BÀI 5: CÔNG NGHỆ GENE

A - MỤC TIÊU BÀI HỌC

- Nêu được khái niệm, nguyên lí và một số thành tựu của công nghệ DNA tái tổ hợp.

- Nêu được khái niệm, nguyên lí và một số thành tựu của tạo thực vật và động vật biến đổi gene.

- Tranh luận, phản biện được về việc sản xuất và sử dụng sản phẩm biến đổi gene và đạo đức sinh học.

B - NHỮNG KIẾN THỨC CẦN GHI NHỚ

I. CÔNG NGHỆ DNA TÁI TỔ HỢP

1. Khái niệm

- Công nghệ DNA tái tổ hợp là quy trình kĩ thuật tạo ra phân tử DNA từ hai nguồn khác nhau (thường từ hai loài) rồi chuyển vào tế bào nhận với mục đích tạo ra được nhiều sản phẩm protein của gene chuyển.

2. Nguyên lí

(1) Tách chiết DNA ra khỏi tế bào và tinh sạch;

(2) Sử dụng enzyme cắt giới hạn (restrictase) cắt vector và tách gene chuyển ra khỏi DNA từ nguồn cho gene. 

- DNA của vector và gene chuyển được gắn với nhau qua sự bắt đôi bổ sung ở các đầu dính.

- Liên kết phosphodiester được nối lại bằng enzyme ligase để tạo DNA tái tổ hợp.

- Chuyển DNA tái tổ hợp vào tế bào nhận và sàng lọc tuyển chọn dòng tế bào mang vector tái tổ hợp.

3. Một số thành tựu

Trong ngành dược phẩm:

- Chế phẩm insulin (1979) nhờ công nghệ DNA tái tổ hợp trong tế bào vi khuẩn; 

- E.coli mang gene sản xuất somatostatin (hormone điều hòa các hormone khác ở người);

- Tạo chủng vi sinh vật lành tính có mang một số gene gây bệnh, phục vụ nghiên cứu, sản xuất vaccine;

- Cừu sản xuất protein huyết thanh;

- Bò sản xuất protein người;...

Trong ngành công nghiệp và bảo vệ môi trường

- Vi sinh vật sản xuất ethanol; 

- Vi sinh vật xử lí nước thải; 

- Vi sinh vật xử lí các hóa chất độc hại; 

- Vi sinh vật tách chiết các kim loại nặng; 

- Vi sinh vật thu hồi dầu;

Trong nông nghiệp:

- Một số loại vi khuẩn biến đổi gene giúp cây trồng tăng cường hấp thụ nitrogen, ức chế các vi khuẩn và nấm gây bệnh cho cây;

- Tạo ra các giống cây trồng biến đổi gene, có khả năng kháng bệnh;

- Giống cà chua được bất hoạt gene sản xuất ethylene giúp tăng thời gian bảo quản;

- Giống lúa có gene sản xuất β-carotene;...

II. CÔNG NGHỆ TẠO THỰC VẬT VÀ ĐỘNG VẬT BIẾN ĐỔI GENE

1. Khái niệm sinh vật biến đổi gene

- Khái niệm: Sinh vật biến đổi gene là sinh vật có hệ gene đã được biến đổi hoặc có thêm gene mới từ loài khác.

- Mục đích: tạo ra các sinh vật mang đặc điểm mới phục vụ cho nhu cầu của con người.

2. Nguyên lí tạo động vật và thực vật biến đổi gene

- Nguyên lí tạo động vật biến đổi gene: 

+ Sử dụng trứng vừa mới được thụ tinh dùng làm tế bào nhận gene chuyển.

+ Vi tiêm bản sao của gene cần chuyển vào trong tế bào trứng mới thụ tinh (khi nhân của tinh trùng và nhân của trứng chưa hòa nhập).

+ Gene chuyển tích hợp vào hệ gene của một trong hai nhân, trứng hoặc tinh trùng.

+ Hợp tử chuyển gene → phôi nang → tử cung của “mẹ nuôi”, cho mang thai → sinh ra sinh vật chuyển gene.

- Nguyên lí tạo thực vật biến đổi gene: 

+ Tạo DNA tái tổ hợp.

+ Dùng súng bắn gene (bắn các hạt chứa DNA tái tổ hợp được bọc bằng vàng hay vonfram vào tế bào) hoặc dùng virus → nuôi cấy cho tái sinh → cây chuyển gene.

3. Một số thành tựu

Đối với thực vật

- “Lúa vàng” có thêm gene tổng hợp nên tiền chất của vitamin A.

- Giống bông chuyển gene có được gene lấy từ vi khuẩn tạo ra độc tố chống lại sâu hại nên khi trồng cây không phải sử dụng thuốc trừ sâu hóa học.

Đối với động vật:

- Cừu chuyển gene đã được tạo ra có gene quy định protein antithrombin của người.

- Cá hồi chuyển gene có thêm gene quy định hormone sinh trưởng có tốc độ sinh trưởng cao hơn nhiều so với cá hồi bình thường.