Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

I.ĐẶT VẤN ĐỀ

Công nghệ sinh học (CNSH) là ngành khoa học ứng dụng hiểu biết của con người về các hệ thống sống để sử dụng các hệ thống này hoặc các thành phần của chúng cho các mục đích công nghiệp. Đây là một ngành mũi nhọn, hiện đang được cả thế giới quan tâm do có tốc độ phát triển nhanh chóng và đang tạo ra một cuộc cách mạng sinh học trong nông nghiệp, công nghiệp, thực phẩm, y – dược, bảo vệ môi trường, vật liệu...

Từ các sản phẩm công nghệ lên men truyền thống đến các sản phẩm của công nghệ sinh học hiện đại như : sinh vật biến đổi gen, động vật nhân bản, nuôi cấy tế bào gốc, công nghệ sinh học nanô...đã cho thấy phạm vi nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ sinh học ngày càng mở rộng và đa dạng, hướng đến một sự phát triển mới là nền công nghiệp công nghệ sinh học. Điều này cho thấy công nghệ sinh học chính là sự phối hợp của khoa học và công nghệ để khai thác những kiến thức về các hệ thống sống cho các ứng dụng thực hành.

Cùng với các ngành mũi nhọn khác (công nghệ thông tin và công nghệ vật liệu mới ), công nghệ sinh học sẽ góp phần khai thác tối ưu các nguồn lực của đất nước phục vụ phát triển sản xuất, nâng cao chất lượng cuộc sống của nhân dân và chuẩn bị những tiền đề cần thiết về mặt công nghệ cao cho đất nước tiến vào thế kỷ XXI.

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT431

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

II. NỘI DUNG

1. Lịch sử hình thành và phát triển công nghệ sinh họcCông nghệ sinh học (CNSH) là quá trình sản xuất các sản phẩm trên quy

mô công nghiệp, trong đó nhân tố tham gia trực tiếp và quyết định là các tế bào sống (vi sinh vật, thực vật, động vật). Mỗi tế bào sống của cơ thể sinh vật hoạt động trong lĩnh vực sản xuất này được xem như một lò phản ứng nhỏ.

Đầu những năm 1980, đã bắt đầu hình thành công nghệ sinh học hiện đại là lĩnh vực công nghiệp sử dụng hoạt động sinh học của các tế bào đã được biến đổi di truyền. Công nghệ sinh học hiện đại ra đời cùng với sự xuất hiện kỹ thuật gen. Cơ sở sinh học được áp dụng ở đây bao gồm sinh học phân tử, sinh học tế bào, hóa sinh học, di truyền học, vi sinh vật học, miễn dịch học, cùng các nguyên lý kỹ thuật máy tính...

Quá trình phát triển công nghệ sinh học qua ba cuộc cách mạng : Cách mạng sinh học lần thứ nhất (đầu thế kỷ XX): sử dụng quá trình

lên men công nghiệp như glutamic acid, các polysaccharide. Trong đó, có các thành tựu về đột biến, tạo các chủng vi sinh vật cho năng suất và hiệu quả cao, phát triển các quá trình lên men liên tục và phát hiện phương pháp mới về bất động enzyme để sử dụng nhiều lần...

Cách mạng sinh học lần thứ hai (sau thế chiến thứ II): sản xuất kháng sinh, các sản phẩm lên men công nghiệp như glutamic acid, các polysaccharide... Trong đó, có các thành tựu về đột biến, tạo các chủng vi sinh vật cho năng suất và hiệu quả cao, phát triển các quá trình lên men liên tục và phát hiện phương pháp mới về bất động enzyme để sử dụng nhiều lần...

Cách mạng sinh học lần thứ ba (bắt đầu từ giữa thập niên 1970): với các phát hiện quan trọng về enzyme cắt hạn chế, enzyme gắn, sử dụng plasmid làm vector tạo dòng, đặt nền móng cho một nền công nghệ sinh học hoàn toàn mới đó là công nghệ DNA tái tổ hợp.

Ngoài ra, có thể hiểu công nghệ sinh học hình thành và phát triển qua 4 giai đoạn:

Giai đoạn 1:Hình thành rất lâu trong việc sử dụng các phương pháp lên men vi sinh

vật để chế biến và bảo quản thực phẩm, ví dụ sản xuất pho mát, dấm ăn, làm bánh mì, nước chấm, sản xuất rượu bia… Trong đó, nghề nấu bia có vai trò rất đáng kể. Ngay từ cuối thế kỷ XIX, Pasteur đã cho thấy vi sinh vật đóng vai trò quyết định trong quá trình lên men. Kết quả nghiên cứu của Pasteur là cơ sở cho sự phát triển của ngành công nghiệp lên men sản xuất dung môi hữu cơ như aceton, ethanol, butanol, isopropanol… vào cuối thế kỷ XIX, đầu thế kỷ XX.

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT432

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

Giai đoạn 2:Nổi bật nhất của quá trình phát triển công nghệ sinh học trong giai

đoạn này là sự hình thành nền công nghiệp sản xuất thuốc kháng sinh penicillin, khởi đầu gắn liền với tên tuổi của Fleming, Florey và Chain (1940). Trong thời kỳ này đã xuất hiện một số cải tiến về mặt kỹ thuật và thiết bị lên men vô trùng cho phép tăng đáng kể hiệu suất lên men. Các thí nghiệm xử lý chất thải bằng bùn hoạt tính và công nghệ lên men yếm khí tạo biogas chứa chủ yếu khí methane, CO2 và tạo nguồn phân bón hữu cơ có giá trị cũng đã được tiến hành và hoàn thiện.

Giai đoạn 3:Bắt đầu từ những năm 50 của thế kỷ XX, song song với việc hoàn

thiện các quy trình công nghệ sinh học truyền thống đã có từ trước, một số hướng nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học đã hình thành và phát triển mạnh mẽ nhờ một loạt những phát minh quan trọng trong ngành sinh học nói chung và sinh học phân tử nói riêng. Đó là việc lần đầu tiên xác định được cấu trúc của protein (insulin), xây dựng mô hình cấu trúc xoắn kép của phân tử DNA (1953). Chính những phát minh trong giai đoạn này làm tiền đề cho các nghiên cứu và ứng dụng sau này vào công nghệ sinh học hiện đại.

Giai đoạn 4:Bắt đầu từ năm 1973, 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 của nó vào năm 1982, cùng với thí nghiệm chuyển gen vào cây trồng cũng thành công vào năm này. Đến nay, công nghệ sinh học hiện đại đã có những bước tiến khổng lồ trong các lĩnh vực 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...)...

Công nghệ sinh học được phân biệt thành 2 nhóm : Công nghệ sinh học truyền thống. Bao gồm : Thực phẩm lên men truyền thống Công nghệ lên men vi sinh vật Sản xuất phân bón và thuốc trừ sâu vi sinh vật Sản xuất sinh khối giàu protein Nhân giống vô tính bằng nuôi cấy mô và tế bào thực vật Thụ tinh nhân tạo Công nghệ sinh học hiện đại. Bao gồm : Nghiên cứu genome Nghiên cứu proteome Thực vật và động vật chuyển gen Động vật nhân bản Chip DNA

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT433

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

Liệu pháp tế bào và gen Protein biệt dược Tin sinh học Công nghệ sinh học nano Hoạt chất sinh học

2. Ứng dụng của công nghệ sinh học Công nghệ sinh học trong nông nghiệpLĩnh vực nông nghiệp tuy không phải là mục tiêu phát triển hàng đầu

của công nghệ sinh học ở nhiều nước công nghiệp trên thế giới, nhưng trên thực tế những hoạt động nghiên cứu và phát triển, sản xuất và thương mại hóa ở lĩnh vực này cũng được nhiều tập đoàn lớn quan tâm. Có thể nêu ba lĩnh vực chính :

Giống cây trồng và vật nuôi nhân vô tính và chuyển gen mang những đặc điểm nông – sinh quý giá mà các phương pháp truyền thống không tạo ra được đồng thời lại được bảo vệ thông qua bản quyền tác giả.

