Nguyen Huy Hoang - Sinh Hoc Phan Tu

8/3/2019 Nguyen Huy Hoang - Sinh Hoc Phan Tu

http://slidepdf.com/reader/full/nguyen-huy-hoang-sinh-hoc-phan-tu 1/21

Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Đại học Thái Nguyên

Đại học Sư phạm

Công nghệ DNA tái tổ hợp

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Chu Hoàng Mậu

Học viên thực hiện : Nguyễn Huy Hoàng

Chuyên ngành : Di truyền học - K16

Thái Nguyên - 2009



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 1. Mở đầu

1.1. Công nghệ DNA tái tổ hợp là gì?

Công nghệ DNA tái tổ hợp (còn gọi là kỹ thuật ditruyền hay kỹ thuật gen) là một bộ phận quan trọng và làcông nghệ chìa khóa (key technology) của lĩnh vực côngnghệ sinh học.

Công nghệ DNA tái tổ hợp được ra đời trên cơ sở cácthành tựu của sinh học phân tử và hiện nay đang đóng vai tròcách mạng đối với sự phát triển của sinh học cũng như cải tạo sinh giới.

Các kỹ thuật tái tổ hợp DNA đã cho phép các nhà công

nghệ sinh học phân lập và khuếch đại một gen đơn từ genome của một sinh vật để có thể nghiên cứu, biến đổi vàchuyển nó vào trong một cơ thể sinh vật khác. Các kỹ thuật này còn được gọi là tạo dòng gen do nó có thể sản xuất ramột số lượng lớn các gen xác định.



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 1. Mở đầu

Sự khám phá ra các enzyme hạn chế trong những

năm đầu của thập kỷ 70, thế kỷ XX là sự phát triển then

chốt, không chỉ cho việc phân tích DNA hiệu quả hơn,

mà còn cung cấp khả năng cắt phân tử DNA để tạo racác đoạn DNA tái tổ hợp mới, mà ngày nay gọi là tạo

dòng gen. Phương pháp tạo dòng này đã báo hiệu một kỹ năng mới trong thao tác phân tích và khai thác các

phân tử nucleic acid.



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 1.2. Mục đích tạo DNA tái tổ hợp

DNA tái tổ hợp được chế tác với mục đích là để thực hiện một quá trình gọi là sự tách dòng. Tách dòng là sự

tách lập và thu nhận nhiều bản sao đồng nhất của một genhay của một mảnh đoạn DNA. Tách dòng có thể được đi kèm hoặc không được đi kèm với sự biểu hiện protein.

Những áp dụng này của DNA tái tổ hợp dùng để thiết lập các ngân hàng bộ gen, cDNA hoặc tổng hợp protein,

enzyme, hormone, ...

Hình 1.1. Cấu tạo phân tử DNA tái tổ hợp



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 1.3. Quy trình tạo DNA tái tổ hợp

Quy trìnhcông nghệ tạo

DNA tái tổ hợp gồm 4 bước:

- Tách đoạn gen.

- Ghép đoạn gen

với vector.- Nhân dòng phântử trong tế bào vikhuẩn.

- Sàng lọc dòng vikhuẩn mang genmong muốn.

Hình 1.2. Quy trình tạo DNA tái tổ hợp



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 1.4. Một vài công trình nghiên cứu về công nghệDNA tái tổ hợp

- Năm 1972, phân tử DNA tái tổ hợp đầu tiên được

tạo ra tại trường Đại học Stanford ( Mỹ ) do nhà khoa

học Paul Berg và các cộng sự thực hiện bằng cách sử

dụng đặc tính cắt của enzym giới hạn (Restriction

enzym) và khả năng nối các mạch DNA với nhau của enzym nối ligase.

- Năm 1973, Staley Cohen và Boyer đã tạo ra

những phân tử DNA tái tổ hợp từ các loài khác nhau, có

nhiều ưu điểm và đã được biến nạp vào tế bào chủ. Và từ đây, công nghệ DNA tái tổ hợp ra đời.

- Hoormone sinh trưởng người (hGH-human

growth hoocmon) là thành tựu đầu tiên của công nghệ

DNA tái tổ hợp.



