CTST - Bài 4. Hệ gene, đột biến gene và công nghệ gene

- 0 / 0
(Tài liệu chưa được thẩm định)
Nguồn:
Người gửi: Lưu Khánh Mai
Ngày gửi: 13h:13' 16-09-2024
Dung lượng: 13.4 MB
Số lượt tải: 163
Nguồn:
Người gửi: Lưu Khánh Mai
Ngày gửi: 13h:13' 16-09-2024
Dung lượng: 13.4 MB
Số lượt tải: 163
Số lượt thích:
0 người
BÀI 4.HÊ GENE, ĐỘT BIẾN GENE VÀ CÔNG NGHÊ GENE
CẶP ĐÔI HOÀN HẢO
H: Trước đây, các loại protein (hormone, enzyme, kháng thể,...) tự nhiên được phân lập trực tiếp từ cơ
thể của các loài sinh vật. Tuy nhiên, phương pháp này gặp nhiều khó khăn trong quá trình tinh sạch, chi
phí sản xuất cao, phải sử dụng số lượng lớn động vật, hoạt tính của protein chưa được như mong muốn,
thành phần amino acid của protein ở động vật khác so với ở người nên có thể gây hiện tượng dị ứng
khi sử dụng,... Các nhà khoa học có thể khắc phục những khó khăn này bằng cách nào?
I. HỆ GENE
Câu 1. Hãy trình bày khái niệm hệ gene và đọc thông tin trong Bảng 4.1, hãy nhận xét tính đặc trưng về
hệ gene ở một số loài sinh vật
Câu 2. Đọc đoạn thông tin trang 22, 23 và quan sát Hình 4.1, hãy cho biết:
a) Kết quả của dự án Hệ gene người là gì?
b) Hiện nay, giải mã hệ gene người đang được ứng dụng trong những lĩnh vực nào? Cho ví dụ.
a, Kết quả của dự án Hệ gene người: các nhà sinh học phân tử đã giải được
trình tự toàn bộ 3,1 tỉ cặp nucleotide trong bộ nhiễm sắc thể đơn bội của người
và xác định được số lượng gene cũng như nhièu đặc điểm của hệ gene người.
b, Ứng dụng:
Sử dụng liệu pháp nhằm trúng đích trong điều trị ung thư: Dựa vào sự có mặt
của các loại protein đặc trưng ở tế bào ung thư (protein HER2 đối với ung thư
vú; protein EGFR đối với ung thư phổi, ung thư đại tràng;...) để chế tạo và sử
dụng các loại thuốc đặc trị để ức chế các loại protein đó có thể làm chậm sự
phát triển của tế bào ung thư.
Cung cấp thông tin trong lĩnh vực pháp y và khoa học hình sự thông qua so sánh trình tự gene ở người: Phân tích
và so sánh các trình tự nucleotide lặp lại kế tiếp (Short Tandem Repeat – STR) đặc trưng giữa các cá thể giúp xác định
danh tính của nạn nhân trong các vụ tai nạn, truy tìm được thủ phạm trong các vụ án hình sự.
Nghiên cứu sự phát triển cá thể, cơ chế gây bệnh di truyền ở người: Thiết kế các chip DNA, “Lab-on-a-chip” dựa
trên trình tự nucleotide đã biết của hệ gene người giúp phân tích được sự biểu hiện của nhiều gene ở người trong các giai
đoạn khác nhau của quá trình phát triển cá thể.
Câu 3. Tại sao việc giải mã thành công hệ gene người đã
mở ra nhiều triển vọng trong việc bảo vệ sức khoẻ con
người?
Việc giải mã thành công hệ gene người giúp giải thích cơ chế gây đột biến hoặc bất thường ở gene
gây ra biểu hiện tính trạng bệnh ở người, đồng thời mở ra hướng điều trị mới là sửa chữa hoặc loại bỏ các
gene gây bệnh và thay vào đó là gene lành (hay còn gọi là liệu pháp gene). Điều đó đã đóng góp rất lớn
trong việc bảo vệ sức khỏe con người
KIẾN THỨC CỐT LÕI
I. HỆ GENE
1. Khái niệm hệ gene:
- Hệ gene (genome) là toàn bộ trình tự các nucleotide trên DNA có trong tế bào của cơ thể sinh vật.
Hệ gene được chia thành:
+ Hệ gene đơn bội (sinh vật nhân sơ, giao tử của sinh vật nhân thực)
+ Hệ gene lưỡng bội (tế bào sinh vật nhân thực).
Các loài sinh vật khác nhau có hệ gene đặc trưng về kích thước hệ gene (được tính bằng hàm lượng DNA) và số lượng
gene
Trong hệ gene của vi khuẩn, các gene phân bố trên phân tử DNA vùng nhân và DNA plasmid
Hệ gene ở sinh vật nhân thực gồm các gene nằm trên nhiễm sắc thể trong nhân tế bào và các gene trong ti thể, lục lạp
2. Thành tựu và ứng dụng của giải mã hệ gene người
- Nhờ công nghệ giải trình tự toàn bộ các phân tử DNA có trong tế bào -> giúp xác định được hệ gene của các loài sinh
vật -> Tìm ra cấu trúc và chức năng của gene
- Ứng dụng:
+ Trong y học: Giúp sàng lọc, phòng và điều trị một số bệnh di truyền, giám định pháp y, xác định danh tính hoặc mối
quan hệ họ hàng
+ Trong nghiên cứu tiến hóa:So sánh trình tự trong hệ gene giữa các loài sinh vật biết được mối quan hệ tiến hóa.
II. ĐỘT BIẾN GENE
Câu 1. Quan sát hình ảnh, hãy cho biết thế nào là gene đột biến và ảnh hưởng của đột biến gene đến
sinh vật.
Sở dĩ chú ngựa vằn có ngoại hình đặc biệt như vậy là bởi vì nó mắc
phải một loại đột biến di truyền hiếm gọi là pseudomelanism, dạng
đột biến này khiến lông của chúng mang một kiểu sọc bất thường.
Chú hải cẩu này sở hữu vẻ ngoài hoàn toàn khác
biệt với đồng loại. Nguyên nhân là chú mắc bệnh
bạch tạng. Được biết hội chứng này rất hiếm gặp ở
động vật và có thể làm suy giảm sức khỏe của
chúng.
Câu 2: Quan sát Hình 4.2, hãy
a) Xác định các dạng đột biến điểm.
b) Dự đoán sự thay đổi của gene (số lượng và trình tự nucleotide, số liên kết hydrogen) và protein sẽ bị ảnh hưởng như thế
nào trong mỗi dạng đột biến đó.
a. Đột biến mất một cặp nucleotide: số lượng, trình tự
nucleotide và số liên kết hydrogen bị thay đổi, làm thay đổi
khung đọc mã di truyền từ vị trí xảy ra đột biến trở về sau (đột
biến dịch khung) dẫn đến làm thay đổi trình tự amino acid
trong chuỗi polypeptide và thay đổi chức năng của protein..
b. Đột biến thêm cặp nucleotide: số lượng, trình tự nucleotide
và số liên kết hydrogen bị thay đổi, từ đó có thể làm thay đổi
trình tự amino acid trong chuỗi polypeptide và thay đổi chức
năng của protein.
c, Đột biến thay thế một cặp nucleotide: không thay đổi về số lượng nucleotide. Số liên kết hydrogen, trình tự nucleotide
có thể bị thay đổi, từ đó có thể làm thay đổi trình tự amino acid trong chuỗi polypeptide và thay đổi chức năng của
protein.
Câu 3. Đột biến gene diễn ra theo hướng nào ít làm biến đổi chuỗi polypeptide nhất? Giải thích.