Các chế phẩm sinh học dùng trong bảo vệ cây trồng, vật nuôi như : vaccine, thuốc trừ sâu bệnh và phân bón vi sinh.

Công nghệ bảo quản và chế biến nông – hải sản bằng các chế phẩm vi sinh và enzyme. Giá trị nông sản được nâng lên nhiều lần và quy trình công nghệ đi kèm trang thiết bị là một dạng hàng hóa trong kinh doanh chuyển giao công nghệ.

Ngoài ra có thể liệt kê thêm một số lĩnh vực khác:

Công nghệ sinh học chế biến thực phẩm : Các enzyme (amylase, rennin, invertase, pectinase...), các chất phụ gia thực phẩm (các chất tạo ngọt, hương vị, tạo màu, bột nở và làm ổn định các vitamin, các amino acid, các chất chống ôxy hóa, các chất bảo quản, các chất hoạt hóa bề mặt...)

Các loại thức ăn bổ sung cho chăn nuôi (kháng sinh mới...) Các loại thuốc trừ sâu, diệt cỏ với tính đặc hiệu tăng lên (các sản

phẩm Bt, các baculovirus, tuyến trùng ký sinh...) Các hormone sinh trưởng thực vật (các cytokinin...) Các hóa chất chẩn đoán bệnh cho động - thực vật.Đây là lĩnh vực công nghệ sinh học có nhiều đóng góp quan trọng. Các

sản phẩm công nghệ sinh học trong nông nghiệp chứa đựng triển vọng hứa hẹn đối với người tiêu dùng và nông dân. Hiện nay, các ứng dụng công nghệ

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT434

Ứng dụng công nghệ sinh học trong nông nghiệp

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

sinh học trong nông nghiệp đang tập trung vào các hướng : chọn lọc và biến đổi di truyền cây trồng để có được các đặc điểm mong muốn (năng suất cao, phẩm chất tốt, thích nghi với các điều kiện ngoại cảnh bất lợi...), nuôi cấy mô và tế bào thực vật để nhân nhanh giống cây trồng, sản xuất các kháng thể đơn dòng để phục vụ chẩn đoán các bệnh thực vật và động vật, thụ tinh trong ống nghiệm và cấy chuyển phôi ở vật nuôi, cải thiện năng suất và chất lượng của động vật, nuôi trồng thủy sản, chế biến thực phẩm...

Nhìn chung, trong những năm qua công nghệ sinh học đã có những tác động rất tích cực trong sản xuất nông nghiệp, tạo ra một cuộc cách mạng sâu sắc trong lĩnh vực giống cây trồng, vật nuôi và chế biến lương thực, thực phẩm. Nhiều kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng trong sản xuất và đem lại những giá trị kinh tế lớn lao.

Công nghệ sinh học trong y dược Cho đến nay, có lẽ thành tựu công nghệ sinh học được thể hiện rõ nhất

là ở lĩnh vực y học như liệu pháp protein và liệu pháp gen để chữa trị một số bệnh hiểm nghèo (ung thư, nhiễm virus và hiện đang thử nghiệm chữa trị bệnh AIDS..) cũng như để chẩn đoán bệnh (viêm gan, sốt xuất huyết, sán lá gan...) và phòng bệnh (vaccine). Hiện nay, hầu hết các sản phẩm quan trọng sau đây đều được sản xuất trên cơ sở công nghệ sinh học, bao gồm các ứng dụng sau:

Các loại kháng sinh và các chất diệt khuẩn, các loại vitamin và chất bổ dưỡng, các loại amino acid và hỗn hợp của chúng trong dịch truyền, các loại vaccine và các loại hormone chữa bệnh.

Các bộ kit chuẩn dùng trong chẩn đoán bệnh và chẩn đoán hóa sinh trong y dược.

Cây trồng và vật nuôi được cấy chuyển những gen sản sinh ra các loại protein trị liệu đang là mục tiêu đầu tư của khá nhiều công ty y dược hàng đầu trên thế giới hiện nay.

Cụ thể là nghiên cứu và sản xuất các dược phẩm, các kháng thể đơn dòng, interferon, các hormone (hormone sinh trưởng, insulin, erthropoietin, thrombopoietin,...), các enzyme (urokinase, heparinase, alcohol, dehydrogenase...), các protein khác (các kháng nguyên đặc hiệu, albumin, antithrombin, fibronectin...), các kháng sinh, thuốc và vitamin mới, các dược phẩm có bản chất protein, các loại vaccine viêm gan B, C, HIV, cúm, sốt rét, viêm não, tả và các tác nhân gây bệnh tiêu chảy, các kit chẩn đoàn như : chẩn đoán sự có mặt HIV, virus viêm gan B và C trong máu, một số chẩn đoán thai..., liệu pháp gen : điều trị các gen gây bệnh di truyền.

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT435

Ứng dụng công nghệ sinh học trong y học

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

Hiện nay, các công ty công nghệ sinh học y dược hàng đầu thế giới đang tập trung vào nghiên cứu tạo ra sản phẩm chống lại các căn bệnh như : HIV/AIDS, các loại bệnh ung thư, tiểu đường, các bệnh tim mạch, các bệnh truyền nhiễm...2.3. Công nghệ sinh học trong công nghiệp và chế biến thực phẩm

Công nghệ sinh học công nghiệp bao gồm các lĩnh vực sản xuất các loại enzyme như : amylase, cellulase và protease dùng trong công nghiệp dệt, công nghiệp xà phòng và mỹ phẩm, công nghiệp bánh kẹo, rượu bia và nước giải khát...Sau đây là các loại sản phẩm của công nghệ sinh học công nghiệp:

Công nghiệp hóa chất: Các hóa chất thông dụng (ví dụ: acrylamide) đều có thể sản xuất bằng công nghệ sinh học. Công nghiệp hóa học sẽ có hiệu quả hơn nếu dùng các chất xúc tác sinh học (enzyme), tái sinh và xử lý các dung môi bằng con đường sinh học.

Quá trình chế biến tinh bột : Dùng các enzyme do công nghệ sinh học tạo ra để dịch hóa và đường hóa tinh bột thành glucose và chuyển hóa thành fructose. Ứng dụng Công nghệ sinh học trong công nghiệp

Công nghiệp làm sạch: Các chất giặt tẩy hiện đại được bổ sung protease và các enzyme khác làm sạch các vết bẩn protein, tinh bột và các chất béo.

Công nghiệp bột gỗ và giấy : Nhu cầu của thị trường và bảo vệ môi trường ngày càng lớn đối với giấy ít chứa các hợp chất chlorine gây ô nhiễm. Quá trình sản xuất bột giấy hiện nay gây ô nhiễm rất nặng. Công nghệ sinh học đưa ra giải pháp sinh học để sản xuất bột giấy không gây ô nhiễm bằng cách sử dụng các loại nấm phân hủy linin-cellulose để tạo bột. Các enzyme cũng được nâng cao chất lượng sợi và chất lượng giấy.

Công nghiệp khai khoáng và phát hiện khoáng sản. Có hai công nghệ : lọc sinh học / oxy hóa sinh học các kim loại, xử lý ô nhiễm kim loại và tái sinh. Công nghệ lọc kim loại dùng các vi sinh vật có thể thu được các kim loại quý như đồng, kẽm và cobalt. Công nghệ xử lý sinh học ô nhiễm có thể áp dụng đối với các kim loại nặng.

