Sinh vật biến đổi gen được tạo ra bằng phương pháp chỉnh sửa gen (gene editing)

Khái niệm về chỉnh sửa genChỉnh sửa bộ gen Gene editing là một trong những kỹ thuật nhân giống mới cho phép các nhà khoa học cải thiện các đặc tính của sinh vật sống, bao gồm thực vật,

Phương pháp CRISP và ứng dụng

04

Mối quan tâm về đạo đức

05

1 Khái niệm và lịch sử hình thành

Khái niệm về chỉnh sửa gen

Chỉnh sửa bộ gen (Gene editing) là một trong những

kỹ thuật nhân giống mới cho phép các nhà khoa học cải

thiện các đặc tính của sinh vật sống, bao gồm thực vật,

động vật và vi khuẩn Các công nghệ được sử dụng để

chỉnh sửa bộ gen hoạt động như chiếc kéo, cắt DNA ở

một vị trí cụ thể, sau đó loại bỏ, thêm hoặc thay thế các

chuỗi DNA đã biết tại nơi cắt.

Lịch sử ra đời và hình thành

2010

Một công nghệ mới ra đời, sử dụng enzyme phân cắt acid nucleic giống nhân tố hoạt hóa phiên mã (TALENs)

1987

Thành công trong việc

sử dụng tái tổ hợp

tương đồng để chỉnh

sửa gen trên tế bào gốc

từ phôi của chuột

Một công cụ chỉnh sửa gen mới ZFNs (Zinc finger nucleases)

1991

Kỹ thuật CRISPR/Cas9 được công bố trở thành công cụ chỉnh sửa gen được sử dụng phổ biến nhất tính đến hiện

nay

2012

2 Phương pháp ZFN và ứng dụng

Protein Zinc finger

• Zinc finger là một loại protein đóng vai trò là yếu tố phiên mã, phát hiện ở sinh vật nhân chuẩn (Ếch có móng châu Phi)

• Gồm trình tự khoảng 30 amino acid, có cấu trúc bao

gốc cysteines và hai gốc histidines

ribbon

Cơ chế Zinc finger nucleases (ZFN)

+ Thiết kế ZFNs: Các ZFN được thiết kế dựa trên vị trí ở

exon 4 của gen SSIVa từ nhiễm sắc thể 1 của giống lúa Oryza sativa Nhánh bên trái và nhánh bên phải của cấu trúc ZFN có độ dài tương ứng 9 bp và 12 bp

+ Vector: PIN II Ti-plasmid, Promoters và terminators lần lượt là: PGD1, CaMV 35S

+ Tế bào trung gian: Agrobacterium

+ Quan sát kiểu hình và xác định hàm lượng tinh bột trong các cây lúa được chuyển gen

• Kết quả: Đột biến gen SSIVa chỉ ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp tinh bột hòa tan, không ảnh hưởng đến hàm lượng các loại tinh bột khác Tuy nhiên, đột biến làm cây bị lùn đi và giảm độ trương nở của hạt

3 Phương pháp TALENs và ứng dụng

Transcription

activator-like

effector nuclease

•Các nucleaza tương tự như chất kích hoạt phiên

mã ( TALEN ) là các

enzym giới hạn có thể

được thiết kế để cắt các trình tự cụ thể của DNA

• Liên kết với trình tự

promoter của gen tạo điều kiện cho vi khuẩn lây nhiễm

• Liên kết cụ thể với DNA

dựa trên mô típ lặp lại 34 axit amin

Cấu trúc

điển hình

của TALEs

•Lặp lại ngắn ở cuối terminal Carboxyl

•Phần dư siêu biến: vị trí 12 và 13 (Miền biến lặp lại)

•Cấu trúc: hai vòng xoắn alpha và một RVD ngắn

•TALEN là tổ hợp protein bao gồm hai phần:

• TAL = Miền liên kết DNA.

• EN = Endonuclease của miền sửa đổi DNA khác.

• Miền endonuclease từ vi

khuẩn enzym Fokl có nguồn gốc từ vi khuẩn

Flavobacterium okeanokoites.

VÙNG PHÂN

CẮT DNA

•Miền FokI hoạt động như một dimer, đòi hỏi hai cấu trúc với các miền liên kết DNA duy nhất cho các vị trí trong bộ gen đích với định hướng và khoảng cách thích hợp.

