Công nghệ sinh học biến đổi gen với thực phẩm chức năng pot

Nguồn G.truyền thống Dòng thương phẩm Đời con lai Gene mong muốn Lai tạo Chuyển cả gen tốt lẫn xấu Giống biến đổi gen Công nghệ sinh học chỉ chuyển những gen mong muốn vào đời sau, khô

Công nghệ sinh học biến đổi gen với thực

phẩm chức năng

PGS TS Dương Thanh Liêm

Bộ môn Dinh dưỡng Khoa Chăn nuôi – Thú y Trường Đại học Nông Lâm

Công nghệ sinh học ứng dụng trên cây

 Cây trồng có kháng

thể như là thuốc chữa bệnh.

Trái dâu tây biến đổi gen đầu

tiên ở Mỹ

 Gọi chung cho biến đổi di truyên là “genetically

modified organisms” (GMO).

 Bao gồm sự cài đặt vào DNA từ một loài nào đó

rất khác xa với đặt điểm loài nhận gen (ví dụ có

thể từ gen của động vật sang loài thực vật, điều

mà không thể xảy ra theo phưong pháp lai tạo

Sự tiến bộ kỹ thuật ở phía trước

 http://www.organicconsumers.org/ge/meltdown.cfm

Ngược lại, lúc bấy giờ ở châu Âu, họ không

cho phép sử dụng thực phẩm biến đổi gen, từ đó

họ cấm nhập khẩu giống cây trồng biến đổi gen

từ Mỹ Đây cũng là những hạn chế tốc độ nghiên

cứu ứng dụng cây thực phẩm biến đổi di truyền

GMO ở các nước châu Âu.

http://scope.educ.washington.edu/gmfood/commentary/sh ow.php?author=Arntzen

http://scope.educ.washington.edu/gmfood/commen

tary/show.php?author=Arntzen

Sự chống đối sản phẩm biến đổi gen không chỉ ở

Mỹ mà trên thế giới cũng vậy đã ảnh hưởng đến nghiên cứu phát triển sản phẩm GMO

Năm 1993 FDA của Mỹ công khai tuyên bố rằng thực phẩm biến đổi gen không có nguy hiểm vốn

có của nó (not inherently dangerous) đối với con người Mỹ chấp nhận thực phẩm GMO bổ sung vào thực đơn hằng ngày của họ

Sự khác nhau giữa thực phẩm

chuyển gen & thực phẩm truyền thống

Gen mong muốn

Giống truyền thống

DNA được chuyển vào

gen kể cả gen tốt lẫn gen

không mong muốn trong

phương pháp lai truyền

thống

Nguồn G.truyền thống Dòng thương phẩm Đời con lai

Gene mong muốn

(Lai tạo)

(Chuyển cả gen tốt lẫn xấu)

Giống biến đổi gen

Công nghệ sinh học chỉ

chuyển những gen mong

muốn vào đời sau, không

như phương pháp lai

Đậu nành chuyển gen theo 2 hướng Tiện lợi trong trồng trọt – Có giá trị phòng bệnh

Mô tả đặc tính của đậu nành chuyển gene kháng thuốc diệt cỏ, giàu Omega-3

• Dùng trong thức ăn, nguyên tiệu X X

• Từ giống thực vật truyền thống X X

• Năng lượng thô GE X X

• Mô tả ứng dụng đặc biệt RRS O3S

• Nguồn gen chuyển vào từ Vi khuẩn Cá

• Hiệu quả trang trại và thực phẩm * **

• Sự giám sát của nhà nước, Liên ban X X

Cà chua biến đổi gen Flavr Savr® Tomatoes

 http://www.essentialbiosafety.info/dbase.php?action=Show Prod&data=FLAVR+SAVR

http://scope.educ.washington.edu/gmfood/ commentary/show.php?author=Arntzen

http://scope.educ.washington.edu/gmfood/

Giống cà chua biến đổi gen đã được FDA chấp thuận và

được thương mại hóa từ năm 1994 Tên thương mại giống

cà chua này là “Flavr Savr® tomato”

Trong cà chua có gen được copy nhiều lần để tổng hợp ra

enzyme polygalacturonase (PG), enzyme này phân giải pectin

làm cho quả chín trở nên mềm nhũn mau hư, khó bảo quản

Bằng kỹ thuật di truyền, người ta loại trừ gen này ra, quả chín

có thể kéo dài, bảo quản quả cà chua được tốt hơn, lâu hơn

Ngoài ra người ta còn cải thiện màu của cà chua đỏ hơn, giàu lycopene hơn, tạo được độ đồng đều và chín cùng lúc, rất tiện cho cơ giới hóathu hoạch và chuyên chở