2.4. Công nghệ sinh học môi trườngTuy là lĩnh vực khá mới nhưng sự phát triển và ứng dụng của công

nghệ sinh học môi trường rất đáng kể. Mọi quá trình xử lý chất thải nếu

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT436

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

không khép kín bằng xử lý sinh học thì khó có thể thành công trọn vẹn. Các hoạt động chính của công nghệ sinh học môi trường đang được chủ trương là:

Công nghệ phân hủy sinh học : Dùng các cơ thể sống phân hủy các chất thải độc tạo nên các chất không độc như nước, khí CO2 và các vật liệu khác. Bao gồm, công nghệ kích thích sinh học: bổ sung chất dinh dưỡng để kích thích sự sinh trưởng của các vi sinh vật phân hủy chất thải có sẵn trong môi trường, công nghệ bổ sung vi sinh vật vào môi trường để phân hủy các chất ô nhiễm, công nghệ xử lý ô nhiễm kim loại và các chất ô nhiễm khác bằng thực vật và nấm.

Dự phòng môi trường : phát triển các thiết bị thăm dò và theo dõi ô nhiễm môi trường, đặc biệt trong việc dò nước và khí thải công nghiệp trước khi giải phóng ra môi trường.3. Một số thành tựu công nghệ sinh học3.1. Thế giới

Công nghệ sinh học được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi. Góp phần cải thiện cuộc sống con người ngày càng tốt hơn. Nâng cao năng suất sản xuất, tăng khả năng chữa bệnh giúp con người sống lâu hơn.

Các thành tựu đạt được: Trong nông nghiệp:Hiện nay, có 23 quốc gia trên thế giới canh tác cây trồng Công nghệ

sinh học. Những nước sử dụng đất canh tác các loại cây trồng sinh học nhiều nhất là Mỹ, Achentina, Braxin, Canađa, Ấn Độ và Trung Quốc. Diện tích đất trồng cây Công nghệ sinh học trên thế giới liên tục phát triển. Năm 2005, diện tích cây trồng biến đổi gien là 90 triệu ha, đến năm 2007, là 114,3 triệu hecta, chiếm 8% trong tổng số 1,5 tỷ ha diện tích canh tác trên toàn thế giới. Dự kiến đến năm 2015 tổng diện tích gieo trồng các giống cây sinh học của toàn thế giới sẽ đạt khoảng 200 triệu hécta với 40 quốc gia tham gia canh tác.

Tại Mỹ, công nghệ sinh học đã và đang làm thay đổi bộ mặt ngành nông nghiệp. Ứng dụng Công nghệ sinh học trong nông nghiệp đã làm giảm 34% lượng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ. Ấn Độ đang nổi lên trở thành quốc gia đi đầu trong việc ứng dụng công nghệ sinh học tại châu Á. Thành công lớn nhất của Ấn Độ là phát triển cây bông biến đổi gen kháng sâu bệnh và chịu hạn tốt.

Sự thành công đó là nhờ vào các kỹ thuật: Kỹ thuật cấy mô. Kỹ thuật sinh học phân tử. Kỹ thuật di truyền. Trong y học:Cho đến nay, có lẽ thành tựu công nghệ sinh học được thể hiện rõ nét

nhất là ở lĩnh vực y học như liệu pháp protein và liệu pháp gen để chữa trị

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT437

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

một số bệnh hiểm nghèo (ung thư, nhiễm virus và hiện đang thử nghiệm chữa trị bệnh AIDS...) cũng như để chẩn đoán bệnh (viêm gan, sốt xuất huyết, sán lá gan...) và phòng bệnh (vaccine). Ngày nay, với những công cụ của kỹ thuật gen, ngành y không chỉ dựa vào các triệu chứng lâm sàng mà còn có khả năng tác động thẳng vào các nguyên nhân sâu xa của bệnh đó là sự bất thường của gen. Công nghệ sinh học đã xâm nhập vào hầu như mọi lĩnh vực của y học, trong đó đáng kể nhất là lĩnh vực chẩn đoán và phòng ngừa với việc tạo ra các bộ kit chẩn đoán bệnh bằng phương pháp PCR và các DNA vaccine có hiệu quả cao. Lĩnh vực sản xuất thuốc chữa bệnh như interferon, insulin, interleukin, hormone sinh trưởng ở người... ngày càng phát triển mạnh và trở thành một ngành công nghiệp quan trọng. Đặc biệt, liệu pháp gen mặc dù thành tựu còn ít nhưng đã mở ra những triển vọng to lớn trong việc chữa trị những bệnh di truyền và bệnh nan y.

Trong môi trường:Như chúng ta đã biết, thế giới ngày càng phát triển và dân số ngày

càng tăng. Điều đó làm cho môi trường xung quanh chúng ta phải nhận đủ mọi loại rác thải, từ rác thải công nghiệp đến rác thải sinh hoạt.

Xử lý nước thải:Qua nhiều thí nghiệm, các nhà khoa học đã sử dụng vi sinh vật cho quá

trình xử lý. Các hệ thống lọc, bể lọc, quá trình lắng và khử trùng được nghiên cứu và phát triển. Góp phần hạn chế phí phạm nguồn tài nguyên nước của chúng ta.

Ở Singapore, hàng chục năm nay Singapore phải nhập khẩu nước từ bang Johor - Malaysia. Nhưng 2 hiệp ước mua bán nước cấp quốc gia sẽ hết hạn lần lượt vào các năm 2011 và 2061 và quan hệ song phương thường bị ảnh hưởng bởi những bất đồng về giá nước thô. Cho nên Singapore đã tái chế nước thải thành nước uống có tên gọi “NEWater”. Mặc dù chi phí không nhỏ nhưng họ quyết định dùng cả 3 cấp xử lý: Lọc Ultra (UF), lọc thẩm thấu ngược (RO) và thanh trùng bằng tia cực tím (UV), đảm bảo độ tinh khiết tối đa của thành phẩm NEWater. Chất lượng nước đầu ra hoàn toàn an toàn cho ăn uống, sinh hoạt và sử dụng vào các mục đích khác. NEWater trong như pha lê và sạch hơn bất cứ một loại nước nào có trong tự nhiên. Ở Israel, nước thải công nghiệp và sinh hoạt đều được thu gom vào các hệ thống xử lý tập trung. Ở các hệ thống này sử dụng các giải pháp xử lý dựa vào từ tính (sử dụng thanh nam châm để tách các chất hữu cơ độc hại như dầu, chất tẩy rửa, hóa chất nhuộm và kim loại nặng trong nước thải); xử lý bằng phương pháp kết đông điện từ (xử lý loại bỏ kim loại nặng trong nước bằng việc đưa hyđrôxyt kim loại trùng hợp, là phương pháp dùng để xử lý nước thải công nghiệp và đô thị); xử lý bằng cách làm lắng đọng (nước được làm sạch bằng việc lắng chất bẩn có thể được sử dụng trong nông nghiệp)…

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT438

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

3.2. Việt NamTừ năm 1986 trở lại đây, Việt Nam đã có 4 chương trình phát triển

Công nghệ sinh học ở quy mô khác nhau. Các trường đại học của ta hiện có gần 20 khoa đào tạo về Công nghệ sinh học, trong đó số người có trình độ tiến sĩ là khoảng 100. Cả nước cũng có 44 tổ chức khoa học, công nghệ về Công nghệ sinh học, sở hữu 10 phòng thí nghiệm, 6 phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia với số vốn đầu tư lớn đang được triển khai khẩn trương.