Đột biến đồng nghĩa (đột biến im lặng) ít làm biến đổi chuỗi nucleotide nhất. Vì đột biến này làm
cho codon này bị biến đổi thành một codon khác nhưng mã hoá cùng một loại amino acid, có nghĩa là
chuỗi nucleotide không thay đổi.
Câu 4: Tại sao thường xuyên tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt
trời có thể gây đột biến gene?
Vì trong ánh nắng mặt trời có chứa tia UV. Tác động của tia
UV có thể làm cho hai base thymine kế nhau trên cùng một
mạch liên kết với nhau, làm biến dạng DNA dẫn đến phát sinh
đột biến thêm hoặc mất một cặp nucleotide (đột biến gene).
Câu 5: Quan sát Hình 4.4, dự đoán dạng đột biến gene khi có mặt nucleotide dạng hiếm. Vẽ sơ đồ minh hoạ cơ
chế phát sinh đột biến.
Dạng đột biến gene khi có mặt nucleotide dạng
hiếm: đột biến thay thế một cặp nucleotide.
Sơ đồ minh họa cơ chế phát sinh:
T* - A => T* - G => G - C.
Câu 6: Quan sát Hình 4.5, mô tả cơ chế phát sinh đột biến gene khi
có sự tác động của 5–BU.
Cơ chế phát sinh đột biến gene khi có sự tác động của 5-BU: 5-BU
là chất hoá học có khả năng bắt cặp bổ sung với adenine hoặc guanine
gây đột biến thay thế cặp A – T thành cặp G - C hoặc ngược lại. Khi
DNA nhân đôi lần 1, 5-BU thay thế T bắt cặp với A; sau đó DNA nhân
đôi lần 2, mạch chứa 5-BU trở thành mạch khuôn, 5-BU bắt cặp với G;
đến khi DNA nhân đôi lần thứ 3, theo NTBS thì G liên kết với C; từ đó
gây ra đột biến thay thế một cặp A-T thành một cặp G-C.
Câu 7. Một số ví dụ về vai trò của đột biến gene trong chọn giống:
Đột biến làm xuất hiện bộ ba kết thúc sớm khiến cho chồi cây cải phân nhánh mạnh đã được
con người chọn lọc tạo nên các loại súp lơ trắng và súp lơ xanh, trong khi nhánh tiến hoá có cùng tổ
tiên không bị đột biến hình thành nên các giống bắp cải và cải xoăn.
Một đột biến ở gene điều hoà làm tăng lượng cơ bắp đã được phát hiện ở lợn và được chọn lọc
tạo ra giống lợn có thịt siêu nạc.
KIẾN THỨC CỐT LÕI
II. ĐỘT BIẾN GENE
1. Khái niệm đột biến gene
Đột biến gene là những biến đổi xảy ra trong cấu trúc của gene, có thể liên quan đến một cặp nucleotide (đột biến điểm) hoặc một số cặp
nucleotide
+ Đột biến gene có tính thuận nghịch (đột biến từ allele trội thành allele lặn và ngược lại), có thể xảy ra một cách ngẫu nhiên với tân số thấp (từ 10 6
– 10-4) hoặc do sự tác động của các tác nhân gây đột biến với tần số cao hơn
+ Thể đột biến: Các cá thể mang gene đột biến đã biểu hiện thành kiểu hình
+ Đa số đột biến gene thường là đột biến lặn và có thể có hại cho sinh vật do làm giảm sức sống, phát sinh các bệnh và tật di truyền, có thể gây
chết ở thể đột biến. Tuy nhiên, một số trường hợp đột biến gene có thể có lợi hoặc trung tính.
2. Các dạng đột biến gene
+ Đột biến thay thế một cặp nucleotide: Một cặp nucleotide trong gene được thay thế bằng một cặp nucleotide khác, có thể làm thay đổi trình tự
amino acid trong chuỗi polypeptide và thay đổi chức năng của protein.
+ Đột biến mất hoặc thêm một cặp nucleotide: Đột biến làm cho gene bị mất hoặc thêm một cặp nucleotide sẽ làm thay đổi khung đọc mã di
truyền từ vị trí xảy ra đột biến trở về sau (đột biến dịch khung) dẫn đến làm thay đổi trình tự amino acid trong chuỗi polypeptide và thay đổi chức
năng của protein.
Lưu ý: Tuỳ theo mức độ ảnh hưởng của đột biến lên chuỗi polypeptide mà đột biến gene có thể diễn ra theo các hướng
Đột biến đông nghĩa (đột biến im lặng): Đột biến làm cho codon này bị biến đổi thành một codon khác nhưng mã hoá cùng một loại amino acid.
Đột biến sai nghĩa: Đột biến làm cho codon mã hoá amino acid này bị biến đổi thành codon mã hoá cho amino acid khác
Đột biến vô nghĩa: Đột biến làm cho codon mã hoá amino acid trở thành codon kết thúc.
KIẾN THỨC CỐT LÕI
3. NGUYÊN NHÂN VÀ CƠ CHẾ PHÁT SINH ĐỘT BIẾN GENE
1. Nguyên nhân phát sinh đột biến gene: Nguyên nhân bên trong hoặc bên ngoài
- Do những rối loạn sinh lí, hoá sinh của tế bào dẫn đến sai sót trong quá trình nhân đôi DNA, gây biến dạng DNA
hoặc biến đổi cấu trúc hoá học của các nucleotide.
- Do sự tác động của các tác nhân gây đột biến gồm:
+ Tác nhân vật lí: tia phóng xạ, tia tử ngoại (tia UV), nhiệt,...
+ Tác nhân hóa học: ethyl methanesulfonate (EMS), 5-bromouracil (5-BU), N-Nitroso-N-methylurea (NMU),...
+ Tác nhân sinh học: một số virus như viêm gan B, HPV,... cũng có thể gây nên các đột biến gene.
2. Cơ chế phát sinh đột biến gene
- Đột biến gene có thể xảy ra do tác động cùa các yếu tố bên trong cơ thể sinh vật, dẫn đến hiện tượng bắt cặp nhầm
trong tái bản DNA.
- Tiền đột biến: sự thaỵ đổi một nucleotide nào đó dẫn đến sự sai khác trên một mạch của phân tử DNA (quá trình tái
bản DNA gặp sai sót) —> Các tiền đột biến không được sữa chữa sẽ tạo ra đột biến gene.
- Đột biến gene tự phát: chủ yếu do sự biến đổi cấu trúc từ nucleotide dạng thường thành nucleotide dạng hiếm có vị
trí liên kết hydrogen bị thay đổi dẫn đến sự bắt cặp nucleotide sai trong quá trình nhân đôi DNA
- Đột biến gene cảm ứng: do sự tác động của các tác nhân gây đột biến dẫn đến sai sót trong quá trình nhân đôi DNA
4. Vai trò của đột biến gene
Đối với tiến hoá: Đột biến gene cung cấp nguón nguyên liệu cho quá trình tiến hoá của sinh vật
Đối với chọn giống: Đột biến gene cung cấp nguồn nguyên liệu cho quá trình chọn, tạo giống.
