
Liệu pháp gen
Kiểm nghiệm hóa chất và dược chất
Điều trị bệnh tự miễn
Biến đổi gen động vật
Trong nghiên cứu cơ bản

2. NHÂN BẢN VƠ TÍNH






Dịng và sự tạo dịng
Hiện tượng sinh sản vơ tính trong tự nhiên
Lịch sử q trình tạo dịng vơ tính
Kỹ thuật nhân bản
Tương lai của nhân bản vơ tính và tế bào
gốc


2.1. Dịng và sự tạo dịng






Thuật ngữ dịng (clone) có nguồn gốc từ tiếng
Hy lạp (klon: nhánh con hay cành con) được sử
dụng trong nhiều lĩnh vực.
Trong sinh học, dòng để chỉ những phân tử
DNA, những tế bào hay những cơ thể hồn
chỉnh có cùng một cấu trúc di truyền.

Tạo dòng (cloning) là khái niệm diễn tả những
thao tác kỹ thuật nhằm tạo ra dòng.


2.1. Dòng và sự tạo dòng






Ngày nay, các nhà nghiên cứu thường tạo
dòng vi khuẩn, tế bào thực vật, động vật
để tăng lượng tế bào.
Từ một tế bào đơn lẻ ban đầu được phát
triển thành một dòng tế bào (cell lines)
gọi là tạo dòng tế bào (cell cloning).
Tương tự như vậy, việc tạo dòng DNA
được gọi là tạo dòng phân tử (moleclar
cloning).


2.1. Dòng và sự tạo dòng




Tạo dòng động vật, thường được hiểu là tạo dòng sinh
sản (reproductive cloning) hay nhân bản (cloning) được
sử dụng rộng rãi khi cừu Dolly ra đời (1997), đây là

động vật có vú đầu tiên được tạo dịng từ tế bào sinh
dưỡng (soma cell) trưởng thành.
Ngồi việc tạo dịng những cá thể động vật hồn chỉnh,
phương pháp chuyển nhân tế bào sinh dưỡng còn được
sử dụng với mục đích khác như để khai thác tế bào gốc
(stem cell), trường hợp này gọi là tạo dòng trị liệu
(therapeutic cloning) hay tạo dòng nghiên cứu (research
cloning) hay tạo dịng khơng sinh sản (non reproductive cloning).


Phân loại sự tạo dòng





Tạo dòng phân tử
Tạo dòng tế bào
Tạo dòng sinh sản
Tạo dòng liệu pháp


Phân loại sự tạo dòng


Tạo dòng phân tử: trong các nghiên cứu
genomics thường phải cần sử dụng số
lượng bản sao DNA rất lớn từ một đoạn
gen mục tiêu ban đầu.




in vivo
in vitro (PCR)


Phân loại sự tạo dịng


Tạo dịng tế bào: có nhiều phương pháp
để có thể phân lập được một tế bào quan
tâm. Sau đó, các tế bào được hoạt hóa và
cấy chuyển liên tục tạo ra một dòng tế
bào.


Chúng được ứng dụng trong nghiên cứu cơ
bản, sản protein, kiểm nghiệm dược phẩm,
thực phẩm, kiểm tra độc tố. Hiện nay, trên thị
trường đã có nhiều dịng tế bào đã được
thương mại hóa.


Phân loại sự tạo dòng


Tạo dòng sinh sản: khái niệm này được
hiểu như là phương pháp sản xuất phôi
cho ra những cá thể giống nhau hồn
tồn, là một dịng của cá thể ban đầu, có

cùng hệ gen, kể cả hệ gen ty thể.


Phân loại sự tạo dòng


Tạo dòng liệu pháp: còn gọi là tạo dòng trị
liệu, kỹ thuật này được sử dụng để sản
xuất phơi nhằm mục đích thu nhận tế bào
gốc, sửa chữa mô bị hư hỏng hay khiếm
khuyết.


Các tế bào gốc phơi có thể được biệt hóa in
vitro thành các tế bào chức năng chuyên biệt
để cấy ghép.


2. 2. Hiện tượng sinh sản vơ tính
trong tự nhiên


Động vật khơng xương sống






Nảy chồi (Budding): có ở lồi thủy tức

Phân mảnh (Fragmentation): có ở lồi hải quỳ
Tái sinh (Regeneration): có ở sao biển

Động vật có xương sống: Phương thức sinh sản
vơ tính hiếm gặp ở động vật có xương sống.




Sinh sản vơ tính giúp quần thể phát triển nhanh
trong điều kiện ổn định.
Trong khi đó, sinh sản hữu tính giúp sinh vật thích
nghi tốt hơn với các biến đổi của điều kiện môi
trường sống.