Đặc biệt, ngày 4-3-2005, Ban Bí thư Trung ương Đảng đã ban hành Chỉ thị số 50-CT/TƯ về đẩy mạnh phát triển và ứng dụng Công nghệ sinh học phục vụ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Thực tế, Công nghệ sinh học Việt Nam cũng đạt được một số thành công nhất định, trong các lĩnh vực nghiên cứu: gen, tế bào – mô phôi, enzim – protein, vi sinh. Nổi bật hơn cả là việc các nhà khoa học đã nhanh chóng tạo ra các giống cây trồng thuần nhờ áp dụng công nghệ tế bào - mô phôi. Công nghệ sinh học nước ta đã ứng dụng công nghệ thụ tinh trong ống nghiệm,thụ tinh trứng và tinh trùng đông lạnh tại một số bệnh viện tuyến Trung ương, đem lại hạnh phúc cho hàng chục nghìn cặp vợ chồng hiếm muộn. Ngành y tế nước ta cũng đã làm chủ được công nghệ nhân nuôi tế bào gốc phục vụ điều trị bệnh hiểm nghèo và bước đầu tạo ra các động vật có các yếu tố phù hợp cho công tác cấy ghép nội tạng. Công nghệ sản xuất vaccine của Việt Nam hiện được các nước trong khu vực Đông Nam Á đánh giá rất cao nhờ áp dụng một số kết quả nghiên cứu do Công nghệ sinh học mang lại. Tuy nhiên, bên cạnh những thành tựu thì cũng không tránh khỏi những khó khăn hạn chế. Trong quá trình phát triển Công nghệ sinh học giai đoạn 1985 – 2005, số lượng cán bộ nghiên cứu và nhân viên kỹ thuật Công nghệ sinh học của ta còn quá ít, nhất là trong công nghệ gen. Ngoài ra, hầu hết các lĩnh vực Công nghệ sinh học trong nông nghiệp ở nước ta vẫn chỉ là công nghệ... chai lọ, mới hoàn thành được khâu nghiên cứu cơ bản, tính ứng dụng thực tế không cao, đặc biệt là khó mở rộng thành đại trà. Thậm chí, có nhiều công trình vừa nghiên cứu xong, chưa kịp tìm hiểu tính thực tiễn thì lại bỏ đấy để đi tìm cái mới. Theo chương trình nghiên cứu khoa học Công nghệ sinh học trọng điểm Nhà nước giai đoạn 2006 – 2010, đến cuối thời kì này nước ta sẽ cố gắng làm chủ và ứng dụng được công nghệ nền của Công nghệ sinh học và tạo được sản phẩm phục vụ phát triển kinh tế, xã hội.

Một số thành tựu của công nghệ sinh học Việt Nam thời gian qua.a) Trong lĩnh vực nông nghiệpTheo ông Bùi Bá Bổng, Thứ

trưởng Bộ NN & PTNT, thành công nổi bật nhất mà công nghệ sinh học mang lại trong những năm qua là tạo ra

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT439Hiệu quả của công nghệ sinh học

trong nông nghiệp

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

được 100 dòng lúa (DR1, DR2…) đạt độ thuần rất cao, chịu hạn tốt, phẩm chất gạo ngon. Các chuyên gia đã nghiên cứu, thu thập giữ gen 6.658 mẫu, lai tạo gây đột biến 2.716 mẫu tổ hợp và chọn ra được 24 giống công nhận là giống quốc gia. Công nghệ sinh học giúp nước ta tự túc được 25% giống lúa lai F1. Ứng dụng công nghệ gen trong tạo giống cây trồng, chúng ta hoàn thiện được quy trình chuyển gen kháng côn trùng, kháng thuốc diệt cỏ và kháng bệnh do nấm, vi khuẩn gây ra, hoàn thiện phương pháp lập bản đồ một số gen cây lúa. Nhiều giống lúa đặc sản như: tám xoan, dự, nàng thơm chợ Đào... được đưa vào ngân hàng giống, khoanh vùng sản xuất. Đây là cơ sở quan trọng cho gạo xuất khẩu Việt Nam có chỗ đứng trên thị trường thế giới trong những năm qua.

Công nghệ nhân nhanh, phục tráng và làm sạch bệnh giống cây trồng như bạch đàn, keo, cam, quýt, mía, chuối, phong lan... do trong nước tạo ra được ứng dụng đại trà trong nhân giống cây nông nghiệp, cây công nghiệp và đã trở thành công nghệ không thể thiếu được trong dự án trồng 5 triệu héc-ta rừng. Nhờ các công nghệ này, các cơ sở sản xuất giống đã nhân được hơn 50 triệu cây các loại, đáp ứng nhu cầu sản xuất.

Trong chăn nuôi, Việt Nam đã làm chủ được công nghệ tinh đông viên, thụ tinh nhân tạo, công nghệ lưu giữ, cấy truyền phôi và sản xuất vaccine. Những công nghệ này được áp dụng phổ biến, góp phần xóa đói giảm nghèo, nâng cao thu nhập cho không ít hộ nông dân. Trong nước, chúng ta đã sản xuất được 700 triệu liều vaccine thú y, đáp ứng đủ nhu cầu chăn nuôi trang trại, hộ gia đình trong cả nước và xuất khẩu. Hiện nay, những nghiên cứu về công nghệ sinh học động vật đã chuyển sang giai đoạn mới là tiếp nhận công nghệ nhân bản vô tính động vật... Công nghệ sinh học đã tạo bước đột phá trong sản xuất giống lợn ngoại năng suất cao, giống lợn siêu nạc, giống vịt siêu thịt, vịt siêu trứng và gà tam hoàng, góp phần nâng tỷ trọng của chăn nuôi trong toàn ngành nông nghiệp từ 17,9% năm 1986 lên 20% năm 2004.

b) Trong lĩnh vực y học Sản xuất vaccine: T.S. Huỳnh Phương Liên đi dọc ở nước ngoài chỉ

“1 tháng” đã cố gắng nghiên cứu và chế tạo vaccine Viêm não Nhật Bản (VNNB). Thành quả của những nỗ lực tột bậc nói trên là 4 loạt vaccine VNNB đầu tiên do Việt Nam sản xuất đạt tiêu chuẩn quốc tế 100%, tinh khiết tối đa và rất an toàn.

Thụ tinh nhân tạo trong ống nghiệm: ngày 30/04/1998, ba em bé từ ba trường hợp thụ tinh trong ống nghiệm (TTTON) thành công đầu tiên ở Việt Nam ra đời. Việt Nam hiện đang dẫn đầu trong khu vực về một số kỹ thuật và đạt đến trình độ thế giới ở một số kỹ thuật chuyên biệt như: IVF (trưởng thành trứng trong ống nghiệm), Vitrification (đông lạnh phôi trứng bằng phương pháp thủy tinh hóa), sử dụng GnRH antagonist trong TTTON…

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT4310

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

c) Trong lĩnh vực môi trườngTừ hơn 10 năm qua, đã có một số cơ quan thuộc các ngành giao thông

vận tải, công nghiệp, năng lượng nghiên cứu về năng lượng sinh học. Gần đây, một số công ty tại An Giang, Cần Thơ, Long An đã đầu tư xưởng sản xuất diesel sinh học từ mở cá basa với tổng công suất khoảng 40.000 tấn/năm, nhưng do chưa có tiêu chuẩn chất lượng cho sản phẩm, nên chưa thương mại được.

Sản xuất phân bón từ rác: Các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ sinh học (Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia) đã bắt tay vào nghiên cứu công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh từ các chất phế thải. Các nhà khoa học đã phân lập được một số chủng vi sinh vật chịu nhiệt có khả năng phân hủy nhanh các chất hữu cơ (chủ yếu là các chất chứa cellulose). Nhờ đó đã rút ngắn được quá trình ủ rác bớt 14 ngày so với quy trình đang áp dụng và tăng 20% lượng bùn trong phân bón. Các vi sinh vật có khả năng sinh chất kích thích sinh trưởng thực vật, cố định nitơ, phân giải hợp chất phosphat khó tan.