•Cả số lượng gốc axit amin giữa vùng liên kết TALE DNA và vùng phân cắt FokI và số lượng bazơ giữa hai vị trí liên kết TALEN riêng lẻ

dường như là những thông số quan trọng để đạt được mức hoạt động cao

Cơ chế

• Tạo ra các đứt gãy sợi kép (DSB), mà các tế bào phản ứng với cơ chế sửa chữa

•Nối kết cuối không tương đồng (NHEJ) trực tiếp nối DNA từ một trong hai phía của đứt gãy sợi kép

•Cơ chế sửa chữa này gây ra các lỗi trong bộ gen thông qua indels (chèn hoặc xóa), hoặc sắp xếp lại nhiễm sắc thể; bất kỳ lỗi nào như vậy có thể làm cho các sản phẩm gen được mã hóa tại

vị trí đó không hoạt động

Ứng dụng TALENs

Đậu nành

•Các dòng đậu nành có hàm lượng chất béo không bão hòa

đa thấp được phát triển bằng cách sử dụng TALENs bằng cách đưa vào các đột biến xếp chồng lên nhau trong hai gen axit béo desaturase 2 ( FAD2- 1A và FAD2-1B ) tạo ra những thay đổi trong axit béo

desaturase 3A ( FAD3A ) Điều này dẫn đến mức axit oleic trên 80% và mức axit linoleic dưới 4%.

•TALEN đã được sử dụng trong lúa gạo, để tạo ra khả năng chống lại bệnh phá hoại, bệnh bạc lá do vi

khuẩn Xanthomonas oryzae gây ra Gen OsSWEET14 của lúa mã hóa một chức năng cần thiết để

Xanthomonas lây nhiễm và gây

bệnh bạc lá do vi khuẩn Bằng cách chỉnh sửa vùng điều hòa của gen, các nhà nghiên cứu đã tạo ra khả năng kháng bệnh di truyền.

•Ngoài ra, các giống lúa không

thơm đã được chuyển đổi thành các giống lúa thơm bằng cách sử dụng TALENs TALEN được thiết kế để nhắm mục tiêu và phá vỡ gen

OsBADH2 , dẫn đến việc tạo ra hợp chất hương thơm chính 2-acetyl-1- pyrroline.

4 Phương pháp CRISPR-Cas9

và ứng dụng

(s)gRNA – (single) guide RNA

Infographic Style

- Error-prone non homologous end joining (NHEJ): Nối không tương đồng

- Homologous recombination (HR): Trao đổi chéo tương đồng

Cas9 + deaminase

Kích hoạt và bất hoạt gen

Sử dụng CRISPR-Cas9 để chèn gen

Ứng dụng của CRISPR-Cas9 trong nông nghiệp

- Cà chua kháng sâu bệnh

- Nấm: không không bị nâu hóa

- Tăng năng suất cây gạo

- Cam và các cây có múi kháng bệnh greening

- Cacao kháng sâu bệnh

- Lúa mì không gluten Trong tương lai

- Táo không nâu hóa

- Khoai tây không nâu hóa

- Café đề caffeine

- …

5 Mối quan tâm về đạo đức

02

Sự an toàn

Tin rằng không nên cố gắng chỉnh sửa bộ

gen người cho mục đích sinh sản nhưng cần

tiếp tục các nghiên cứu giúp liệu pháp

gen an toàn và hiệu quả.

Nhà nghiên cứu và nhà đạo đức sinh học

1 Khả năng xảy ra các hiệu ứng ngoài mục tiêu

(chỉnh sửa không đúng chỗ) và hiện tượng khảm.

2 Chỉnh sửa dòng mầm có thể giải quyết các nhu

cầu mà PGD (chẩn đoán di truyền trước chuyển

phôi) và IVF (thụ tinh trong ống nghiệm) không

giải quyết được.

3 Sử dụng nó cho các mục đích phi trị liệu và

nâng cao.

1 Không thể có được sự đồng ý rõ ràng đối với liệu pháp mầm bệnh vì bệnh nhân

bị ảnh hưởng bởi các chỉnh sửa là phôi thai

và các thế hệ tương lai.

2 Lo ngại chỉnh sửa gen sẽ chỉ có thể tiếp cận được với người giàu và sẽ làm tăng sự chênh lệch hiện có về khả năng tiếp cận chăm sóc sức khỏe và các can thiệp khác.

3 Nhiều người phản đối về mặt đạo đức

và tôn giáo đối với việc sử dụng phôi người

để nghiên cứu.

Sự đồng ý và công bằng