Công nghệ gene
Công nghệ DNA tái tổ hợp và công nghệ tạo sinh vật biến đổi gene: khái niệm, nguyên lí, vai trò hai enzyme then chốt, quy trình chuyển gene và các thành tựu, quan ngại thực tiễn
Công nghệ gene là quy trình kĩ thuật thao tác trên phân tử DNA (tách chiết, nhân bản, cắt nối phân tử DNA) làm thay đổi kiểu gene và kiểu hình của sinh vật, nhằm tạo ra các sản phẩm của gene dùng trong thực tiễn.
② Công nghệ tạo sinh vật biến đổi gene
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.
DNA tái tổ hợp gồm: một gene chuyển và đoạn DNA dùng làm vector.
▸ Vector phải đáp ứng 2 yêu cầu
Nguyên lí: dùng các kĩ thuật di truyền (tách chiết gene, nhân bản gene, cắt và ghép nối DNA) sao cho gene đưa vào tế bào nhận tạo ra được sản phẩm có chức năng. Các bước cơ bản (chuyển gene vào vi khuẩn):
| Enzyme then chốt | Vai trò |
|---|---|
| Restrictase (enzyme cắt giới hạn) | Cắt DNA tại vị trí đặc hiệu, tạo đầu dính |
| Ligase | Nối các đoạn DNA lại với nhau |
| Lĩnh vực | Thành tựu |
|---|---|
| Dược phẩm | Năm 1979, công ti Eli Lilly sản xuất insulin người: gene insulin được tách chiết, loại bỏ intron, gắn vào plasmid rồi chuyển vào vi khuẩn để tạo insulin |
| Công nghiệp & môi trường | Vi sinh vật biến đổi gene sản xuất ethanol, xử lí nước thải, xử lí hóa chất độc, tách kim loại nặng, tăng thu hồi dầu… |
| Nông nghiệp | Vi khuẩn biến đổi gene giúp cây tăng hấp thụ nitrogen, ức chế vi khuẩn và nấm gây bệnh |
Sinh vật biến đổi gene là sinh vật có hệ gene đã được biến đổi, chủ yếu là có thêm gene mới từ loài khác. Động vật, thực vật có thêm gene từ loài khác còn gọi là động vật, thực vật chuyển gene. Mục đích: tạo ra sinh vật có đặc điểm khác thường, phục vụ nhu cầu con người.
Cả hai đều dựa trên công nghệ DNA tái tổ hợp, nhưng cần thêm công nghệ thích hợp cho từng đối tượng:
| Đối tượng | Cách đưa gene vào & công nghệ kèm theo |
|---|---|
| Động vật | Bơm gene chuyển vào trứng vừa thụ tinh (khi nhân tinh trùng & nhân trứng chưa hòa nhập); gene tích hợp ngẫu nhiên; nuôi hợp tử thành phôi rồi cấy vào tử cung "mẹ nuôi". Cần thêm thụ tinh nhân tạo |
| Thực vật | Tế bào có thành nên dùng súng bắn gene (hạt vàng/wolfram bọc DNA) hoặc virus; rồi nuôi cấy tái sinh thành cây. Cần thêm nuôi cấy tế bào |
| Nhóm | Thành tựu tiêu biểu |
|---|---|
| Thực vật | Giống "lúa vàng" có thêm gene tổng hợp tiền chất vitamin A (chống thiếu vitamin A); giống bông chuyển gene mang gene vi khuẩn tạo độc tố diệt sâu hại nên không cần thuốc trừ sâu hóa học |
| Động vật | Cừu chuyển gene tạo protein antithrombin của người (tiết vào sữa, dễ tách chiết làm thuốc chống đông máu); cá hồi chuyển gene mang gene hormone sinh trưởng nên lớn nhanh hơn |
▸ Một số quan ngại
• Nguy cơ phát tán gene chuyển ra tự nhiên (vd tạo "siêu cỏ dại" kháng thuốc diệt cỏ).
• Ảnh hưởng sức khỏe lâu dài (dị ứng…) → nhiều nước yêu cầu ghi rõ trên bao bì là thực phẩm biến đổi gene.
• Vấn đề đạo đức sinh học: chỉnh sửa hệ gene người bị xem là vi phạm đạo đức và đang bị cấm nghiên cứu ở nhiều quốc gia.
Vector: tự tái bản được + giúp gene chuyển phiên mã, dịch mã
Gene người chuyển vào vi khuẩn phải loại bỏ intron (chỉ giữ exon)
▸ Trình tự quy trình cần nhớ
Tạo DNA tái tổ hợp: tách gene & vector → restrictase cắt tạo đầu dính → ligase nối → chuyển vào tế bào nhận → nhân lên tạo sản phẩm.
▸ Một số sai lầm thường gặp
| Sai | Đính chính |
|---|---|
| Chuyển gene người còn nguyên intron vào vi khuẩn vẫn tạo protein có chức năng | Vi khuẩn không cắt được intron → phải loại intron (chỉ giữ exon) |
| Nhầm vai trò 2 enzyme | Restrictase cắt; ligase nối |
| Vector chỉ cần mang được gene chuyển | Vector còn phải tự tái bản và giúp gene chuyển phiên mã, dịch mã |
| Chuyển gene vào thực vật cũng tiêm trực tiếp như động vật | Thực vật có thành tế bào → dùng súng bắn gene hoặc virus |
| Gene chuyển luôn tích hợp đúng vị trí mong muốn | Tích hợp ngẫu nhiên → phải sàng lọc |
| Sinh vật biến đổi gene hoàn toàn an toàn | Vẫn có quan ngại: phát tán gene, sức khỏe, đạo đức sinh học |
Cùng luyện Bài 5 – Công nghệ gene!
25 câu: 20 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
Tuyệt vời!
Cô Nguyễn Ngọc Châu
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Sinh Học THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Sinh học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ AT sinh học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Trần Phú