Đối với nghiên cứu di truyền: Các thể đột biến gene tự nhiên hoặc nhân tạo được các nhà khoa học
dùng trong nhiều nghiên cứu di truyền nhằm xác định các quỵ luật di truyền, cơ chế điều hoà biểu hiện
gene, cơ chế phát sinh đột biển gene, xây dựng bảng mã di truyền, làm sáng tỏ mối quan hệ giữa gene
và protein
Trưởng nhóm
III. CÔNG NGHỆ GENE
Phiếu học tập 1. Hoàn thành bảng sau
TT
Nội dung
1 Công nghệ gene
Giải nghĩa
2
Công nghệ DNA tái tổ hợp
3
Nguyên lý tạo DNA tái tổ hợp
4
Enzyme cắt giới hạn (restrictase)
5
Enzyme nối (ligase)
6
Phương pháp biến nạp
7
Phương pháp tải nạp
8
Sinh vật biến đổi gene
(sinh vật chuyển gene)
9 Tạo thực vật biến đổi gene
10 Tạo động vật biến đổi gene
Nội dung
T
T
1 Công nghệ gene
2
Công nghệ DNA tái tổ hợp
3
Nguyên lý DNA tái tổ hợp
4
Enzyme cắt giới hạn
(restrictase)
Giải nghĩa
là các quy trình kĩ thuật liên quan đến việc nghiên cứu vể sự biểu hiện gene, chỉnh
sửa gene và chuyển gene, từ đó, có thể tạo ra các tế bào, cơ thể sinh vật có hệ gene
biểu hiện những tính trạng mong muốn. Hiện nay, công nghệ gene đang được sử
dụng phổ biến là công nghệ DNA tái tổ hợp
là quy trình kĩ thuật dựa trên nguyên lí tái tổ hợp DNA và biểu hiện gene, tạo ra sản
phẩm là DNA tái tổ hợp và protein tái tổ hợp với số lượng lớn phục vụ cho đời sổng
con người. DNA tái tổ hợp có thể được lưu trữ trong thư viện gene hoặc cDNA
(1) nguyên lí tái tổ hợp DNA là sự dung hợp giữa hai hay nhiêu đoạn DNA gắn với
nhau tạo ra phân tử DNA tái tổ hợp
(2) nguyên lí biểu hiện gene là thông tin mã hoá trình tự amino acid trên gene được
biểu hiện thành protein trong tế bào sống thông qua cơ chế phiên mã và dịch mã
có khả năng cắt hai mạch của phân tử DN A của tê' bào cho và tê' bào nhận tại các
trình tự nucleotide xác định (vị trí nhận biết) tạo nên các đẩu dính có trình tự
nucleotide bổ sung, tạo điều kiện cho việc bắt cặp giữa hai đoạn DNA với nhau
5
6
7
8
9
10
Enzyme nối (ligase)
có chức năng xúc tác hình thành liên kết phosphodiester nối hai
đoạn DNA với nhau
Phương pháp biến nạp
dùng muối CaCI2 hoặc xung điện để làm dãn màng sinh chất của tế
bào, tạo điểu kiện cho DNA tái tổ hợp xâm nhập vào tế bào.
Phương pháp tải nạp
cho thể thực khuẩn (virus xâm nhiễm vi khuẩn) mang gene cẩn
chuyển xâm nhập vào tế bào vật chủ
Sinh vật biến đổi gene
là các sinh vật chứa gene ngoại lai trong hệ gene, được tạo ra nhờ kĩ
(sinh vật chuyển gene)
thuật chuyển gene
Tạo thực vật biến đổi gene chuyển gene nhờ Ti plasmid ((đã làm mất khả năng gây bệnh) có
nguồn gốc từ vi khuẩn đất Agrobacterium tumefaciens: trên plasmid
của vi khuẩn này có một đoạn T-DNA (Transfer DNA, chứa các gene
tạo khối u của vi khuẩn) có thể gắn với DNA của tế bào chủ., dùng
súng dùng súng bắn gene, chuyển gene trực tiếp qua ống phấn, vi
tiêm ở tế bào trần, dùng virus,...
Tạo động vật biến đổi gene vi tiêm, dùng tế bào gốc phôi, dùng tinh trùng làm vector chuyển
gene,...
Phiếu học tập số 2. Hoàn thành các nội dung sau
a) Quan sát Hình 4.6 và mô tả quy trình tạo DNA tái tổ hợp.
b) Quan sát Hình 4.7, hãy cho biết công
nghệ DNA tái tổ hợp được ứng dụng trong
những lĩnh vực nào. Cho ví dụ.
Phiếu học tập số 3. Hoàn thành các nội dung sau
+ Để tạo động vật và thực vật chuyển gene người ta thường làm như thế nào?
+ Quan sát Hình 4.8, hãy cho biết nguyên lí của tạo thực vật biến đổi gene.
+ Quan sát Hình 4.9, hãy cho biết nguyên lí của tạo động vật biến đổi gene.
II. CÔNG NGHỆ GENE
Công nghệ gene là các quy trình kĩ thuật liên quan đến việc nghiên cứu vể sự biểu hiện
gene, chỉnh sửa gene và chuyển gene, từ đó, có thể tạo ra các tế bào, cơ thể sinh vật có hệ gene
biểu hiện những tính trạng mong muốn. Hiện nay, công nghệ gene đang được sử dụng phổ biến
là công nghệ DNA tái tổ hợp.
1.Công nghệ DNA tái tổ hợp
a. Khái niệm
Công nghệ DNA tái tổ hợp là quy trình kĩ thuật dựa trên nguyên lí tái tổ hợp DNA và biểu
hiện gene, tạo ra sản phẩm là DNA tái tổ hợp và protein tái tổ hợp với số lượng lớn phục vụ
cho đời sổng con người. DNA tái tổ hợp có thể được lưu trữ trong thư viện gene hoặc cDNA.
Công nghệ DNA tái tổ hợp đóng vai trò quan trọng trong nhiểu lĩnh vực khác nhau như tạo
protein tái tổ hợp phục vụ cho y học hoặc xử lí ô nhiễm môi trường, nghiên cứu chức năng của
gene,...
b. Nguyên lí
(1) nguyên lí tái tổ hợp DNA là sự dung hợp giữa hai hay nhiêu đoạn DNA gắn với nhau tạo ra phân tử DNA tái tổ hợp,
(2) nguyên lí biểu hiện gene là thông tin mã hoá trình tự amino acid trên gene được biểu hiện thành protein trong tế bào
sống thông qua cơ chế phiên mã và dịch mã.
Quy trình tạo DNA tái tổ hợp gồm 3 bước:
(1) Tách dòng và tạo DNA tái tổ hợp: Nguyên liệu được sử dụng là đoạn DNA hoặc gene mã hoá protein mong muốn,
plasmid là loại vector được sử dụng phổ biến. Để tạo DNA tái tổ hợp, các nhà khoa học đã sử dụng các loại enzyme:
enzyme cắt giới hạn, enzyme nối. Sau khi được tạo thành, DNA tái tổ hợp sẽ được chuyển vào tế bào nhận. Có hai
phương pháp chuyển DNA tái tổ hợp vào tế bào chủ là phương pháp biến nạp và phương pháp tải nạp.
(2) Biểu hiện gene và phân tích biểu hiện gene:
+ Để gene chuyển có thể biểu hiện trong tế bào chủ, các nhà khoa học sử dụng vector biểu hiện gene. Tế bào chủ mang
DNA tái tổ hợp được nuôi cấy trong môi trường thích hợp nhằm tạo điều kiện cho gene chuyển được biểu hiện.
+ Để nhận biết được tế bào vi khuẩn nào có chứa DNA tái tổ hợp, có thể phân tích sự có mặt và hợp nhất của gene
chuyển trong tế bào chủ bằng kĩ thuật PCR hoặc lai phân tử. Sau quá trình biểu hiện gene, protein tái tổ hợp được tách
chiết từ các dòng tế bào chủ và được kiểm tra bằng phương pháp điện di.
(3) Sản xuất protein tái tổ hợp: Sau khi được thu nhận, người ta tiến hành đánh giá chất lượng protein tái tổ hợp về đặc
tính và chức năng so với protein tự nhiên. Cuối cùng, protein tái tổ hợp được đưa vào sản xuất ở các quy mô công nghệ
khác nhau.
c. Một số thành tựu:
- Tạo chủng vi khuẩn tái tổ hợp:
+ Tạo các chủng vi khuẩn E. coli mang gene sản xuất protein tái tổ hợp: hormone sinh trưởng (GH) ở động vật có vú,
somatostatin, insulin, kháng thể đơn dòng, enzyme, vaccine, interferon,...