Gene kháng lại kháng sinh kanamycin cũng có trong giống cà chua này làm cho quả cà chua chín sớm, chín đồng đều hơn

Giống cà chua chuyển gen

Giống cà chua GMO này có thể làm tăng hàm lượng lycopene và beta-carotene, nếu được nhận gen điều khiển tổng hợp chất này cao Nó có những ưu điểm hơn về mùi,

vị và khả năng chống nấm gây bệnh tấn công

Giống cà chua GMO này đã đưa ra mua bán

trên thị trường từ năm 1997, do công ty

Monsanto sản xuất ra

GM tomatoes 'fight cancer'

Tiêu thụ

Cà chua Flavr Savr Cà chua truyền thống

Cà chua Flavr

Savr chín trên cây

như cây nho – Mùi

hấp dẫn Nó được

sửa đổi gen rất tiện

lợi cho thu hoạch

bảo quản.

Cà chua truyền thống lúc còn trên cây có màu xanh Lúc chín rục rất nhanh, Rất khó khăn cho thu hoạch

và bảo quản.

Lúc gần chín vẫn có màu đỏ.

Chín rục rất nhanh, mau hư.

Cà chu truyền thống sắp chín vẫn còn xanh Khi chín đỏ rất nhanh

hư và thối rửa.

Flavr Savr is modified tomato for suiting modern productions and distributions Credit: Owen Koo

http://resources.emb.gov.hk/envir-ed/globalissue/PowerPoint/2.4.10 gmfood_powerpoint_e_v2(2001-9-22).ppt

Sản phẩm đầu tiên –

Cà chua Flav’r Sav’r trên thị trường Mỹ.

Cà chua chuyển gen ở Mỹ

 Thực phẩm chuyển gen GM, cà

chua FLAVR SAVRTM được tiêu

thụ ở Mỹ năm 1994.

 Tốc độ chín rục rất chậm

 Có thân dây leo như cây nho

 Mùi vị rất thơm ngon

Cho đến nay chưa thấy có vấn

đề gì có hại cho sức khỏe với

giống cà chua này.

Flavr Savr Tomato developed by Calgene

(Sources: http://www.ca.uky.edu/agripedia/glossary/flavr.htm)

Giống cà chua biến đổi gen nhằm 2 mục tiêu

Quả chín không mềm nhũn thích hợp cho cơ giới

Cà chua giàu chất chống oxy hóa (Lycopene và anthocyanin)

Giống cá cà chua được chuyển gen tổng hợp lycopene của cà vào cá, vừa giàu Lycopene có

màu sắc sặc sở lại vừa giàu DHA.

Nghiên cứu chuyển gen tạo ra giống lúa hạt gạo vàng giàu caroten

Lúa cho hạt gạo vàng giàu caroten được tạo

ra từ giống lúa truyền thống được

chuyển thêm 2 gen: 1 gen của cây thủy

tiên hoa vàng và 1 gen của vi khuẩn

Erwinia uredovora Công trình này do

GS Ingo Potrykus, người Thụy sĩ và GS

Peter Beyer ở Đức sáng tạo ra và công

bố vào năm 2000

http://cls.casa.colostate.edu/

TransgenicCrops/hotrice.html

Chuyển gene vi khuẩn vào thực vật

http://cls.casa.colostate.edu/TransgenicCrops/animation.html

Từ đây sẽ được các enzyme trong hạt gạo biến

đổi gen (GM) tổng hợp tiếp thành  -,  -Caroten

http://cls.casa.colostate.edu/TransgenicCrops/vitApath.html

Tổ hợp gen điều khiển tổng hợp

 Có 3 gen điều khiển tổng hợp alpha- và

beta-caroten sau đây:

 psy (phytoene synthase),

 lyc (lycopene cyclase) cả hai từ cây thủy tiên hoa vàng

( Narcissus pseudonarcissus ), và

 crt1 từ loài vi khuẩn trong đất là Erwinia uredovora

 Gen psy , lyc và crt1 được chuyển vào hệ gen

trong nhân cây lúa ở vị trí phía sau đoạn promoter đặc biệt trong nội nhũ Quá trình tổng hợp beta-

caroten được thực hiện theo theo trình tựphản ứng với 3 gen điều khiển trong slide kế tiếp.