2.3. Lịch sử của tạo dòng






Năm 1865, August Weissmann (Đức) đưa ra giả thiết:
thông tin di truyền của các tế bào giảm bớt khi chúng
được biệt hóa, được gọi là thuyết chât mầm (germ
plasm theory)
Năm 1888, Wilhelm Roux kiểm chứng thuyết này, ông
đã phá hủy một trong hai tế bào của phơi hai tế bào
bằng mũi kim nóng. Kết quả là các tế bào cịn lại hình

thành một nửa phơi.
Năm 1894, Hans Dreisch tách các tế bào từ phôi 2 - 4 tế
bào của nhím biển (sea urchin) và quan sát khả năng
phát triển thành ấu trùng nhỏ. Kết quả này đã bác bỏ
thuyết chất mầm của Weissmann - Roux.


2.3. Lịch sử của tạo dòng






Năm 1901, Hans Spemann (Đức) đã tiến hành thí
nghiệm tách phơi hai tế bào của sa giơng (newt) thành
hai phần sau đó ni chúng phát triển thành hai ấu
trùng hồn chỉnh. Năm 1902, ơng đã tách phôi kỳ nhông
ở giai đoạn hai tế bào và mỗi tế bào phát triển thành
một cá thể hoàn chỉnh.
Năm 1952, Robert Briggs và Thomas J. King (Hoa Kỳ) đã
tạo dịng thành cơng một con ếch cự ( Rana pipiens)
bằng cách cấy nhân tế bào giai đoạn muộn của phôi vào
trứng chưa thụ tinh đã được loại bỏ nhân.
Năm 1962, nhà sinh học phát triển người Anh, John
Gurdon (1933 - ) đã tạo dịng thành cơng ếch ( Xenopus
laevis) thành thục và trưởng thành từ tế bào ruột của
một con ếch trưởng thành đã biệt hóa khác

2.3. Lịch sử của tạo dòng


2.3. Lịch sử của tạo dòng


Năm 1984, nhà sinh học phát triển người Đan
Mạch, Steen Willsadsen đã tạo dòng cừu bằng
cách chuyển nhân của một tế bào của phôi tám
tế bào vào trứng chưa thụ tinh đã loại nhân.
Năm 1986, Steen Willsadsen đã tạo dòng một
con bò bằng cách chuyển nhân tế bào phơi đã
biệt hóa một tuần. Điều này đã chứng minh rằng
thông tin di truyền của một tế bào khơng bị
giảm bớt khi tế bào biệt hóa và DNA có thể trở
về trạng thái ban đầu của nó.


2.3. Lịch sử của tạo dòng




Năm 1997, các nhà khoa học người Scotland là
J.Wilmut, A.E Schnicke, J.Mc Whir, A.J Kind và
K.H.S. Campbell đã công bố nhân bản thành
công một con cừu từ nhân của tế bào tuyến vú
(tế bào sinh dưỡng đã biệt hóa) và đặt tên là
Dolly.
Sau đó, nhân bản vơ tính đã thành cơng trên

nhiều lồi động vật bậc cao như chuột (1998),
bò (1998), dê (1999), lợn (2000), mèo (2001),
thỏ (2002), la (2003), ngựa (2003), trâu (2004),
chuột cống (2004), chó (2005)


2.4. Kỹ thuật nhân bản


Nhân bản phôi động vật (cloning) hiện nay
dùng một trong 3 kỹ thuật sau:





Phân tách các tế bào blastomere (blastomere
separation)
Chia cắt phôi túi (blastocyst division)
Kỹ thuật chuyển nhân tế bào thân (somatic
cell nuclear transfer).


2.4.1. Phân tách các tế bào
blastomere (blastomere separation)






Đầu tiên trứng và tinh trùng được thụ tinh trong
ống nghiệm tạo thành phôi.
Phôi này được nuôi cấy cho phát triển đến giai
đoạn 2 hoặc 4 tế bào (mỗi tế bào trong khối 2
hoặc 4 tế bào này được gọi là một blastomere).
Đến giai đoạn này người ta tách bỏ màng bọc
phôi và chuyển phôi vào một môi trường đặc
biệt làm cho các blastomere tách rời nhau ra.


2.4.1. Phân tách các tế bào
blastomere (blastomere separation)







Mỗi blastomere này sau đó được ni cấy riêng
biệt cho phép hình thành nên một phơi.
Phương pháp này có thể tạo ra tối đa là 4 phôi
bản sao giống hệt phôi ban đầu về mặt di
truyền.
Mỗi phôi mới được tạo ra bằng phương pháp
này sau đó có thể đem cấy vào tử cung một “mẹ
nuôi” cho phép phôi phát triển thành thai nhi
trong q trình mang thai của “mẹ ni”.
Trong kỹ thuật này, các cá thể “bản sao” vẫn

mang bộ gen lưỡng bội có nguồn gốc từ hai bốmẹ.