Tài liệu Nghiên cứu và công nghệ Sinh vật mẫu ppt

Nghiên cứu và
công nghệ
Sinh vật mẫu


Ruồi giấm thường (Drosophila melanogaster),
một sinh vật mẫu phổ biến trong nghiên cứu di
truyền học.
Dù các nhà di truyền học ban đầu nghiên cứu
tính di truyền ở đa dạng các loài sinh vật, nhưng
sau đó họ bắt đầu nghiên cứu tập trung tính di
truyền ở nhóm những sinh vật đặc biệt. Thực tế,
những nghiên cứu quan trọng ở một sinh vật
nhất định sẽ khuyến khích các nhà nghiên cứu
kế tiếp lựa chọn sinh vật đó để phát triển nghiên
cứu xa hơn, và như thế cuối cùng chỉ có một số
ít sinh vật mẫu đã trở thành cơ sở cho hầu hết
các nghiên cứu về di truyền
[86]
. Các đề tài
nghiên cứu di truyền phổ biến trên các sinh vật
mẫu gồm có nghiên cứu về điều hòa gen, mối
liên quan giữa gen với sự phát triển hình
thái vàung thư.
Các sinh vật được lựa chọn, một phần bởi tính
thuận tiện: có vòng đời ngắn và dễ dàng thao tác
di truyền. Những sinh vật mẫu được sử dụng
rộng rãi bao gồm: vi khuẩn đường
ruột Escherichia coli, cải Arabidopsis thaliana,
men bánh mỳ Saccharomyces cerevisiae, giun
tròn Caenorhabditis elegans, ruồi giấm

(Drosophila melanogaster) và chuột nhà (Mus
musculus).
Di truyền y học
Di truyền y học tìm hiểu xem biến đổi di truyền
liên hệ tới sức khỏe và bệnh tật của con người
như thế nào
[87]
. Khi tìm kiếm một gen chưa biết
mà có thể liên quan tới một căn bệnh, các nhà
nghiên cứu thường sử dụng liên kết gen và sơ
đồ phả hệ di truyền để tìm ra vị trí của nó trong
bộ gen. Ở cấp độ quần thể, các nhà nghiên cứu
lợi dụng sự ngẫu nhiên hóa Mendel (Mendelian
randomization) để tìm ra những vị trí trong bộ
gen mà liên đới với căn bệnh, một kỹ thuật đặc
biệt hữu ích với những tính trạng đa gen không
được xác định rõ ràng bởi một gen đơn lẻ
[88]
.
Khi một gen tương ứng được tìm ra, những
nghiên cứu xa hơn sẽ tiếp tục thực hiện với cùng
gen đó (được gọi là các gen trực giao) trên
những sinh vật mẫu. Bên cạnh nghiên cứu các
bệnh di truyền, việc tăng tính hữu hiệu của các
kỹ thuật kiểu gen đã đưa đến lĩnh vực di truyền
học dược lý—nghiên cứu làm sao kiểu gen có
thể tác động lên các phản ứng thuốc.
[89]

Dù không di truyền được, ung thư vẫn được

công nhận là một căn bệnh di truyền
[90]
. Quá
trình phát triển ung thư của một cơ thể là sự kết
hợp của nhiều sự kiện. Các đột biến thỉnh
thoảng diễn ra trong các tế bào của cơ thể khi
chúng phân chia. Trong khi những đột biến này
sẽ không di truyền được sang thế hệ sau, chúng
lại có thể tác động lên hoạt động của các tế bào,
có khi khiến tế bào phát triển và phân chia
nhanh hơn. Có những cơ chế sinh học cố gắng
ngăn chặn quá trình này; những tín hiệu được
chuyển đi tới những tế bào phân chia không
thích hợp và khởi động quá trìnhapoptosis (tế
bào chết theo chương trình). Tuy vậy, đôi lúc
những đột biến thêm tiếp tục diễn ra làm tế bào
không nhận được các tín hiệu. Một quá
trình chọn lọc tự nhiên xảy ra bên trong cơ thể,
và rốt cuộc, đột biến tích lũy trong các tế bào
làm đẩy mạnh sự phát triển của chúng, tạo ra
khối u ung thư, tiếp tục phát triển và xâm chiếm
các mô khác nhau trong cơ thể sinh vật.
Kỹ thuật di truyền