+ Tạo chủng vi khuẩn tái tổ hợp có khả năng phân huỷ chất độc ứng dụng trong xử lí môi trường,...
+ Nhân dòng các gene để tạo thư viện hệ gene.
- Tạo chủng vi nấm tái tổ hợp:
+ Tạo dòng nấm men mang gene (chứa điểm khởi đầu nhân đôi, trình tự DNA lập lại,...) của người và nhiều loài sinh vật
khác, phục vụ cho việc phân tích trình tự nucleotide, xác định các vùng chức năng và nghiên cứu các cơ chế biểu hiện của
các gene này.
+ Tạo chủng nấm men sản xuất enzyme tái tổ hợp, các protein của người,...
2. Tạo thực vật và động vật biến đổi gene
a. Khái niệm:
Sinh vật biến đổi gene (sinh vật chuyển gene) là các sinh vật chứa gene ngoại lai (gene có nguồn gốc từ một cá thể
khác, có thể cùng loài hoặc khác loài) trong hệ gene, gene ngoại lai có thể gắn vào những vị trí khác nhau trên nhiễm sắc
thể.
Để tạo sinh vật biến đổi gene, người ta áp dụng kĩ thuật chuyển gene
+ Chuyển gene (biến nạp di truyền) là kĩ thuật biến nạp DNA tái tổ hợp mang gene ngoại lai vào dòng tê' bào mô chủ,
sau đó cho dòng tế bào mô chủ tái sinh thành sinh vật biến đối gene
Nguyên lí của tạo thực vật biến đổi gene:
+ Chuyển gene vào cơ thể thực vật, vector được sử dụng phổ biến là Ti plasmid. Chuyển gene vào thực vật có thể dùng
súng bắn gene, chuyển gene trực tiếp qua ống phấn, vi tiêm ở tế bào trần, dùng virus,...
Chuyển plasmid tái tổ hợp vào tế bào thực vật có thể tiến hành theo hai phương pháp:
(1) biến nạp vào tế bào thực vật nuôi cấy nhờ xung điện,
(2) chuyển plasmid tái tổ hợp vào trở lại vi khuẩn A. tumefaciens rồi cho vi khuẩn lây nhiễm vào tế bào thực vật nuôi
cấy hoặc trực tiếp vào cây.
Nguyên lí của tạo động vật biến đổi gene: Dùng phươg pháp vi tiêm hoặc sử dụng vius, tế bào trứng, tinh trùng, tế bào
gốc phôi…Chuyển gene có thể ở tế bào soma hoặc tb sinh dục.
+ Để xác định sự có mặt của gene chuyển —> phân tích sinh vật chuyển gene bằng kĩ thuật PCR, lai phân tử
c. Một số thành tựu
Ứng dụng kĩ thuật chuyển gene có thể tạo các giống sinh vật biển đổi gene mang các đặc tính có lợi cho
con người như tạo giống thực vật có khả náng kháng sâu bệnh, thuốc diệt cỏ, chống chịu với điều kiện
môi trường bất lợi,...; tạo giống động vật sản xuất các chế phẩm sinh học, thuốc chữa bệnh cho con
người,...
BỔ SUNG KIẾN THỨC
Thực phẩm biến đổi gen (GMO) là thuật ngữ để chỉ những
thực phẩm (bao gồm cả động vật và thực vật) đã được
can thiệp sinh học để biến đổi gen, thông qua kĩ thuật di
truyền, các gen tự nhiên của cây trồng, vật nuôi đã bị biến
đổi nhằm mục đích nâng cao giá trị dinh dưỡng, năng
suất, mùi vị và khả năng chống chịu sâu bệnh.
Sản xuất sản phẩm của sinh vật biến đổi gen sử dụng làm thực
phẩm cần đáp ứng quy định sau:
+ Tuân thủ quy định của pháp luật về sản xuất, kinh doanh
thực phẩm;
+ Bảo đảm sinh vật biến đổi gen đã được cấp Giấy xác nhận
đủ điều kiện sử dụng làm thực phẩm hoặc có tên trong Danh
mục sinh vật biến đổi gen được cấp Giấy xác nhận đủ điều
kiện sử dụng làm thực phẩm;
+ Sản phẩm của sinh vật biến đổi gen mà sinh vật biến đổi gen
đó đã được cấp Giấy xác nhận đủ điều kiện sử dụng làm thực
phẩm hoặc có tên trong Danh mục sinh vật biến đổi gen được
cấp Giấy xác nhận đủ điều kiện sử dụng làm thực phẩm, trừ
trường hợp Giấy xác nhận sinh vật biến đổi gen đủ điều kiện
sử dụng làm thực phẩm bị xem xét thu hồi.
Thực phẩm oganoc Đây là những loại nông sản được
nuôi trồng, bảo quản và chế biến trong môi trường
thuần tự nhiên, không sử dụng thuốc trừ sâu, phân bón
tổng hợp, công nghệ sinh học và phóng xạ hóa học. Để
đạt được chứng nhận hữu cơ, sản phẩm organic phải
trải qua nhiều bước kiểm tra kĩ lưỡng ngay từ khi bắt
đầu được nuôi trồng.
Sinh
vật biến đổi gen được cấp Giấy xác nhận đủ điều
kiện sử dụng làm thực phẩm phải đáp ứng một trong
các điều kiện sau:
+ Sinh vật biến đổi gen được Hội đồng an toàn thực
phẩm biến đổi gen thẩm định hồ sơ đăng ký cấp Giấy
xác nhận sinh vật biến đổi gen đủ điều kiện sử dụng
làm thực phẩm kết luận sinh vật biến đổi gen đó không
có các rủi ro không kiểm soát được đối với sức khỏe
con người.
+ Sinh vật biến đổi gen được ít nhất 05 nước phát triển
cho phép sử dụng làm thực phẩm và chưa xảy rủi ro ở
các nước đó.
LUYỆN TẬP
Công nghệ gene có vai trò như thế nào đối với đời sống con người?
Công nghệ gene đem lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống con người:
- Công nghệ gene là một giải pháp mới trong chọn tạo giống cây trồng, vật nuôi, vi sinh
vật phục vụ sản xuất và đời sống của con người.
- Công nghệ gene giúp phát triển các phương pháp mới để chẩn đoán, điều trị và phòng
tránh các bệnh di truyền và các bệnh lí khác.
San
Theo em, việc tạo giống sinh vật biến đổi gene có trái với đạo đức sinh học không? Tại sao? Quan điểm
của em như thế nào về việc sản xuất và sử dụng sản phẩm biến đổi gene?
Việc tạo giống sinh vật biến đổi gene có trái với đạo đức sinh học hay
không còn phụ thuộc vào mục đích và quy trình nghiên cứu, sản xuất và
sử dụng sản phẩm biến đổi gene. Giải thích: Sinh vật biến đổi gene và sản
phẩm của chúng có nhiều lợi ích nhưng luôn tiềm ẩn các rủi ro mà con
người chưa đánh giá hết được. Vì vậy, cần tuân thủ đầy đủ các quy tắc
đạo đức cũng như quy định của pháp luật trong nghiên cứu về sinh vật
biến đổi gene, sản xuất và sử dụng sản phẩm biến đổi gene.
Quan điểm của bản thân: Ủng hộ việc sản xuất và sử dụng sản phẩm biến
đổi gene nếu những sản phẩm biến đổi gene đó không vi phạm đạo đức
sinh học cũng như các quy định của pháp luật. Lưu ý, các sản phẩm biến
đổi gene khi đưa ra thị trường cần có tính minh bạch (ghi rõ trên bao bì
sản phẩm là thực phẩm biến đổi gene để cho người tiêu dùng lựa chọn).