Quá trình tổng hợp caroten trong hạt gạo vàng

tạo ra

So sánh giữa hạt gạo truyền thống và hạt gạo vàng

chuyển gen giàu beta-caroten

http://en.wikipedia.org/wiki/Golden_rice#Creation_of_golden_rice

Không có caroten

(Provitamin A) Rất giàu caroten (Provitamin A)

Video Clips: Kỹ thuật chuyển gen Sản xuất lúa gạo vàng

“Gạo vàng” từ giống lúa Nhật Bản

http://www.foe.org/safefood/rice.html

Người ta gọi gạo vàng “Golden Rice” để

chỉ tên cho một giống lúa biến đổi gen được

tạo ra và phát triển bởi các nhà khoa học ở

Thụy sĩ và Đức năm 1999 Hạt gạo này

được thiết kế để sản xuất giống lúa có hàm

lượng beta-carotene cao, nhằm mục đích

cung cấp chất tiền vitamin A cho người Vì

hạt gạo chuyển gen có màu vàng nên người

ta gọi là hạt gạo vàng

Hàng triệu người trên thế giới mắc chứng

bệnh thiếu vitamin A (VAD), điều này có ý

nghĩa hết sức quan trọng ở các nước đang

phát triển Từ việc thiếu hụt vitamin A có

thể làm cho trẻ em mù mắt, làm giảm thấp

sức đề kháng bệnh, có thể nguy hiểm cho

các bà mẹ mang thai… Thiếu vitamin A đã

làm cho khoảng 350.000 trẻ em bị mù mắt

và trên 1 triệu người chết trên thế giới có

liên quan đến bệnh này mỗi năm

http://news.bbc.co.uk/1/hi/world/asia-pacific/3139440.stm

Phép màu kỳ diệu hay là ảo ảnh?

Những nghiên cứu về mức beta-carotene trong hạt gạo vàng

Có khoảng 2.0 μg beta-carotene/g gạo vàng Một người phụ nữ

phải tiêu thụ trên 15 lbs gạo này mới đáp ứng đủ nhu cầu

vitamin A và với đứa trẻ cũng phải ăn một lượng như thế mới đủ

nhu cầu Nếu như ăn với một lượng gạo bình thường thì chỉ đáp

ứng khoảng 10% nhu cầu vitamin A Với phụ nữ mang thai thì

sự đáp ứng này nhỏ hơn 10% nhu cầu Tuy nhiên còn những

loại thức ăn khác cũng cung cấp vitamin A.

Hiện nay giống lúa này còn giới hạn, chưa sản xuất với số lượng lớn Lý do cơ bản là còn nhiều người phản đối những thực phẩm chuyển gen GMO, do đó

nó gặp trở ngại trong sự phát triển Khi con người xem xét kỹ lưỡng loại gạo này về nhiều mặt, quan trọng nhất là sự an toàn thực phẩm Hy vọng lúc đó

sẽ có cơ hội cho giống lúa có hạt gạo vàng sẽ phát triển nhanh trên thế giới.

Giống lúa chuyển

gen ở Nhật

 Dễ dàng giải quyết nạn đói trên

Thế giới

 Phát triển giống cây trồng có thể sinh

trưởng trên vùng đất có giới hạn, thửa ruộng nhỏ

 Làm giảm sự căng thẳng đất đai,

nguồn tài nguyên không tái tạo

được.

 Phát triển giống cây trồng kháng

bệnh, giảm sử dụng các loại nông

dược độc hại.

 Phát triển cây trồng chịu được mặn,

tăng trồng tỉa trên miền Duyên hải

 Phát triển giống cây trồng có thể lấy

nitrogen trong không khí làm nguồn dinh dưỡng nhiều mặt.

Công nghệ trồng lúa ở Nhật Bản

CN nông nghiệp Nhật bản

Đu đủ chuyển gen kháng virus ở Thái lan

Đu đủ truyên thống nhiểm virus lá vàng & Đu đủ chuyển gen

kháng virus lá xanh, không nhiểm bệnh

Giống đu đủ chuyển gen kháng virus (trái)

Giống đu đu không chuyển gen nhiểm virus (phải)

Đu đủ chuyển gen ruột đỏ giàu

lycopene, chống ung thư, lại kháng được virus

Đu đủ giàu carotenoid và bệnh tim mạch, ung thư

Đu đủ là thực phẩm chứa nhiều carotenoid,

có chứa khoảng 7,2mg trong một quả.