Khuẩn lạc E. coli trên một đĩa thạch agar, một ví
dụ của tách dòng tế bào và thường được dùng
trong tách dòng phân tử.
ADN có thể được thao tác trong phòng thí
nghiệm. Các enzym cắt giới hạn là loại enzym

thường được sử dụng để cắt ADN thành những
chuỗi riêng biệt, tạo ra những đoạn ADN có thể
định trước được
[91]
. Việc sử dụng các enzym
gắn cho phép các đoạn này nối lại với nhau, và
nối các đoạn ADN từ các nguồn khác nhau; nhờ
thế các nhà nghiên cứu có thể tạo ra ADN tái tổ
hợp. Thường gắn liền với các sinh vật biến đổi
gen, ADN tái tổ hợp thông thường được tạo nên
từ các plasmid - những đoạn ADN vòng ngắn
chứa đựng một vài gen. Bằng cách chèn plasmid
vào vi khuẩn và nuôi các vi khuẩn này trên đĩa
thạch agar (để phân lập các dòng tế bào vi
khuẩn), những nhà nghiên cứu có thể khuếch đại
vô tính các đoạn ADN đã chèn (quá trình được
biết đến là tách dòng phân tử).Ngoai ra ki thuat
di truyen co the dung lamdaphage de truyen
nhung gen mong muon vao te bao vi khuan
nhan.Sau do phan lap dong te bao mong muon
de tao san pham
ADN cũng có thể được khuyếch đại nhờ sử
dụng một kỹ thuật gọi là phản ứng chuỗi trùng
hợp (PCR).
[92]
Sử dụng những chuỗi ADN ngắn
đặc hiệu, PCR có thể phân lập và khuyếch đại
theo hàm mũ một vùng ADN đã xác định. Bởi
khả năng phóng đại kể cả những đoạn cực nhỏ
của ADN, PCR thường xuyên được sử dụng để

phát hiện sự có mặt của những trình tự ADN cụ
thể.
Xác định trình tự ADN và hệ gen học
Là một trong những kỹ thuật chủ yếu được phát
triển để nghiên cứu di truyền học, "xác định
trình tự ADN" (DNA sequencing) cho phép các
nhà nghiên cứu xác định trình tự nucleotide trên
một đoạn ADN. Phát triển năm 1977
bởi Frederick Sanger và các cộng sự, phương
pháp xác định trình tự gián đoạn chuỗihiện nay
là phương pháp được sử dụng thường lệ
[93]
. Với
kỹ thuật này, các nhà khoa học có thể nghiên
cứu được những trình tự phân tử liên quan tới
nhiều bệnh di truyền ở người.
Khi xác định trình tự đã trở nên đỡ tốn kém hơn,
cùng với sự trợ giúp của các công cụ tính toán,
những nhà nghiên cứu đã xác định được bộ
gen của nhiều sinh vật bằng cách liên kết trình
tự của nhiều đoạn khác nhau (quá trình này gọi
là "lắp ráp bộ gen" - genome assembly)
[94]
.
Những kỹ thuật trên được sử dụng để xác định
bộ gen người, đã được hoàn thiện trong Dự án
Bản đồ gen Người vào năm 2003
[39]
. Những kỹ
thuật xác định trình tự cao năng (high-

throughput) mới đột ngột làm giảm chi phí xác
định trình tự ADN, đem tới hy vọng mới cho
nhiều nhà nghiên cứu rằng có thể thực hiện
được việc này với giá thành chỉ còn 1000 đô la
Mỹ
[95]
.
Lượng lớn các trình tự được xác định đã hình
thành nên lĩnh vực hệ gen học (genomics) -
khoa học nghiên cứu về bộ (hệ) gen, sử dụng
các công cụ tính toán để tìm kiếm và phân tích
các mô hình trong bộ gen đầy đủ của sinh vật.
Hệ gen học cũng có thể được coi như một lĩnh
vực con của tin sinh học, bộ môn sử dụng những
phương pháp tính toán để phân tích các tập hợp
lớn dữ liệu sinh học.