Xin cảm ơn!
Các bạn có bất kỳ câu hỏi nào cho chúng tôi
không?
CẶP ĐÔI HOÀN HẢO
H: Trước đây, các loại protein (hormone, enzyme, kháng thể,...) tự nhiên được phân lập trực tiếp từ cơ
thể của các loài sinh vật. Tuy nhiên, phương pháp này gặp nhiều khó khăn trong quá trình tinh sạch, chi
phí sản xuất cao, phải sử dụng số lượng lớn động vật, hoạt tính của protein chưa được như mong muốn,
thành phần amino acid của protein ở động vật khác so với ở người nên có thể gây hiện tượng dị ứng
khi sử dụng,... Các nhà khoa học có thể khắc phục những khó khăn này bằng cách nào?
I. HỆ GENE
Câu 1. Hãy trình bày khái niệm hệ gene và đọc thông tin trong Bảng 4.1, hãy nhận xét tính đặc trưng về
hệ gene ở một số loài sinh vật
Câu 2. Đọc đoạn thông tin trang 22, 23 và quan sát Hình 4.1, hãy cho biết:
a) Kết quả của dự án Hệ gene người là gì?
b) Hiện nay, giải mã hệ gene người đang được ứng dụng trong những lĩnh vực nào? Cho ví dụ.
a, Kết quả của dự án Hệ gene người: các nhà sinh học phân tử đã giải được
trình tự toàn bộ 3,1 tỉ cặp nucleotide trong bộ nhiễm sắc thể đơn bội của người
và xác định được số lượng gene cũng như nhièu đặc điểm của hệ gene người.
b, Ứng dụng:
Sử dụng liệu pháp nhằm trúng đích trong điều trị ung thư: Dựa vào sự có mặt
của các loại protein đặc trưng ở tế bào ung thư (protein HER2 đối với ung thư
vú; protein EGFR đối với ung thư phổi, ung thư đại tràng;...) để chế tạo và sử
dụng các loại thuốc đặc trị để ức chế các loại protein đó có thể làm chậm sự
phát triển của tế bào ung thư.
Cung cấp thông tin trong lĩnh vực pháp y và khoa học hình sự thông qua so sánh trình tự gene ở người: Phân tích
và so sánh các trình tự nucleotide lặp lại kế tiếp (Short Tandem Repeat – STR) đặc trưng giữa các cá thể giúp xác định
danh tính của nạn nhân trong các vụ tai nạn, truy tìm được thủ phạm trong các vụ án hình sự.
Nghiên cứu sự phát triển cá thể, cơ chế gây bệnh di truyền ở người: Thiết kế các chip DNA, “Lab-on-a-chip” dựa
trên trình tự nucleotide đã biết của hệ gene người giúp phân tích được sự biểu hiện của nhiều gene ở người trong các giai
đoạn khác nhau của quá trình phát triển cá thể.
Câu 3. Tại sao việc giải mã thành công hệ gene người đã
mở ra nhiều triển vọng trong việc bảo vệ sức khoẻ con
người?
Việc giải mã thành công hệ gene người giúp giải thích cơ chế gây đột biến hoặc bất thường ở gene
gây ra biểu hiện tính trạng bệnh ở người, đồng thời mở ra hướng điều trị mới là sửa chữa hoặc loại bỏ các
gene gây bệnh và thay vào đó là gene lành (hay còn gọi là liệu pháp gene). Điều đó đã đóng góp rất lớn
trong việc bảo vệ sức khỏe con người
KIẾN THỨC CỐT LÕI
I. HỆ GENE
1. Khái niệm hệ gene:
- Hệ gene (genome) là toàn bộ trình tự các nucleotide trên DNA có trong tế bào của cơ thể sinh vật.
Hệ gene được chia thành:
+ Hệ gene đơn bội (sinh vật nhân sơ, giao tử của sinh vật nhân thực)
+ Hệ gene lưỡng bội (tế bào sinh vật nhân thực).
Các loài sinh vật khác nhau có hệ gene đặc trưng về kích thước hệ gene (được tính bằng hàm lượng DNA) và số lượng
gene
Trong hệ gene của vi khuẩn, các gene phân bố trên phân tử DNA vùng nhân và DNA plasmid
Hệ gene ở sinh vật nhân thực gồm các gene nằm trên nhiễm sắc thể trong nhân tế bào và các gene trong ti thể, lục lạp
2. Thành tựu và ứng dụng của giải mã hệ gene người
- Nhờ công nghệ giải trình tự toàn bộ các phân tử DNA có trong tế bào -> giúp xác định được hệ gene của các loài sinh
vật -> Tìm ra cấu trúc và chức năng của gene
- Ứng dụng:
+ Trong y học: Giúp sàng lọc, phòng và điều trị một số bệnh di truyền, giám định pháp y, xác định danh tính hoặc mối
quan hệ họ hàng
+ Trong nghiên cứu tiến hóa:So sánh trình tự trong hệ gene giữa các loài sinh vật biết được mối quan hệ tiến hóa.
II. ĐỘT BIẾN GENE
Câu 1. Quan sát hình ảnh, hãy cho biết thế nào là gene đột biến và ảnh hưởng của đột biến gene đến
sinh vật.
Sở dĩ chú ngựa vằn có ngoại hình đặc biệt như vậy là bởi vì nó mắc
phải một loại đột biến di truyền hiếm gọi là pseudomelanism, dạng
đột biến này khiến lông của chúng mang một kiểu sọc bất thường.
Chú hải cẩu này sở hữu vẻ ngoài hoàn toàn khác
biệt với đồng loại. Nguyên nhân là chú mắc bệnh
bạch tạng. Được biết hội chứng này rất hiếm gặp ở
động vật và có thể làm suy giảm sức khỏe của
chúng.
Câu 2: Quan sát Hình 4.2, hãy
a) Xác định các dạng đột biến điểm.
b) Dự đoán sự thay đổi của gene (số lượng và trình tự nucleotide, số liên kết hydrogen) và protein sẽ bị ảnh hưởng như thế
nào trong mỗi dạng đột biến đó.
a. Đột biến mất một cặp nucleotide: số lượng, trình tự
nucleotide và số liên kết hydrogen bị thay đổi, làm thay đổi
khung đọc mã di truyền từ vị trí xảy ra đột biến trở về sau (đột
biến dịch khung) dẫn đến làm thay đổi trình tự amino acid
trong chuỗi polypeptide và thay đổi chức năng của protein..
b. Đột biến thêm cặp nucleotide: số lượng, trình tự nucleotide
và số liên kết hydrogen bị thay đổi, từ đó có thể làm thay đổi
trình tự amino acid trong chuỗi polypeptide và thay đổi chức
năng của protein.
c, Đột biến thay thế một cặp nucleotide: không thay đổi về số lượng nucleotide. Số liên kết hydrogen, trình tự nucleotide
có thể bị thay đổi, từ đó có thể làm thay đổi trình tự amino acid trong chuỗi polypeptide và thay đổi chức năng của
protein.
Câu 3. Đột biến gene diễn ra theo hướng nào ít làm biến đổi chuỗi polypeptide nhất? Giải thích.
Đột biến đồng nghĩa (đột biến im lặng) ít làm biến đổi chuỗi nucleotide nhất. Vì đột biến này làm
cho codon này bị biến đổi thành một codon khác nhưng mã hoá cùng một loại amino acid, có nghĩa là
chuỗi nucleotide không thay đổi.
Câu 4: Tại sao thường xuyên tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt
trời có thể gây đột biến gene?