Bể phản ứng kỵ khí với các vách ngăn mỏng và ngăn lọc kỵ khí là công nghệ do Trung tâm Kỹ thuật Môi trường Đô thị và Khu công nghiệp (CEETIA), Trường Đại học Xây dựng phối hợp với các nhà nghiên cứu của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường Liên bang Thụy Sỹ (EAWAG) phát triển. Bể BASTAF có 4 – 6 vách ngăn. Cũng theo nguyên tắc lắng và phân huỷ sinh học kỵ khí như bể tự hoại thông thường, nhưng nước thải không đi qua bể theo chiều ngang mà đi theo đường dích dắc nhờ các vách ngăn mỏng hoặc các ống PVC hướng dòng đặt trong bể, hướng dòng nước chuyển động lên và xuống. Khi nước thải chuyển động từ dưới lên trên, nó sẽ đi xuyên qua lớp bùn đáy bể. Các vi khuẩn kỵ khí có rất nhiều trong lớp bùn cặn đáy bể, sẽ hấp thụ, phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải, đồng thời cặn cũng được giữ lại và phân hủy. Các vách ngăn còn cho phép tăng hệ số sử dụng thể tích bể, tránh các vùng nước chết. Ngăn lọc kỵ khí được bố trí ở cuối bể tiếp tục xử lý các chất lơ lửng và hữu cơ còn trong nước thải. Nước thải đầu ra có thể được xử lý tiếp tục bằng bãi lọc ngầm, hồ sinh học... cho phép chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn B (TCVN 5945 – 2005).4. Công Nghệ Sinh Học và Bảo Vệ Môi Trường

Hiện nay, môi trường sống của chúng ta hiện đang bị ô nhiễm trầm trọng, giải quyết nạn chất thải vẫn là vấn đề hết sức nan giải, đặc biệt là các chất thải công nghiệp ảnh hưởng rất lớn đến môi sinh. Ngoài ra, một khối lượng lớn chất thải dân dụng, rác thành phố, phế phẩm nông nghiệp...cũng đã và đang gây ô nhiễm nặng nề môi trường sống. Dân số của thế giới lại không ngừng gia tăng, nhu cầu tiêu thụ hàng hóa càng lớn, khối lượng hàng hóa phải sản xuất ngày càng nhiều, vì thế lượng rác do sản xuất và tiêu thụ thải vào

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT4311

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

môi trường là không nhỏ. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, loài người đang phải bắt đầu tìm cách giải quyết vấn đề bảo vệ môi trường bằng nhiều biện pháp khác nhau. Trong đó, các biện pháp công nghệ sinh học ngày càng tỏ ra ưu việt hơn so với các biện pháp khác. Nói chung, hiện nay vấn đề bảo vệ môi trường được giải quyết theo 3 hướng sau : 1) Phân hủy các độc chất vô cơ và hữu cơ ; 2) Phục hồi các chu trình trao đổi chất của C, N, P và S trong tự nhiên ; 3) Thu nhận các sản phẩm có giá trị ở dạng nhiên liệu hoặc các hợp chất hữu cơ.

Hiện tại có hai vấn đề cơ bản được đặt ra : 1) Giải quyết tiêu hủy khối lượng khổng lồ các loại chất thải ngày càng nhiều mà không ảnh hưởng đến môi trường. 2) Vô hiệu hóa các loại chất độc sinh ra trong quá trình phân hủy các loại chất thải công nghiệp, đã gây ô nhiễm nghiêm trọng đất, nước, không khí và gây nguy hiểm đến sức khỏe con người và động vật.

Với sự phát triển của công nghệ sinh học nói chung và công nghệ DNA tái tổ hợp nói riêng, việc nghiên cứu và ứng dụng thành tựu công nghệ sinh học để giải quyết vấn đề môi trường được đặt ra cấp bách và thực sự đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi.

Bioremediation: Phục hồi sinh học được sử dụng cho các hệ thống sinh học để làm giảm ô nhiễm từ không khí hay từ nước hay các hệ thống đất đai. Các vi sinh vật và thực vật là các hệ thống sinh học mà thường được sử dụng. Sự phân huỷ sinh học bởi các vi sinh vật xuất hiện thường xuyên nhất trong bioremediation. Một quá trình phân huỷ sinh học hoàn toàn sẽ đưa đến việc khử độc tố bởi việc khoáng hoá các chất gây ô nhiễm thành CO2, nước và các muối vô cơ vô hại. Quá trình phân huỷ không hoàn toàn sẽ tạo ra các sản phẩm bị phân giải mà có thể (hay không thể) là ít độc hại hơn so với chất ô nhiễm ban đầu. Ví dụ: quá trình phân huỷ không hoàn toàn tri-hay tetrachloroethylene có thể tạo ra vinylchloride có tính độc và có tính năng gây ung thư cao hơn so với các hợp chất ban đầu.

Các kỹ thuật phục hồi sinh học có thể được sử dụng để giảm thiểu hay để loại bỏ chất thải độc hại gây ô nhiễm môi trường. Chúng cũng có thể được sử dụng để xử lý các dòng chất thải trước khi chúng được thải ra khỏi nhà máy. Một số các ứng dụng của phục hồi sinh học :

Nước thải và chất thải công nghiệp:    Vi sinh vật trong các nhà máy xử lý nước thải đã loại bỏ các chất gây

ô nhiễm thông thường từ nước thải trước khi nó được thải vào các con sông hay biển. Sự ô nhiễm do các hoạt động công nghiệp và nông nghiệp càng ngày càng tăng dẫn đến một nhu cầu lớn hơn về các quá trình loại bỏ các chất gây ô nhiễm đặc biệt như là các hợp chất nitrogen và phosphore, các kim loại nặng và các hợp chất chlorine. Các phương pháp mới bao gồm các quá trình hiếu khí, kị khí và hoá- lý trong các hệ thống lọc cố định, trong các bể phản

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT4312

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

ứng sinh học mà ở đó các vật liệu và các vi sinh vật được lưu giữ trong dạng dịch huyền phù.  Các chi phí xử lý nước thải có thể được giảm bởi sự chuyển hoá các chất thải thành các sản phẩm hữu ích. Ví dụ: các kim loại nặng và các hợp chất sulphur có thể được loại bỏ từ các các dòng chất thải của công nghiệp mạ kền bởi các vi khuẩn đồng hoá  sulphur và tái sử dụng. Một ví dụ khác là sản xuất thức ăn động vật từ sinh khối nấm mà còn lại sau khi sản xuất penicillin. Hầu hết các hệ thống xử lý nước thải kị khí sản xuất khí sinh học (biogas) có ích.

Nước uống: Một phương diện rất quan trọng của công nghệ sinh học là tiềm năng

của nó trong việc phục hồi và tinh sạch nước thải cho sự tái sử dụng. Sự quan tâm của cộng đồng về chất lượng nước uống cũng tăng lên. Không chỉ nước cần được quay vòng trong sự phát triển của việc sử dụng bền vững các nguồn tài nguyên mà chất lượng toàn diện cũng phải được cải thiện để thoả mãn người tiêu dùng. Trong nhiều vùng nông nghiệp trên thế giới, chất thải động vật và phân bón dư thừa dẫn đến nồng độ cao của nitrate trong nước uống. Công nghệ sinh học đã cung cấp các phương pháp thành công mà trong đó các hợp chất này có thể được loại bỏ khỏi nước đã được sử dụng trước khi nó được phân phối đến người tiêu dùng.