Đu đủ còn được đánh giá cao trên lĩnh vực thực phẩm chức năng nhờ các enzym như papain, có tác dụng giống như các enzym do dạ dày tiết ra nên rất cần thiết cho việc tiêu hóa thực phẩm.

Trong y học cổ truyền Nam Mỹ, đu đủ được đánh giá có hiệu lực trị bệnh tiểu đường, hen suyễn và chống ký sinh trùng đường ruột, điều trị hiệu quả bệnh ho lao nếu dùng đều đặn trong thời gian dài.

Enzym này tỏ ra hết sức hiệu quả trong việc phân hủy các hỗn hợp protein, có tác

dụng hỗ trợ trong các bệnh xơ hóa túi mật, tiêu hóa khó khăn và nóng rát dạ dày, thiểu năng tuyến tụy, giảm hàm lượng enzym pancreatin tiết ra

http://www.dep.com.vn/modules.php?name=News&file=article&sid=692

• Đầu năm 1990 các nhà khoa học đề nghị bằng

con đường công nghệ sinh học có thể sản xuất cà chua, chuối, khoai tây mang theo những loại

vaccine phòng bệnh cho con người khi tiêu thụ

chúng qua đường miệng.

• Phương pháp chào hàng đơn giản nhất là phân

phát các loại thực phẩm vaccine này cho các nước phát triển để theo dõi khả năng phòng bệnh của nó.

• Những nghiên cứu đó đã giới thiệu loại vaccine

qua đường miệng do thực vật sản xuất ra, nó làm tăng lượng kháng thể trên chuột thí nghiệm.

• Khoai tây có chứa loại vaccine virus viêm gan B (Hepatitis B vaccine) đã tạo được kháng thể trên

Thực phẩm Vaccine

Những khái niệm về thực phẩm vaccine hình thành, người ta yêu cầu loại thực phẩm từ cây trồng này

phải tiêu thụ tươi sống trực tiếp không qua chế biến Mục đích là để bảo vệ protein kháng nguyên không

bị phân hủy qua quá trình gia công chế biến do nhiệt

độ hoặc hóa chất gây ra

Như vậy người ta sản xuất thực phẩm vaccine từ

chuối và cà chua hoặc rau salad có thể ăn trực tiếp được.

Khoai tây vaccine được người ta ăn như thế nào? Như thế một vấn đề mới đặt ra: Khi con người được bổ

sung thực phẩm vaccine thì con đường chủng

vaccine theo phương pháp truyền thống sẽ như thế nào??!!

Đây là vấn đề rất mới, cần phải có một thực tiển ứng dụng để chứng minh.

Thực phẩm Vaccine (tt)

Advant ages

Thực vật sản xuất vaccine

ăn được có thể tăng trưởng

nhanh trong các nước Thế

giới thứ ba, bởi sự sản xuất

rất đơn giản của nó.

Thực vật sinh trưởng tạo ra antigen giá thành thấp hơn rất nhiều so với sản xuất vaccine truyền thống từ nuôi cấy vi khuẩn hoặc virus.

Vaccine thực vật sẵn sàng được sử dụng như

là thực phẩm thuốc hoặc làm nguyên liệu cho ngành dược bào chế vaccin tinh khiết

Tiện lợi của Vaccin thực vật

Thực vật là cơ thể sống, nó

cũng biến đổi, vậy nó có tiếp

tục sản xuất vaccione mãi mãi

được không? Điều này không

có gì bảo đảm được?!?.

Sự tiêu thụ thực vật rất khác biệt về số lượng Vậy khi ăn vaccine thực vật với liều lượng khác nhau nhiều, liệu tác dụng chức năng vaccine

sẽ như thế nào so với phương pháp chủng vaccine truyền thống đúng theo liều chỉ dẫn Phương pháp nào sản sinh kháng thể tốt hơn?

Nêu như vaccine tăng trưởng trên đồng ruộng hay vườn cây thì vấn đề bảo đảm an toàn thực phẩm cho con người có trở thành vấn đề lớn hay không? Khi mà nó gây dị ứng khi

ăn chúng cũng giống như dị ứng khi chủng vaccin.