Vì trong ánh nắng mặt trời có chứa tia UV. Tác động của tia
UV có thể làm cho hai base thymine kế nhau trên cùng một
mạch liên kết với nhau, làm biến dạng DNA dẫn đến phát sinh
đột biến thêm hoặc mất một cặp nucleotide (đột biến gene).
Câu 5: Quan sát Hình 4.4, dự đoán dạng đột biến gene khi có mặt nucleotide dạng hiếm. Vẽ sơ đồ minh hoạ cơ
chế phát sinh đột biến.
Dạng đột biến gene khi có mặt nucleotide dạng
hiếm: đột biến thay thế một cặp nucleotide.
Sơ đồ minh họa cơ chế phát sinh:
T* - A => T* - G => G - C.
Câu 6: Quan sát Hình 4.5, mô tả cơ chế phát sinh đột biến gene khi
có sự tác động của 5–BU.
Cơ chế phát sinh đột biến gene khi có sự tác động của 5-BU: 5-BU
là chất hoá học có khả năng bắt cặp bổ sung với adenine hoặc guanine
gây đột biến thay thế cặp A – T thành cặp G - C hoặc ngược lại. Khi
DNA nhân đôi lần 1, 5-BU thay thế T bắt cặp với A; sau đó DNA nhân
đôi lần 2, mạch chứa 5-BU trở thành mạch khuôn, 5-BU bắt cặp với G;
đến khi DNA nhân đôi lần thứ 3, theo NTBS thì G liên kết với C; từ đó
gây ra đột biến thay thế một cặp A-T thành một cặp G-C.
Câu 7. Một số ví dụ về vai trò của đột biến gene trong chọn giống:
Đột biến làm xuất hiện bộ ba kết thúc sớm khiến cho chồi cây cải phân nhánh mạnh đã được
con người chọn lọc tạo nên các loại súp lơ trắng và súp lơ xanh, trong khi nhánh tiến hoá có cùng tổ
tiên không bị đột biến hình thành nên các giống bắp cải và cải xoăn.
Một đột biến ở gene điều hoà làm tăng lượng cơ bắp đã được phát hiện ở lợn và được chọn lọc
tạo ra giống lợn có thịt siêu nạc.
KIẾN THỨC CỐT LÕI
II. ĐỘT BIẾN GENE
1. Khái niệm đột biến gene
Đột biến gene là những biến đổi xảy ra trong cấu trúc của gene, có thể liên quan đến một cặp nucleotide (đột biến điểm) hoặc một số cặp
nucleotide
+ Đột biến gene có tính thuận nghịch (đột biến từ allele trội thành allele lặn và ngược lại), có thể xảy ra một cách ngẫu nhiên với tân số thấp (từ 10 6
– 10-4) hoặc do sự tác động của các tác nhân gây đột biến với tần số cao hơn
+ Thể đột biến: Các cá thể mang gene đột biến đã biểu hiện thành kiểu hình
+ Đa số đột biến gene thường là đột biến lặn và có thể có hại cho sinh vật do làm giảm sức sống, phát sinh các bệnh và tật di truyền, có thể gây
chết ở thể đột biến. Tuy nhiên, một số trường hợp đột biến gene có thể có lợi hoặc trung tính.
2. Các dạng đột biến gene
+ Đột biến thay thế một cặp nucleotide: Một cặp nucleotide trong gene được thay thế bằng một cặp nucleotide khác, có thể làm thay đổi trình tự
amino acid trong chuỗi polypeptide và thay đổi chức năng của protein.
+ Đột biến mất hoặc thêm một cặp nucleotide: Đột biến làm cho gene bị mất hoặc thêm một cặp nucleotide sẽ làm thay đổi khung đọc mã di
truyền từ vị trí xảy ra đột biến trở về sau (đột biến dịch khung) dẫn đến làm thay đổi trình tự amino acid trong chuỗi polypeptide và thay đổi chức
năng của protein.
Lưu ý: Tuỳ theo mức độ ảnh hưởng của đột biến lên chuỗi polypeptide mà đột biến gene có thể diễn ra theo các hướng
Đột biến đông nghĩa (đột biến im lặng): Đột biến làm cho codon này bị biến đổi thành một codon khác nhưng mã hoá cùng một loại amino acid.
Đột biến sai nghĩa: Đột biến làm cho codon mã hoá amino acid này bị biến đổi thành codon mã hoá cho amino acid khác
Đột biến vô nghĩa: Đột biến làm cho codon mã hoá amino acid trở thành codon kết thúc.
KIẾN THỨC CỐT LÕI
3. NGUYÊN NHÂN VÀ CƠ CHẾ PHÁT SINH ĐỘT BIẾN GENE
1. Nguyên nhân phát sinh đột biến gene: Nguyên nhân bên trong hoặc bên ngoài
- Do những rối loạn sinh lí, hoá sinh của tế bào dẫn đến sai sót trong quá trình nhân đôi DNA, gây biến dạng DNA
hoặc biến đổi cấu trúc hoá học của các nucleotide.
- Do sự tác động của các tác nhân gây đột biến gồm:
+ Tác nhân vật lí: tia phóng xạ, tia tử ngoại (tia UV), nhiệt,...
+ Tác nhân hóa học: ethyl methanesulfonate (EMS), 5-bromouracil (5-BU), N-Nitroso-N-methylurea (NMU),...
+ Tác nhân sinh học: một số virus như viêm gan B, HPV,... cũng có thể gây nên các đột biến gene.
2. Cơ chế phát sinh đột biến gene
- Đột biến gene có thể xảy ra do tác động cùa các yếu tố bên trong cơ thể sinh vật, dẫn đến hiện tượng bắt cặp nhầm
trong tái bản DNA.
- Tiền đột biến: sự thaỵ đổi một nucleotide nào đó dẫn đến sự sai khác trên một mạch của phân tử DNA (quá trình tái
bản DNA gặp sai sót) —> Các tiền đột biến không được sữa chữa sẽ tạo ra đột biến gene.
- Đột biến gene tự phát: chủ yếu do sự biến đổi cấu trúc từ nucleotide dạng thường thành nucleotide dạng hiếm có vị
trí liên kết hydrogen bị thay đổi dẫn đến sự bắt cặp nucleotide sai trong quá trình nhân đôi DNA
- Đột biến gene cảm ứng: do sự tác động của các tác nhân gây đột biến dẫn đến sai sót trong quá trình nhân đôi DNA
4. Vai trò của đột biến gene
Đối với tiến hoá: Đột biến gene cung cấp nguón nguyên liệu cho quá trình tiến hoá của sinh vật
Đối với chọn giống: Đột biến gene cung cấp nguồn nguyên liệu cho quá trình chọn, tạo giống.