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn

- Vào những năm đầu của thập kỷ 80 thế kỷ XX,

người ta đã sản xuất interferol, sản xuất protein chống đông máu v.v… nhờ kỹ thuật ADN tái tổ hợp

- Năm 1979, đã sản xuất và thương mại hóa

hoormone insulin người bằng công nghệ DNA tái tổ hợp

bằng cách chèn gen mã hóa hoormone insulin của người vào plasmid và chuyển vào vi khuẩn để sản xuất insulin

người.



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 2. Công nghệ DNA tái tổ hợp và những thànhtựu đã đạt được

2.1. Khái niệm

DNA tái tổ hợp làmột phân tử DNA nhỏ, được lắp ráp từ các đoạn DNA lấy từ thể truyền và

gen cần chuyển. Năm 1973, Staley

Cohen và Annie Chang đã tạo ra những phân tử DNAtái tổ hợp từ các loài khácnhau, có nhiều ưu điểm vàđã được biến nạp trong tế bào chủ. Và từ đây, côngnghệ DNA tái tổ hợp ra đời. Hình 2.1. Quy trình tạo

phân tử DNA tái tổ hợp

ổ



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 2. Công nghệ DNA tái tổ hợp và những thànhtựu đã đạt được

2.2. Một số thành tựu đã đạt được:- Vaccine DNA: đây là loại nucleic acid vaccine,

dựa trên nguyên lý một gen mã hóa cho protein kháng

nguyên đặc hiệu được tiêm vào vật chủ (tế bào động

vật hoặc vi sinh vật) để sản xuất các kháng nguyên này

và khởi động một phản ứng miễn dịch. Nhiều vaccine

phòng virus hiện nay (sởi, bại liệt, dại…) đều được sản

xuất từ nuôi cấy tế bào động vật mà không phải là tế bào vi sinh vật.

ề



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Phân lập một hoặc nhiều gen

từ tác nhân gây bệnh

(pathogen), đưa các gen này

vào trong vòng DNA của plasmid và đóng lại (a). Các

vòng DNA sau đó được đưa

vào trong các nhóm tế bào

nhỏ, thường bằng cách tiêmvào tế bào cơ (b) hoặc đẩy

vào da nhờ súng bắn gen (c).

Các gen được chọn lựa mã

hóa cho các kháng nguyên,

các chất có thể gây ra một đáp ứng miễn dịch, thường

được sản xuất bởi tác nhân

gây bệnh.

Hình 2.2. Mô hình sản xuấ t

DNA vaccine




Có tính an toàn cao, nhất là tránh được độc tính của

virus.

Một số vaccine DNA tái tổ hợp đã được ứng dụng

rộng rãi như: viêm gan B, viêm não Nhật Bản, dịch tả, sởi, bại liệt, dại, sốt rét, lỡ mồm long móng...

- Vaccine thực phẩm Giá thành rẻ

Ổn định

Dễ dàng sản xuất trên quy mô lớn

Dễ quản lý

Không cần tinh sạch

Bảo quản lâu

Dễ vận chuyển




Hình 2.3. Mô hình sản xuất vaccine thực phẩm




Ứng dụng của vaccine thực phẩm kháng bệnh IBDV trên gà Hình 2.4. Ứng dụng của vaccine thực phẩm

kháng bệnh IBDV trên gà

ấ ằ



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn - Sản xuất insullin bằng kĩ thuật plasmit

Phân lập gen sản xuất insulin ở người, chuyển vào tế

bào vi khuẩn E.Coli thông qua plasmit.

Tổng hợp nhân tạo các gen mã hóa chuỗi A và B của insulin người và đưa vào E.Coli thông qua kĩ thuật tạo

plasmit tái tổ hợp.

- Sản xuất xomatostatin bằng công nghệ plasmit táitổ hợp

Xomatostatin là loại hormon được tổng hợp ở não

người và động vật với lượng cực nhỏ, có vai trò điều hòa

hormon sinh trưởng và insulin đi vào máu và kiểm tra xự tổng hợp 2 hormon trên.

Gen mã hóa xomatostatin được tổng hợp invitro, sau

đó gắn vào plasmit. Plasmit tái tổ hợp được biến nạp vào tế

bào E.Coli và xomatostatin được tổng hợp.