Liều vaccine có thể rất khác

nhau Ví dụ, trái chuối có

chứa vaccine trọng lượng

khác nhau, thì việc tiêu thụ nó

với số lượng vaccine khác

nhau có ảnh hưởng gì đến sức

khỏe không? Phản ứng của cơ

thể với liều lượng khác nhau

sẽ như thế nào?!?

Vaccine ăn được có thể trở nên bất lợi nếu như nó là cây ăn quả, được người ta tiêu thụ một số lượng lớn trái cây chứa vaccine không theo chỉ dẫn của BS thì liệu nó có an toàn

không?!?

Sự bất tiện của Vaccine thực vật

Thực vật chuyển gen như là nguồn vaccin để chống lại bệnh nhiệt thán

(Anthrax)

Thực vật họ thuốc lá được sinh sản vô tính để sản

xuất vaccine phòng chống bệnh nhiệt thán.

Ref: Aziz MA, Singh S, Anand Kumar P, Bhatnagar R Expression of protective antigen in

transgenic plants: a step towards edible vaccine against anthrax Biochem Biophys Res Commun 2002 Dec 6;299(3):345-51

Xác định gen được chuyển trên bảng

đồ gen DNA bởi sự khuếch đại PCR

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1.5kb

Bộ gen DNA được chiết xuất từ lá cây thuốc lá đã được sử

dụng như là khuôn mẫu để sản xuất vaccine

Phân tích phân tử (Molecular analysis)

 Ly trích antigen và xác định nó bằng kỹ thuật phân

tích kháng thể sinh ra khi phản ứng với antigen.

 Hiệu lực chức năng được xác minh bằng đánh giá

độc lực của nó.

- Thực vật có thể được sử dụng để sản xuất kháng thể đơn dòng (monoclonal antibodies) dùng trong trị bệnh

- Thuốc lá, bắp, khoai tây, đậu nành, cỏ alfalfa, gạo cũng là đối tượng nghiên cứu để sản xuất kháng thể.

- Những sản phẩm kháng thể trên, nhằm mục đích để ngăn chặn bệnh truyền nhiểm do virus, và vi khuẩn…

- Ví dụ: ung thư, bệnh mục xương răng, virus đơn hình gây mụn rộp, virus gây bệnh đường hô hấp

** Bắp GE có thể sản xuất hơn 1 kg kháng thể trên một đơn

vị diện tích ha Mỹ (acre) và có thể dự trử ở RT trên 5 năm!

Sản xuất Kháng thể thực vật

Plantibodies

Humphreys DP et al Curr Opin Drug Discover Dev 2001; 4:172-85.

http://wwwdata.forestry.oregonstate.edu/orb/pdf/CSS199.ppt

Sản xuất rau có chứa kháng thể,

ăn rau để chống bệnh tật

Kết luận “nước đôi” cho thực phẩm GM

1 Cây trồng biến đổi gen tăng năng suất, giảm bệnh tật và sâu bệnh, từ đó giảm sử dụng thuốc trừ sâu, giảm thiểu ô nhiểm môi trường

2 Thêm vào đó chất dinh dưỡng

và mùi vị được cải thiện, có hiệu quả cho sức khỏe người tiêu thụ

3 Thực phẩm biến đổi gen có thể làm tăng hoạt chất thuốc, nhất là những thực phẩm có chức năng vaccine sẽ làm tăng cường khả năng miễn dịch của con người đối với bệnh tật nan y như viêm gan siêu vi B,…, mà thực phẩm thông thường không thể có được

4 Rau sản xuất kháng thể, có thể

ăn để trị bệnh nhiểm trùng

1 Hiện tại người ta chưa biết được một cách chắc chắn thực phẩm biến đổi gen gây hại cho con người và môi trường như thế nào?

2 Do thận trọng nên thực phẩm GMO khó có cơ hội để phát triển nhanh được Người ta sợ rằng thực phẩm chuyển gen tổng hợp ra một loại protein gây dị ứng có hại đến sức khỏe lâu dài của con người

3 Mặt khác thực phẩm chuyển gen có thể là nguyên nhân làm mất tính đa dạng sinh học mà thiên nhiên đã tạo hóa ra qua một quá trình thích ứng lâu dài, sẽ mất đi khả năng thích nghi của các sinh vật

4 Từ cây thực phẩm GM, các gen GM thụ phấn chéo lên cỏ dại sẽ ra sao?!?