Đối với nghiên cứu di truyền: Các thể đột biến gene tự nhiên hoặc nhân tạo được các nhà khoa học
dùng trong nhiều nghiên cứu di truyền nhằm xác định các quỵ luật di truyền, cơ chế điều hoà biểu hiện
gene, cơ chế phát sinh đột biển gene, xây dựng bảng mã di truyền, làm sáng tỏ mối quan hệ giữa gene
và protein
Trưởng nhóm
III. CÔNG NGHỆ GENE
Phiếu học tập 1. Hoàn thành bảng sau
TT
Nội dung
1 Công nghệ gene
Giải nghĩa
2
Công nghệ DNA tái tổ hợp
3
Nguyên lý tạo DNA tái tổ hợp
4
Enzyme cắt giới hạn (restrictase)
5
Enzyme nối (ligase)
6
Phương pháp biến nạp
7
Phương pháp tải nạp
8
Sinh vật biến đổi gene
(sinh vật chuyển gene)
9 Tạo thực vật biến đổi gene
10 Tạo động vật biến đổi gene
Nội dung
T
T
1 Công nghệ gene
2
Công nghệ DNA tái tổ hợp
3
Nguyên lý DNA tái tổ hợp
4
Enzyme cắt giới hạn
(restrictase)
Giải nghĩa
là các quy trình kĩ thuật liên quan đến việc nghiên cứu vể sự biểu hiện gene, chỉnh
sửa gene và chuyển gene, từ đó, có thể tạo ra các tế bào, cơ thể sinh vật có hệ gene
biểu hiện những tính trạng mong muốn. Hiện nay, công nghệ gene đang được sử
dụng phổ biến là công nghệ DNA tái tổ hợp
là quy trình kĩ thuật dựa trên nguyên lí tái tổ hợp DNA và biểu hiện gene, tạo ra sản
phẩm là DNA tái tổ hợp và protein tái tổ hợp với số lượng lớn phục vụ cho đời sổng
con người. DNA tái tổ hợp có thể được lưu trữ trong thư viện gene hoặc cDNA
(1) nguyên lí tái tổ hợp DNA là sự dung hợp giữa hai hay nhiêu đoạn DNA gắn với
nhau tạo ra phân tử DNA tái tổ hợp
(2) nguyên lí biểu hiện gene là thông tin mã hoá trình tự amino acid trên gene được
biểu hiện thành protein trong tế bào sống thông qua cơ chế phiên mã và dịch mã
có khả năng cắt hai mạch của phân tử DN A của tê' bào cho và tê' bào nhận tại các
trình tự nucleotide xác định (vị trí nhận biết) tạo nên các đẩu dính có trình tự
nucleotide bổ sung, tạo điều kiện cho việc bắt cặp giữa hai đoạn DNA với nhau
5
6
7
8
9
10
Enzyme nối (ligase)
có chức năng xúc tác hình thành liên kết phosphodiester nối hai
đoạn DNA với nhau
Phương pháp biến nạp
dùng muối CaCI2 hoặc xung điện để làm dãn màng sinh chất của tế
bào, tạo điểu kiện cho DNA tái tổ hợp xâm nhập vào tế bào.
Phương pháp tải nạp
cho thể thực khuẩn (virus xâm nhiễm vi khuẩn) mang gene cẩn
chuyển xâm nhập vào tế bào vật chủ
Sinh vật biến đổi gene
là các sinh vật chứa gene ngoại lai trong hệ gene, được tạo ra nhờ kĩ
(sinh vật chuyển gene)
thuật chuyển gene
Tạo thực vật biến đổi gene chuyển gene nhờ Ti plasmid ((đã làm mất khả năng gây bệnh) có
nguồn gốc từ vi khuẩn đất Agrobacterium tumefaciens: trên plasmid
của vi khuẩn này có một đoạn T-DNA (Transfer DNA, chứa các gene
tạo khối u của vi khuẩn) có thể gắn với DNA của tế bào chủ., dùng
súng dùng súng bắn gene, chuyển gene trực tiếp qua ống phấn, vi
tiêm ở tế bào trần, dùng virus,...
Tạo động vật biến đổi gene vi tiêm, dùng tế bào gốc phôi, dùng tinh trùng làm vector chuyển
gene,...
Phiếu học tập số 2. Hoàn thành các nội dung sau
a) Quan sát Hình 4.6 và mô tả quy trình tạo DNA tái tổ hợp.
b) Quan sát Hình 4.7, hãy cho biết công
nghệ DNA tái tổ hợp được ứng dụng trong
những lĩnh vực nào. Cho ví dụ.
Phiếu học tập số 3. Hoàn thành các nội dung sau
+ Để tạo động vật và thực vật chuyển gene người ta thường làm như thế nào?
+ Quan sát Hình 4.8, hãy cho biết nguyên lí của tạo thực vật biến đổi gene.
+ Quan sát Hình 4.9, hãy cho biết nguyên lí của tạo động vật biến đổi gene.
II. CÔNG NGHỆ GENE
Công nghệ gene là các quy trình kĩ thuật liên quan đến việc nghiên cứu vể sự biểu hiện
gene, chỉnh sửa gene và chuyển gene, từ đó, có thể tạo ra các tế bào, cơ thể sinh vật có hệ gene
biểu hiện những tính trạng mong muốn. Hiện nay, công nghệ gene đang được sử dụng phổ biến
là công nghệ DNA tái tổ hợp.
1.Công nghệ DNA tái tổ hợp
a. Khái niệm
Công nghệ DNA tái tổ hợp là quy trình kĩ thuật dựa trên nguyên lí tái tổ hợp DNA và biểu
hiện gene, tạo ra sản phẩm là DNA tái tổ hợp và protein tái tổ hợp với số lượng lớn phục vụ
cho đời sổng con người. DNA tái tổ hợp có thể được lưu trữ trong thư viện gene hoặc cDNA.
Công nghệ DNA tái tổ hợp đóng vai trò quan trọng trong nhiểu lĩnh vực khác nhau như tạo
protein tái tổ hợp phục vụ cho y học hoặc xử lí ô nhiễm môi trường, nghiên cứu chức năng của
gene,...
b. Nguyên lí
(1) nguyên lí tái tổ hợp DNA là sự dung hợp giữa hai hay nhiêu đoạn DNA gắn với nhau tạo ra phân tử DNA tái tổ hợp,
(2) nguyên lí biểu hiện gene là thông tin mã hoá trình tự amino acid trên gene được biểu hiện thành protein trong tế bào
sống thông qua cơ chế phiên mã và dịch mã.
Quy trình tạo DNA tái tổ hợp gồm 3 bước:
(1) Tách dòng và tạo DNA tái tổ hợp: Nguyên liệu được sử dụng là đoạn DNA hoặc gene mã hoá protein mong muốn,
plasmid là loại vector được sử dụng phổ biến. Để tạo DNA tái tổ hợp, các nhà khoa học đã sử dụng các loại enzyme:
enzyme cắt giới hạn, enzyme nối. Sau khi được tạo thành, DNA tái tổ hợp sẽ được chuyển vào tế bào nhận. Có hai
phương pháp chuyển DNA tái tổ hợp vào tế bào chủ là phương pháp biến nạp và phương pháp tải nạp.
(2) Biểu hiện gene và phân tích biểu hiện gene:
+ Để gene chuyển có thể biểu hiện trong tế bào chủ, các nhà khoa học sử dụng vector biểu hiện gene. Tế bào chủ mang
DNA tái tổ hợp được nuôi cấy trong môi trường thích hợp nhằm tạo điều kiện cho gene chuyển được biểu hiện.
+ Để nhận biết được tế bào vi khuẩn nào có chứa DNA tái tổ hợp, có thể phân tích sự có mặt và hợp nhất của gene
chuyển trong tế bào chủ bằng kĩ thuật PCR hoặc lai phân tử. Sau quá trình biểu hiện gene, protein tái tổ hợp được tách
chiết từ các dòng tế bào chủ và được kiểm tra bằng phương pháp điện di.
(3) Sản xuất protein tái tổ hợp: Sau khi được thu nhận, người ta tiến hành đánh giá chất lượng protein tái tổ hợp về đặc
tính và chức năng so với protein tự nhiên. Cuối cùng, protein tái tổ hợp được đưa vào sản xuất ở các quy mô công nghệ
khác nhau.
c. Một số thành tựu:
- Tạo chủng vi khuẩn tái tổ hợp:
+ Tạo các chủng vi khuẩn E. coli mang gene sản xuất protein tái tổ hợp: hormone sinh trưởng (GH) ở động vật có vú,
somatostatin, insulin, kháng thể đơn dòng, enzyme, vaccine, interferon,...
+ Tạo chủng vi khuẩn tái tổ hợp có khả năng phân huỷ chất độc ứng dụng trong xử lí môi trường,...