Không khí và khí thải: Ban đầu, các hệ thống xử lý khí thải công nghiệp đã được dựa trên các

bộ phận lọc rẻ tiền được chứa đầy phân hữu cơ mà đã loại bỏ được các mùi. Các hệ thống như thế vẫn tồn tại. Tuy nhiên, tốc độ thực hiện chậm và thời hạn sử dụng của các bộ phận lọc là ngắn đã đưa các nghiên cứu tìm ra các phương pháp tốt hơn như là bioscrubbers mà trong đó các chất gây ô nhiễm được rửa sạch bằng cách sử dụng một dịch huyền phù tế bào và các bộ lọc nhỏ giọt sinh học mà trong đó chất gây ô nhiễm được phân huỷ bởi các vi sinh vật được cố định trên một giá thể cố định và được cung cấp với một lớp mỏng chất dinh dưỡng lỏng mà nhỏ giọt qua thiết bị. Sự chọn lựa vi sinh vật mà có hiệu quả hơn trong việc đồng hoá các chất gây ô nhiễm cũng đã tạo ra các bộ lọc sinh học làm sạch không khí và khí thải tốt hơn. Ví dụ là một bioscrubber dựa trên hệ thống loại bỏ đồng thời nitrogen và sulphur oxides từ khí ống khói của lò cao mà đã được phát triển như là một lựa chọn cho quá trình nung vôi truyền thống và sự loại bỏ styrene từ khí thải của các ngành công nghiệp sản xuất polystyrene bởi một bộ lọc sinh học chứa nấm.

Xử lý đất và mặt đất: Cả hai phương pháp in-situ (tại chính vị trí ban đầu của nó) và ex-situ

(một nơi nào khác) được khai thác một cách thương mại cho mục đích làm sạch đất và nước ngầm kết hợp. Việc xử lý tại chỗ có thể bao gồm việc bổ sung các vi sinh vật, thông khí hoặc thêm các dung dịch dinh dưỡng. Việc xử

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT4313

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

lý khác chỗ phát hiện liên quan đến việc di chuyển đất và nước ngầm và xử lý nó trên mặt đất. Đất có thể được xử lý như là phân bón hữu cơ, trong các đống đất hay trong các lò phản ứng bùn chuyên dụng. Nuớc ngầm được xử lý trong các lò phản ứng bùn và hoặc được bơm trở lại vào đất hay được tháo vào nước bề mặt. Phục hồi sinh học thường là rẻ hơn phương pháp lý học và các sản phẩm của nó là vô hại nếu quá trình khoáng hoá hoàn toàn xảy ra. Tuy nhiên, hoạt động của nó có thể là tiêu tốn thời gian, chiếm dụng một thời gian dài vốn đầu tư và đất đai. Phục hồi sinh học tại chỗ đất nằm dưới các trạm xăng dầu giờ đây đã trở nên phổ biến, nhưng đối với các dung môi chứa clo như là tri- và tetrachloroethylene, việc phục hồi sinh học tại chỗ cũng là có thể. Phục hồi sinh học sử dụng thực vật được gọi là phytoremediation. Kỹ thuật này hiện nay được sử dụng để loại bỏ các kim loại từ các đất và nước ngầm bị ô nhiễm và tương lai sẽ được ứng dụng cho việc xử lý các chất ô nhiễm khác. Chất thải rắn (Solid waste): các chất thải rắn nội địa là một vấn đề chính trong xã hội tiêu dùng của chúng ta. Việc loại bỏ chúng được theo dõi thường xuyên bởi liên quan đến ô nhiễm nước ngầm và không khí. Tuy nhiên, chúng bao gồm một phần lớn là các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học. Vì vậy, nguồn được phân biệt là chất thải sinh học có thể được chuyển thành một nguồn tài nguyên có giá trị bởi việc ủ và phân giải kỵ khí. Trong những năm gần đây, quá trình này đã có những bước phát triển đáng ghi nhận về cả thiết kế và điều chỉnh quá trình. Cụ thể là, sự phân giải kị khí các chất thải rắn trong các bể phân giải kị khí tốc độ cao đã đạt được sự chấp nhận ngày càng tăng của công chúng bởi nó cho phép phục hồi một số lượng lớn khí sinh học có giá trị cao cùng với các cặn bã hữu cơ ổn định có chất lượng cao và điều này không làm tăng sự khó chịu cho môi trường. Hơn thế nữa, sự phân giải kỵ khí của các chất thải rắn hỗn hợp đang được tập trung phát triển bởi vì trong tương lai gần, nó có thể là một bước quan trọng trong vòng tuần hoàn của chất thải rắn và là một giải pháp được chọn lựa cho sự phân huỷ rác.

Càng ngày càng có nhiều nhà máy công nghiệp phát triển các quy trình với khả năng tác động đến môi trường đã được giảm thiểu đáp ứng với lời kêu gọi toàn cầu về sự phát triển của một xã hội bền vững. Có một khuynh hướng rộng khắp về các sản phẩm và các quy trình ít gây hại; cách xa việc xử lý “end-of-pipe” của các dòng thải. Công nghệ sinh học là thích hợp hơn hẳn để đóng góp vào khuynh hướng này trong nhiều trường hợp, cả việc cải thiện các quy trình đang tồn tại và phát triển các quy trình mới.        

Cải tiến quy trình: Nhiều quy trình công nghiệp đã được thiết kế sao cho thân thiện hơn

với môi trường bởi việc sử dụng các enzyme. Enzyme là những chất xúc tác sinh học mà có hiệu quả cao và có ưu điểm hơn nhiều so với các chất xúc tác không phải là sinh học. Chúng không độc và có thể được phân giải sinh học,

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT4314

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

hoạt động tốt nhất ở các nhiệt độ vừa phải và trong các điều kiện ôn hoà và có các phản ứng phụ ít hơn so với các phương pháp truyền thống bởi vì chúng có tính đặc hiệu cao. Các phương pháp sản xuất mà ứng dụng các enzyme nói chung không chỉ là sạch hơn và an toàn hơn so với các phương pháp khác, mà hầu như cũng kinh tế hơn về năng lượng và tiêu dùng tài nguyên.

Đổi mới sản phẩm : Công nghệ sinh học cũng có thể giúp cho việc sản xuất các sản phẩm

mới mà ít tác động đến môi trường hơn là các tiền nhiệm của chúng. Việc sản xuất các vật liệu sinh học mới như là nhựa sinh học tránh việc sử dụng các nguồn tài nguyên không thể tái tạo được như các năng lượng hoá thạch. Khoai tây bình thường chứa 80% amylopectin nhưng cũng chứa khoảng 20% amylose mà không được mong muốn trong nhiều ứng dụng. Để phân lập amylopectin tinh khiết, một lượng lớn nước và năng lượng được tiêu thụ. Một công ty Hà Lan đã phát triển một giống khoai tây được biến đổi di truyền mà không chứa amylose và vì vậy có thể có quy trình hoạt động với ít tác động đến môi trường hơn. Việc sử dụng các giống thực vật được biến đổi gen mà có khả năng kháng côn trùng hoặc dịch bệnh có thể hạn chế được đáng kể việc sử dụng thuốc trừ sâu mà không chỉ ngăn chặn việc sử dụng các vật liệu thô hầu như không thể tái tạo được, năng lượng và nhu cầu lao động cho việc sản xuất chúng, mà cũng sẽ làm giảm các tác động có hại của việc tích luỹ chúng. Có nhiều hơn các giải pháp công nghệ sinh học này cho sự ô nhiễm đã và đang được phát triển. Chẳng hạn, lợn và gà không thể sử dụng phosphate từ phytate có trong thức ăn của chúng, vì vậy sẽ hiện diện trong phân của chúng. Bằng việc thêm enzyme phytase vào thức ăn của chúng, lượng phosphate mà được thải ra bởi các động vật này có thể được giảm gần hơn 30 %. Ở Nam Phi, các vi khuẩn được sử dụng để phân lập vàng từ quặng vàng. Điều này cũng được gọi là biomining tiết kiệm một số lượng lớn năng lượng gây nóng chảy và tạo ra chất thải ít hơn nhiều. Việc sản xuất hoá chất indigo, là thuốc nhuộm mà được sử dụng cho quần jean xanh và tiến hành qua 8 bước, việc sử dụng các hoá chất rất độc và quy định bảo vệ đặc biệt cho người vận hành quy trình và môi trường. Việc sản xuất indigo bằng công nghệ sinh học mà sử dụng một vi khuẩn được biến đổi di truyền chứa các enzyme phù hợp, chỉ tiến hành trong 3 bước, proceeds trong nước, sử dụng các vật liệu thô đơn giản như đường và muối và chỉ tạo ra indigo, carbon dioxide và sinh khối mà có thể được phân giải sinh học.

