Sinh học 12/Tạo giống mới nhờ công nghệ gen

Công nghệ gen

Khái niệm công nghệ gen

Công nghệ gen là quy trình tạo ra những tế bào hoặc sinh vật có gen bị biến đổi hoặc có thêm gen mới, Kỹ thuật tạo ADN tái tổ hợp để chuyển gen từ tế bào này sang tế bào khác (được gọi là kĩ thuật chuyển gen) đóng vai trò trung tâm của công nghệ gen.

Các bước cần tiến hành trong kĩ thuật chuyển gen

Tạo ADN tái tổ hợp

Trong công nghệ gen, để đưa một gen từ tế bào này sang tế bào khác, người ta thường phải sử dụng một phân tử ADN đặc biệt được gọi là thể truyền (còn gọi là vectơ). Kĩ thuật gắn gen cần chuyển vào thể truyền được gọi là kĩ thuật tạo ADN tái tổ hợp. ADN tái tổ hợp là một phân tử ADN nhỏ được lắp ráp từ các đoạn ADN lấy từ các tế bào khác nhau (thể truyền và gen cần chuyển).

Thể truyền thực chất là một phân tử ADN nhỏ có khả năng nhân đôi một cách độc lập với hệ gen của tế bào cũng như có thể gắn vào hệ gen của tế bào. Thể truyền có thể là các plasmit, virut (thực chất là ADN của virut đã được biến đổi) hoặc thậm chí là một số NST nhân tạo (như đã làm ở nani men). Plasmit là phân tử ADN nhỏ, dạng vòng, thường có trong tế bào chất của nhiều loài vi khuẩn. Plasmit có khả năng nhân đôi độc lập với hệ gen của tế bào. Trong một tế bào, nỗi loại plasmit thường có nhiều bản sao.

Để tạo ADN tái tổ hợp, chúng ta cần phải tách chiết được thể truyền và gen cần chuyển ra khỏi tế bào. Khi có được 2 loại ADN thì cần phải xử lí chúng bằng một loại enzim giới hạn (restrictaza) để tạo ra cùng một loại “đầu dính” có thể khớp nối các đoạn ADN với nhau và sau đó dùng một loại keo dính” là enzim ligaza để gắn chúng lại thành ADN tái tổ hợp.

Đưa ADN tái tổ hợp vào trong tế bào nhận

Đê đưa ADN tái tổ hợp vào trong tế bào, người ta có thể dùng muối CaCl, hoặc dùng xung điện để làm dãn màng sinh chất của tế bào, làm cho phân tử ADN tái tổ hợp dễ dàng đi qua màng.

Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp

Khi chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận, ta rất khó nhận biết được tế bào nào đã nhận được ADN tái tổ hợp, tế bào nào không nhận được. Để làm được điều này, các nhà khoa học phải chọn thể truyền có gen đánh dấu. Nhờ có các gen đánh dấu, người ta có thể biết được các tế bào có ADN tái tổ hợp, vì sản phẩm của các gen đánh dấu có thể dễ dàng được nhận biết bằng các kĩ thuật nhất định.

Ứng dụng công nghệ gen trong tạo giống biến đổi gen

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. Người ta có thể làm biến đổi hệ gen của một sinh vật theo 3 cách sau :

– Đưa thêm một gcn lạ (thường là gen của một loài khác) vào hệ gen. Sinh vật có được gen của loài khác bằng cách này được gọi là sinh vật chuyên gen.

– Làm biến đổi một gen đã có sẵn trong hệ gen. Một gen nào đó của sinh vật có thể được làm biến đổi cho nó sản xuất nhiều sản phẩm hơn (ví dụ, tạo ra nhiều hoocmôn sinh trưởng hơn bình thường) hoặc làm cho nó được biểu hiện một cách khác thường (ví dụ, biểu hiện ở những mô nhà bình thường nó không được biểu hiện).

– Loại bỏ hoặc làm bất hoạt một gen nào đó trong hệ gen, Một gen không mong muốn nào đó của sinh vật được loại bỏ hoặc làm cho bất hoạt, ví dụ cà chua biển đổi gen có gen làm chín qua bị bất hoạt, vì thế quả cà chua có thể được vận chuyển đi xa hoặc bảo quản lâu dài mà không bị hỏng.

Một số thành tựu tạo giống biến đổi gen

Tạo động vật chuyển gen

Để tạo ra một con vật chuyển gen, người ta thường lấy trứng ra khỏi con vật nào đó rồi cho thụ tinh trong ống nghiệm. Sau đó, tiêm gan cần chuyển vào hợp tử và hợp tử phát triển thành phôi. Tiếp đến, cấy phôi đã được chuyển gen vào trong tư cung của con vật khác 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 một con vật chuyển gen. Hình 20.1a tóm tắt quy trình chuyên gen protein người vào cửu và hình 20.1b cho thấy chuột bạch chuyển gen có gen hoocmôn sinh trưởng của chuột cống nên có khối lượng gần gấp đôi so với con chuột bình thường cùng lứa. Đây là một trong những thử nghiệm chuyên gcn thành công đầu tiên trên động vật.

Tạo giống cây trồng biến đổi gen

Nhờ công nghệ gen, người ta có thể tạo ra nhiều giống cây trồng quý hiếm. Ví dụ, các nhà khoa học đã chuyển gen trừ sâu từ vi khuẩn vào cây bông và đã tạo được giống bống kháng sâu hại. Khi sâu ăn lá cây bông này, chất độc do gen của vi khuẩn tạo ra sẽ giết chết sâu. Các nhà khoa học cũng tạo được giống lúa “gạo vàng” có khả năng tổng hợp B – caroten (tiền chất tạo ra vitamin A) trong hạt.

Tạo giống cây biến đổi gen có sản phẩm được bảo quản tốt hơn cũng được các nhà khoa học quan tâm.

Tạo dòng vi sinh vật biến đổi gen

Công nghệ gen có thể được ứng dụng để tạo ra các dòng vi khuẩn mang gen của loài khác như gen insulin của người. Những dòng vi khuẩn này với khả năng sinh sản cao nên có thể nhanh chóng sản sinh ra một lượng lớn insulin làm thuốc chữa bệnh tiểu đường. Hiện nay, nhiều dòng vi sinh vật biến đổi gen đã được tạo ra nhằm phục vụ các mục đích khác nhau của con người, trong đó có việc làm sạch môi trường như phân huỷ rác thải, dầu loang,...