+ Nhân dòng các gene để tạo thư viện hệ gene.
- Tạo chủng vi nấm tái tổ hợp:
+ Tạo dòng nấm men mang gene (chứa điểm khởi đầu nhân đôi, trình tự DNA lập lại,...) của người và nhiều loài sinh vật
khác, phục vụ cho việc phân tích trình tự nucleotide, xác định các vùng chức năng và nghiên cứu các cơ chế biểu hiện của
các gene này.
+ Tạo chủng nấm men sản xuất enzyme tái tổ hợp, các protein của người,...
2. Tạo thực vật và động vật biến đổi gene
a. Khái niệm:
Sinh vật biến đổi gene (sinh vật chuyển gene) là các sinh vật chứa gene ngoại lai (gene có nguồn gốc từ một cá thể
khác, có thể cùng loài hoặc khác loài) trong hệ gene, gene ngoại lai có thể gắn vào những vị trí khác nhau trên nhiễm sắc
thể.
Để tạo sinh vật biến đổi gene, người ta áp dụng kĩ thuật chuyển gene
+ Chuyển gene (biến nạp di truyền) là kĩ thuật biến nạp DNA tái tổ hợp mang gene ngoại lai vào dòng tê' bào mô chủ,
sau đó cho dòng tế bào mô chủ tái sinh thành sinh vật biến đối gene
Nguyên lí của tạo thực vật biến đổi gene:
+ Chuyển gene vào cơ thể thực vật, vector được sử dụng phổ biến là Ti plasmid. Chuyển gene vào thực vật có thể dùng
súng bắn gene, chuyển gene trực tiếp qua ống phấn, vi tiêm ở tế bào trần, dùng virus,...
Chuyển plasmid tái tổ hợp vào tế bào thực vật có thể tiến hành theo hai phương pháp:
(1) biến nạp vào tế bào thực vật nuôi cấy nhờ xung điện,
(2) chuyển plasmid tái tổ hợp vào trở lại vi khuẩn A. tumefaciens rồi cho vi khuẩn lây nhiễm vào tế bào thực vật nuôi
cấy hoặc trực tiếp vào cây.
Nguyên lí của tạo động vật biến đổi gene: Dùng phươg pháp vi tiêm hoặc sử dụng vius, tế bào trứng, tinh trùng, tế bào
gốc phôi…Chuyển gene có thể ở tế bào soma hoặc tb sinh dục.
+ Để xác định sự có mặt của gene chuyển —> phân tích sinh vật chuyển gene bằng kĩ thuật PCR, lai phân tử
c. Một số thành tựu
Ứng dụng kĩ thuật chuyển gene có thể tạo các giống sinh vật biển đổi gene mang các đặc tính có lợi cho
con người như tạo giống thực vật có khả náng kháng sâu bệnh, thuốc diệt cỏ, chống chịu với điều kiện
môi trường bất lợi,...; tạo giống động vật sản xuất các chế phẩm sinh học, thuốc chữa bệnh cho con
người,...
BỔ SUNG KIẾN THỨC
Thực phẩm biến đổi gen (GMO) là thuật ngữ để chỉ những
thực phẩm (bao gồm cả động vật và thực vật) đã được
can thiệp sinh học để biến đổi gen, thông qua kĩ thuật di
truyền, các gen tự nhiên của cây trồng, vật nuôi đã bị biến
đổi nhằm mục đích nâng cao giá trị dinh dưỡng, năng
suất, mùi vị và khả năng chống chịu sâu bệnh.
Sản xuất sản phẩm của sinh vật biến đổi gen sử dụng làm thực
phẩm cần đáp ứng quy định sau:
+ Tuân thủ quy định của pháp luật về sản xuất, kinh doanh
thực phẩm;
+ Bảo đảm sinh vật biến đổi gen đã được cấp Giấy xác nhận
đủ điều kiện sử dụng làm thực phẩm hoặc có tên trong Danh
mục sinh vật biến đổi gen được cấp Giấy xác nhận đủ điều
kiện sử dụng làm thực phẩm;
+ Sản phẩm của sinh vật biến đổi gen mà sinh vật biến đổi gen
đó đã được cấp Giấy xác nhận đủ điều kiện sử dụng làm thực
phẩm hoặc có tên trong Danh mục sinh vật biến đổi gen được
cấp Giấy xác nhận đủ điều kiện sử dụng làm thực phẩm, trừ
trường hợp Giấy xác nhận sinh vật biến đổi gen đủ điều kiện
sử dụng làm thực phẩm bị xem xét thu hồi.
Thực phẩm oganoc Đây là những loại nông sản được
nuôi trồng, bảo quản và chế biến trong môi trường
thuần tự nhiên, không sử dụng thuốc trừ sâu, phân bón
tổng hợp, công nghệ sinh học và phóng xạ hóa học. Để
đạt được chứng nhận hữu cơ, sản phẩm organic phải
trải qua nhiều bước kiểm tra kĩ lưỡng ngay từ khi bắt
đầu được nuôi trồng.
Sinh
vật biến đổi gen được cấp Giấy xác nhận đủ điều
kiện sử dụng làm thực phẩm phải đáp ứng một trong
các điều kiện sau:
+ Sinh vật biến đổi gen được Hội đồng an toàn thực
phẩm biến đổi gen thẩm định hồ sơ đăng ký cấp Giấy
xác nhận sinh vật biến đổi gen đủ điều kiện sử dụng
làm thực phẩm kết luận sinh vật biến đổi gen đó không
có các rủi ro không kiểm soát được đối với sức khỏe
con người.
+ Sinh vật biến đổi gen được ít nhất 05 nước phát triển
cho phép sử dụng làm thực phẩm và chưa xảy rủi ro ở
các nước đó.
LUYỆN TẬP
Công nghệ gene có vai trò như thế nào đối với đời sống con người?
Công nghệ gene đem lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống con người:
- Công nghệ gene là một giải pháp mới trong chọn tạo giống cây trồng, vật nuôi, vi sinh
vật phục vụ sản xuất và đời sống của con người.
- Công nghệ gene giúp phát triển các phương pháp mới để chẩn đoán, điều trị và phòng
tránh các bệnh di truyền và các bệnh lí khác.
San
Theo em, việc tạo giống sinh vật biến đổi gene có trái với đạo đức sinh học không? Tại sao? Quan điểm
của em như thế nào về việc sản xuất và sử dụng sản phẩm biến đổi gene?
Việc tạo giống sinh vật biến đổi gene có trái với đạo đức sinh học hay
không còn phụ thuộc vào mục đích và quy trình nghiên cứu, sản xuất và
sử dụng sản phẩm biến đổi gene. Giải thích: Sinh vật biến đổi gene và sản
phẩm của chúng có nhiều lợi ích nhưng luôn tiềm ẩn các rủi ro mà con
người chưa đánh giá hết được. Vì vậy, cần tuân thủ đầy đủ các quy tắc
đạo đức cũng như quy định của pháp luật trong nghiên cứu về sinh vật
biến đổi gene, sản xuất và sử dụng sản phẩm biến đổi gene.
Quan điểm của bản thân: Ủng hộ việc sản xuất và sử dụng sản phẩm biến
đổi gene nếu những sản phẩm biến đổi gene đó không vi phạm đạo đức
sinh học cũng như các quy định của pháp luật. Lưu ý, các sản phẩm biến
đổi gene khi đưa ra thị trường cần có tính minh bạch (ghi rõ trên bao bì
sản phẩm là thực phẩm biến đổi gene để cho người tiêu dùng lựa chọn).
Xin cảm ơn!
Các bạn có bất kỳ câu hỏi nào cho chúng tôi
không?
 







Các ý kiến mới nhất