Phát hiện và giám sát các chất ô nhiễm : Một phạm vi rộng của các phương pháp sinh học rõ ràng được sử dụng

để phát hiện các biến cố ô nhiễm và giám sát một cách liên tục các chất gây ô nhiễm. Các thước đo đã được thiết lập từ lâu bao gồm: đếm số lượng các loài

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT4315

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

thực vật, động vật và vi sinh vật, đếm số lượng các cá nhân trong những loài đó hay phân tích nồng độ oxygen, methane hay các phức hợp khác trong nước. Gần đây hơn, các phương pháp phát hiện sinh học sử dụng các cảm biến sinh học (biosensors) và các xét nghiệm miễn dịch (immunoassays) đã được phát triển và bây giờ đang được thương mại hoá. Hầu hết các biosensors là một sự kết hợp của các thiết bị sinh học và điện tử-thường hay được xây dựng trên một microchip. Số lượng của chất gây ô nhiễm có thể được xác định với một sự chính xác hết sức hay sự nhay cảm rất cao. Ví dụ, một phổ rộng các chất diệt cỏ có thể được phát hiện trong nước sông bằng cách sử dụng các biosensors từ tảo; những áp lực tác động lên các cơ thể được đánh giá dựa vào sự thay đổi trong các đặc tính quang học của chlorophyll của thực vật.

Kỹ thuật DNA tái tổ hợp đã có những ảnh hưởng đáng ngạc nhiên trong vài năm qua. Các nhà sinh học phân tử đã lập bản đồ toàn bộ bộ gen, nhiều phương thuốc mới đã được phát triển và được giới thiệu, và các nhà nông nghiệp đang tạo ra các giống cây trồng có khả năng kháng bệnh mà không thể có được thông qua việc tạo giống truyền thống. Một vài ví dụ đã được đề cập trước đây như khoai tây không chứa amylose và các vi khuẩn sản xuất indigo (thuốc nhuộm chàm) cũng liên quan đến việc sử dụng các cơ thể được biến đổi di truyền bằng kỹ thuật DNA tái tổ hợp. Nhiều enzyme thường cũng được sản xuất bởi các cơ thể biến đổi di truyền. Trước sự đa dạng rất lớn của loài, các phân tử sinh học và các con đường đồng hoá trên hành tinh này, kỹ thuật di truyền về nguyên tắc có thể là công cụ đắc lực trong việc tạo ra các lựa chọn thân thiện hơn với môi trường cho các sản phẩm và các quy trình mà hiện tại gây ô nhiễm môi trường hay sử dụng cạn kiệt các nguồn tài nguyên không tái tạo.

Trong môi trường ngoài việc giảm thiểu các tác hại ô nhiễm, xử lý nước thải, nhiều biện pháp tái sử dung chất thải công nghiệp được sử dụng công nghệ sinh học. Có thể tạo ra một tế bào có khả năng lọai trừ các chất thải phóng xạ bằng cách ghép vào bộ gen của tế bào đúng một đoạn gen có mã khử các chất gây ô nhiễm, hay các kim loại nặng, chẳng hạn như uranium. Trong công nghiệp giấy, việc phát hiện ra và kích thích enzyme điều khiển sự phát triển xellulô trong thực vật đó giúp phần tăng đáng kể lượng cellulose và làm giảm những phần tử không cần thiết khác, nhất là những thành phần gây ô nhiễm lớn.

Trong công nghiệp thực phẩm sự phát triển của công nghệ vi sinh và công nghệ Enzym sẽ cho ra đời những thực phẩm tốt hơn ,an toàn hơn .

Việc ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất công nghiệp đã cho thấy những kết quả tốt, năm 2001 các nước OECD đã khảo sát một số nghành công nghiệp sử dụng quy trình sản xuất bằng công nghệ sinh học đã cho thấy

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT4316

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

những tiến bộ rõ rệt,trong sản xuất giấy và bột giấy bằng phương pháp mới đã giảm việc sử dụng hoá chất tẩy trắng và giảm lượng nước sử dụng trong sản xuất, trong sản xuất chất dẻo bằng sinh học đã làm giảm thiểu việc ô nhiễm, trong sản xuất dược phẩm những tiến bộ trong ứng dụng công nghệ sinh học cũng đưa ra nhiều triển vọng, ví dụ sản xuất vitamine B2 bằng phương pháp mới đã giảm việc sử dụng các hoá chất và lượng nước tiêu thụ, thị phần các sản phẩm vitamine B2 trên thị trường thế giới năm 1990 chỉ chiếm 5% đến năm 2002 đã lên 75%. Trong công nghiệp dệt sử dụng công nghệ sinh học trong khâu hoàn chỉnh sản phẩm đã giảm nhu cầu về năng lượng và nguồn nước sử dụng. Năng lượng sinh học những tiến bộ trong sản xuất Bioethanol từ những chất thải của sản phẩm nông nghiệp đã mở ra triển vọng lớn cho nhu cầu năng lượng, các nguồn năng lượng hữu cơ được sử dụng rộng rãi, đến năm 2010 dự kiến có thể chiếm 10% tổng năng lượng thế giới, một nửa chất thải từ hộ gia đình ở các nước phát triển sẽ được tái sử dụng. Đa số các nhà chế tạo chấp nhận các phương pháp sạch (xanh) để giảm thiểu sự ô nhiễm. Tóm lại việc ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất công nghiệp đã đưa đến một môi trường sạch hơn, giảm thiểu việc thải chất độ ra môi trường, duy trì sự bảo tồn tài nguyên thiên nhiên và giảm giá thành sản phẩm.

Theo tính toán của các chuyên gia, một tấn phân chuồng tươi với cách quản lý, sử dụng truyền thống như hiện nay sẽ phát thải vào không khí 0,24 tấn CO2. Việc xử lý chất thải

chăn nuôi là một yêu cầu cấp thiết nhằm giảm ô nhiễm môi trường, ô nhiễm nguồn nước, nguồn dịch bệnh gây ra cho con người, động vật... Do vậy, việc áp dụng các biện pháp nhằm xử lý chất thải chăn nuôi là một trong những vấn đề cấp bách của ngành nông nghiệp nước ta. Một trong những giải pháp đem lại lợi ích cho người chăn nuôi đó là công nghệ khí sinh học với mô hình khí biogas. Điều dễ nhận thấy trước hết là khí sinh học cung cấp năng lượng sạch cho các hoạt động như đun nấu. Trước khi có công trình khí sinh học, nhiều gia đình có thói quen ủ phân trước khi bón cho cây trồng, hoặc bón phân chuồng trực tiếp cho cây, đổ trực tiếp chất thải chăn nuôi ra cống rãnh hoặc mương thoát nước. Cách giải quyết chất thải vật nuôi như trên đã tác động xấu đến môi trường sống, gây ra mùi hôi thối quanh khu vực sống, ảnh hưởng đến những hộ dân bên cạnh. Sau khi có công trình khí sinh học, phần lớn lượng chất thải vật nuôi được nạp vào công trình khí sinh học góp phần quan trọng giảm ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi. Phụ phẩm khí sinh học được sử dụng làm phân bón ruộng, hoa màu, góp phần bảo vệ, cải tạo nguồn tài

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT4317

Mô hình khí bioga xử lí chất thải trong chăn nuôi

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

nguyên đất canh tác, tăng năng suất cây trồng. Thêm vào đó, sử dụng khí sinh học làm chất đốt cũng góp phần giảm các bệnh về mắt, phổi do khói bụi gây ra khi đun nấu.