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn - Sản xuất interferonbằng công nghệ plasmit tái tổ hợp

Interferon là loại prrotein đặc biệt, có vai trò bảo vệ cơ thể động vật khi bị nhiễm virut. Người ta đã tách gen mã

hóa interferon từ cơ thể sống và ghép vào plasmit, đưa vàoE.Coli để sản xuất interferon.

-Ứng dụngcôngnghệADN táitổ hợptrongsản xuấtnôngnghiệp

Công nghệ AND tái tổ hợp đã tạo nên trên 40 giống cây

trồng mới có năng suất cao, mang gen chống chịu sâu bệnh.Thành công trong việc tách dòng gen Nif là gen tổng

hợp enzyme xúc tác cho quá trình cố định nitơ phân tử, cótrong plasmit của vi khuẩn nốt sần cây họ Đậu chuyển vàocác cây không phải họ Đậu, tạo ra giống mới cho năng suất cao mà không cần đến phân đạm.

Tạo ra giống thuốc lá mới mang gen kháng virut TMV( tobaco mosaic virus).




Hình 2.5. Tạo dòng vi khuẩn mang DNA tái tổ hợpcó chứa gen insulin người




Hình 2.6. Tạo vaccine virus H5N1,cơ chế loại độc tính ở gen HA của virus H5N1

ẻ




Hình 2.7. Vaccine tái tổ hợp HBsAg

Tài liệ hi ẻ i W Si hH d



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn - Sản xuất các protein tái tổ hợp + Hormone sinh trưởng người (N. tabacum).+ Albumin huyết thanh người (N. tabacum vàS. tuberosum) + Nhân tố sinh trưởng biểu mô ở người(N. tabacum)

+ α-interferon người (O. sativa)+ Hirudin (chống đông máu) (N. tabacum)+ Erythorpoetin (N. tabacum) + α and β haemoglobin người (N. tabacum)

+ Interleukin-2 và Interleukin-4 (N. tabacum)+ α1-antitrypsin người (O. sativa)+ mGM-CSF (N. tabacum), hGM-CSF+ Kháng thể đơn dòng IgG1 của chuột

(N. tabacum)

Tài liệ hi ẻ t i W Si hH d



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn 3. Kết luận

Khi những thí nghiệm khởi đầu dẫn đến sự ra đời

của kỹ thuật DNA tái tổ hợp được thực hiện và sự xuất hiện insulin-sản phẩm đầu tiên vào năm 1982, và thí

nghiệm chuyển gen vào cây trồng năm 1982 thành công

thì đến nay công nghệ DNA tái tổ hợp đã có những bước

tiến khổng lồ trong các lĩnhvực nông nghiệp (cải thiện giống cây trồng...), y dược (liệu pháp gen, liệu pháp

protein, chẩn đoán bệnh...), công nghiệp thực phẩm (cải thiện các chủng vi sinh vật, vaccine thực phẩm...)...

Với những kỹ thuật hiện đại, công nghệ DNA chắc

chắn sẽ phát triển mạnh mẽ trong tương lai với nhiều

thành tựu quan trọng mà hiện nay vẫn còn đang được

nghiên cứu.

Tài liệ hi ẻ t i W Si hH d



Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tài liệu tham khảo

1. www.ebook4u.vn.2. www.violet.vn

3. Giáo trình Công nghệ sinh học 4. Lê Đình Lương-Quyền Đình Thi, 2004. Kỹ

thuật di truyền và ứng dụng , Nxb ĐHQG Hà Nội.

5.Võ Thị Thương Lan, 2005. Sinh học phân tử ,NXB ĐHQG Hà Nội.6. Phạm Thành Hổ, 2004. Di Truyền Học.

NXB Giáo dục, Hà Nội.

7. Chu Hoàng Mậu, 2005. Cơ sở và phương pháp sinh học phân tử , NXB ĐHSP TháiNguyên.

8.Phạm Thành Hổ, 2005. Nhập môn công nghệ sinh học. NXB Giáo dục, Hà Nội.

Documents

Nguyen Huy Hoang - Sinh Hoc Phan Tu