Tạo giống nhờ công nghệ gen

I. KHÁI NIỆM CÔNG NGHỆ GEN

Công nghệ gen là một quy trình công nghệ dùng để tạo ra những tế bào hoặc sinh vật có gen bị biến đổi hoặc có thêm gen mới, từ đó tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới.

Kỹ thuật chuyển gen (kỹ thuật tạo ADN tái tổ hợp) là chuyển một đoạn ADN từ tế bào cho sang tế bào nhận bằng nhiều cách khác nhau.

II. QUY TRÌNH TẠO ADN TÁI TỔ HỢP

1. Thành phần tham gia

Hình 1. Các thành phần tham gia vào quy trình tạo ADN tái tổ hợp

Tế bào cho: là những tế bào chứa gen cần chuyển (vi khuẩn, thực vật, động vật)

Tế bào nhận: vi khuẩn, tế bào thực vật (tế bào chồi, mầm), tế bào động vật (như tế bào trứng, phôi)

Enzyme: gồm enzym cắt giới hạn và enzyme nối.

  • Enzyme cắt giới hạn (restrictaza), cắt hai mạch đơn của phân tử ADN ở những vị trí nucleotide xác định.
  • Enzyme nối (ligaza), tạo liên kết phosphodieste làm liền mạch ADN, tạo ADN tái tổ hợp

Thể truyền:(véc tơ chuyển gen): Là phân tử ADN có khả năng tự nhân đôi, tồn tại độc lập trong tế bào và mang gen từ tế bào này sang tế bào khác, thể truyền có thể là các plasmid, virut hoặc một số NST nhân tạo như ở nấm men.

ADN tái tổ hợp là một phân tử ADN nhỏ được lắp giáp từ các đoạn ADN từ các phân tử khác nhau (thể truyền và gen cần chuyển)

2. Quy trình tạo ADN tái tổ hợp

(B1) Tách chiết thể truyền và gen cần chuyển ra khỏi tế bào

(B2)Tạo ADN tái tổ hợp

– Cắt đoạn ADN của tế bào cho và mở vòng plasmit bằng enzim cắt giới hạn (restrictaza)

– Nối đoạn vừa cắt vào plasmit tạo thành ADN tái tổ hợp nhờ enzim nối ligaza.

(B3) Đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận

- Biến nạp: Dùng muối CaCl2 hoặc xung điện cao áp làm dãn màng sinh chất của tế bào để ADN tái tổ hợp dễ dàng đi qua màng.

- Tải nạp: dùng thể truyền là virus lây nhiễm vi khuẩn, chúng mang gen cần chuyển và xâm nhập vào tế bào chủ.

(B4) Phân lập dòng tế bào chứa ADN  tái tổ hợp

Sử dụng thể truyền là các gen đánh dấu có thể dễ dàng nhận biết được sự có mặt của các ADN tái tổ hợp bằng cách nhận biết được sản phẩm đánh dấu.

Phân lập dòng tế bào chứa gen đánh dấu.

Hình 2. Quy trình tạo ADN tái tổ hợp

III. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GEN TRONG TẠO GIỐNG BIẾN ĐỔI GEN

1. Khái niệm sinh vật biến đổi gen

Sinh vật biến đổi gen là sinh vật mà hệ gen của nó đã được con người làm biến đổi cho phù hợp với lợi ích của mình

Sinh vật biến đổi gen có thể được tạo ra theo các cách sau:

- Đưa thêm 1 gen lạ của 1 loài khác vào hệ gen (gọi là sinh vật chuyển gen)

- Làm biến đổi 1 gen đã có sẵn trong hệ gen

- Loại bỏ hoặc làm bất hoạt 1 gen nào đó trong hệ gen

2. Một số thành tựu tạo giống biến đổi gen

a) Tạo động vật chuyển gen:

- Tạo nên giống mới có năng suất và chất lượng cao hơn; dùng trong ngành công nghiệp dược phẩm (như nhà máy sinh học sản suất thuốc cho con người).

* Phương pháp tạo động vật chuyển gen:

- Tách lấy trứng ra khỏi cơ thể sinh vật rồi cho thụ tinh trong ống nghiệm (hoặc lấy trứng đã thụ tinh).

- Tiêm gen cần chuyển vào hợp tử → phát triển thành phôi.

- Cấy phôi đã được chuyển gen vào tử cung của con cái để nó mang thai và sinh đẻ bình thường.

- Nếu gen được chuyển gắn thành công vào hệ gen của hợp tử và phôi phát triển bình thường thì sẽ cho ra đời 1 sinh vật biến đổi gen (chuyển gen).

b) Tạo giống cây trồng biến đổi gen:

- Tạo giống cây trồng kháng sâu hại, giống cây chuyển gen có đặc tính quý, giống có sản phẩm được bảo quản tốt hơn.

*Phương pháp:

- Tạo ADN tái tổ hợp → cấy vào tế bào nhận.

- Tái sinh cây từ tế bào nuôi cấy → cây có đặc tính mới

c) Tạo giống vi sinh vật biến đổi gen

*Tạo chủng vi khuẩn E.coli sản xuất insulin của người

- Insulin là hormone của tuyến tụy có chức năng điều hòa glucose trong máu. Trường hợp insulin do cơ thể sản xuất không đủ hoặc mất chức năng sẽ gây bệnh tiểu đường do glucose bị thải ra qua nước tiểu.

- Gen tổng hợp insulin được tách từ cơ thể người và chuyển vào vi khuẩn E.coli bằng plasmid. Sau đó, nuôi cấy vi khuẩn để sản xuất insulin trên quy mô công nghiệp đáp ứng nhu cầu chữa bệnh cho con người

*Tạo chủng vi khuẩn E.coli sản xuất somatostatin

- Somatostatin là loại hormone đặc biệt được tổng hợp từ não động vật, có chức năng điều hòa hormone sinh trưởng và insulin đi vào máu.

- Bằng công nghệ gen hiện nay đã tạo được chủng E.coli sản xuất somatostatin

Luyện bài tập vận dụng tại đây!