Theo T.S. Hồ Sơn Lâm - Viện Khoa học vật liệu ứng dụng thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, trong những năm 1960 - 1970, người ta nhận ra rằng, môi trường đang bị hủy hoại bởi những hoạt động tạo ra các sản phẩm mới của chính mình. Theo thống kê của Bộ Tài nguyên - Môi trường, trung bình mỗi ngày, một người tiêu dùng sử dụng ít nhất một túi ni lông. Như vậy, với dân số hơn 80 triệu người, mỗi ngày nước ta phải tiêu thụ hơn 80 triệu túi ni lông và con số này ngày càng tăng theo đà tăng dân số. Song song với đó, số lượng rác thải cũng tăng lên không ngừng. Đây là một thách thức lớn cho môi trường. Bởi vì phải mất một thời gian rất lâu, có thể 500 năm, thậm chí 1 triệu năm, những túi ni lông này mới có thể phân hủy được. Trước thực trạng này, cần phải có những dạng vật liệu tương ứng tính năng của polymer truyền thống để thay thế. Đó chính là polymer có khả năng phân hủy sinh học mà khi gặp tác động của nước, không khí, nấm, vi khuẩn trong tự nhiên, các polymer này sẽ tự phân hủy thành những chất không có hại cho môi trường. Bên cạnh yếu tố giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, việc sản xuất và ứng dụng bao bì nhựa sinh học trong đời sống còn có tác dụng tận dụng nguồn tài nguyên thực vật đang dư dôi trong xã hội và thúc đẩy ngành nhựa Việt Nam phát triển. Với nguồn vật liệu hữu cơ hiện nay ở nước ta khá dồi dào và không lo bị cạn kiệt như tinh bột, cellulose, sợi thiên nhiên, chitin và chitosan, protein đậu nành, mía đường… là lợi thế để sản xuất các sản phẩm polymer bao bì nhựa sinh học. Sự ra đời của công nghệ nhựa sinh học được xem là một giải pháp giảm dần sự lệ thuộc vào dầu mỏ đang có nguy cơ cạn kiệt, đồng thời góp phần nâng cao sức khỏe và bảo vệ môi trường cho cộng đồng.

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT4318

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

III. KẾT LUẬN Công nghệ sinh học là một lĩnh vực nghiên cứu bổ sung chứ không

thể thay thế cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu truyền thống. CNSH đem lại nhiều công cụ để nâng cao hiểu biết của chúng ta và tăng cường công tác quản lý các nguồn tài nguyên di truyền cho nông nghiệp, công nghiệp, y dược... Ứng dụng công nghệ sinh học đã đem lại cho các nhà khoa học những kiến thức mới và công cụ mới để họ có thể đạt những kết quả nghiên cứu tốt hơn và hiệu quả hơn. Theo hướng này, các chương trình nghiên cứu dựa trên công nghệ sinh học có thể được xem như phần mở rộng có tính chính xác cao hơn của các phương pháp nghiên cứu truyền thống. Đồng thời, công nghệ gen có thể là một bước nhẩy trong chọn tạo giống truyền thống, vì công nghệ này trang bị cho cộng đồng khoa học một công cụ mạnh để cấy truyền vật chất di truyền giữa các sinh vật mà không thể chọn tạo theo các phương pháp truyền thống.

Công nghệ sinh học là khoa học đa ngành và đa lĩnh vực. Đa số các kỹ thuật phân tử và việc ứng dụng các kỹ thuật này liên quan đến nhiều lĩnh vực của công nghiệp, chế biến thực phẩm, y học và nông nghiệp nhưng công nghệ sinh học không thể đứng riêng một mình nó. Ví dụ, công nghệ gen trong trồng trọt không thể thực hiện được khi không có kiến thức cơ bản về bộ gen và nó sẽ ít được ứng dụng khi không có các chương trình chọn tạo giống cây trồng. Mục tiêu của bất cứ nghiên cứu nào cũng đòi hỏi sự tinh thông về các yếu tố công nghệ. Công nghệ sinh học phải là một bộ phận của một chương trình nghiên cứu toàn diện và tích hợp để có thể tận dụng lợi thế từ các chương trình ngành, đa ngành và quốc gia. Điều này có thể có ý nghĩa cho các nước đang phát triển và các đối tác phát triển của những nước này khi họ xây dựng và thực thi các chính sách nghiên cứu, các viện nghiên cứu và các chương trình xây dựng năng lực quốc gia.

Công nghệ sinh học mang tầm quốc tế. Mặc dù, đa số các nghiên cứu cơ bản về sinh học phân tử được thực hiện ở các nước phát triển nhưng những nghiên cứu đó cũng mang lại lợi ích cho các nước đang phát triển vì chúng tìm ra những phát hiện mới về sinh lý của tất cả các loài động - thực vật, các loại vaccine phòng bệnh và các giải pháp bảo vệ môi trường. Những phát hiện từ các dự án lập bản đồ gen ở người và ở chuột đã đem lại những lợi ích trực tiếp cho chăn nuôi; ngược lại các nghiên cứu về các bệnh trên cơ thể người lại cung cấp thêm kiến thức cho việc nghiên cứu tạo ra sản phẩm chống lại các căn bệnh đó ...

Các phát triển nền công nghiệp công nghệ sinh học trong tương lai có thể liên quan đến nhiều điều mà tại thời điểm này dường như là khoa học viễn tưởng đối với hầu hết người dân như là sự thay thế các siêu sợi được sản xuất bằng phương pháp hoá học bởi sợi tơ mạng nhện được sản xuất

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT4319

Sinh thái môi trường : Công nghệ sinh học và môi trường

bằng phương pháp vi sinh vật. Tuy nhiên, một điều mà không nên bị quên là việc sử dụng gia tăng các hệ thống sinh học trong công nghiệp nên được kèm theo bởi sự tập huấn và sự bảo vệ thích hợp cho các công nhân làm việc với những hệ thống này và có giải pháp bảo vệ môi trường hiệu quả.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Bài giảng Sinh Thái môi trường, Th.S : Trần Thị Ngân, Trường Đại

học Nông Lâm Huế - Năm 2010.

2. Giáo trình Nhập Môn Công nghệ sinh học, PGS.TS. Nguyễn Hoàng

Lộc, Nhà xuất bản Đại Học Huế - Năm 2007.

3. www.agbiotech.com.vn, Tác động của công nghệ sinh học trong các

lĩnh vực của đời sống con người như thế nào?

4. www.tnmtvinhphuc.gov.vn, Sử dụng bao bì nhựa sinh học giảm

thiểu ô nhiễm môi trường, Trung tâm CNTT- 30/09/2010.

5. www.baophuyen.com.vn, Giải pháp từ khí sinh học, Mai Anh –

08/04/2010.

SVTH: Nguyễn Thị Thuỳ Linh Lớp : KHCT4320