TIỂU LUẬN AN TOÀN SINH HỌC : Phân tích khả năng chuyển đoạn DNA tái tổ hợp của sinh vật chuyển gen ( Động vật, thực vật và vi sinh vật) sang hệ vi sinh vật ở người và vật nuôi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC  TIỂU LUẬN AN TOÀN SINH HỌC : Phân tích khả năng chuyển đoạn DNA tái tổ hợp của sinh vật chuyển gen ( Động vật, thực vật và vi sinh vật) sang hệ vi sinh vật ở người và vật nuôi Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Thị Phương Thảo Nhóm sinh viên Nhóm 9 1. Phan Anh Tuấn 550414 2. Lò Thị Vân 550416 3. Đoàn Thị Vân 550415 4. Vương Thị Vân 330418 I. Đặt vấn đề Thực trạng sinh vật biến đổi gen trên trên thế giới và Việt Nam còn nhiều bất cập. Sự hiểu biết của con người về lợi ích cũng như tác hại của chúng đối với sinh thái, môi trường, các sinh vật khác và đặc biệt là sức khỏe con người đang là mối quan tâm hàng đầu của các nhà sinh học trên thế giới. Hiện nay có rất nhiều ý kiến trái chiều xoay quanh vấn đề là liệu các sinh vật chuyển gen có thể chuyển những gen đó vào hệ gen VSV ở người và vật nuôi hay không? Và chúng có ảnh hưởng như thế nào ? II. Nội dung 1. Quá trình chuyển nạp DNA vào vi sinh vật 1.1 Trong tự nhiên Cơ chế hiện tượng biến nạp Tế bào vi khuẩn có thể cho DNA xâm nhập vào là do một giai đoạn tăng trưởng của tế bào, trên bề mặt của tế bào có hiện diện những điểm tiếp nhận đặc biệt gọi là yếu tố khả nạp. Yếu tố này có khả năng tiếp nhận đoạn ngắn DNA từ môi trường bên ngoài để đưa vào môi trường bên trong vi khuẩn, nhờ đó sảy ra sự tái tổ hợp. Cơ chế: Sự tiếp xúc DNA lạ với tế bào nhận. Sự xâm nhập của DNA vào tế bào nhận Sự liên kiết của DNA vào tế bào nhận Sự liên kết của DNA lạ với đoạn DNA tương đồng của nhiễm sắc thể tế bào nhận Sự nhân lên nhiễm sắc thể của DNA biến nạp. Muốn thực hiện biến nạp cần có 3 điệu kiện: (1) Phải có môi trường chứa các đoạn DNA và nồng độ của DNA trong môi trường Mật độ ADN tối thiểu để có thể phát hiện biến nạp là 0,01 ngml, một con số thấp đến nỗi không thể phát hiện bằng phương pháp hóa học. (2) Khả năng dung nạp DNA của vi khuẩn. Một điều quan trọng của biến nạp là tế bào nhận phải có trạng thái sinh lí đặc biệt được gọi là khả năng dung nạp hay khả nạp (competence).Tế bào có khả năng hấp thu ADN ngọai lai và được biến nạp (transformable) gọi là khả nạp (competent) và đây là tính trạng di truyền. Thậm chí trong các chi (genra) biến nạp, chỉ một số chủng (strains) hay loài là được biến nạp. Tính khả nạp trong phần lớn các vi khuẩn biến nạp tự nhiên (naturally transformable) được kiểm soát (regulated) và các protein đặc hiệu tham gia vào hấp thu và tác động đến ADN. Các protein đặc hiệu khả nạp đó gồm protein gắn ADN liên kết màng (membraneassociated ADNbinding protein), autolysin vách tế bào và các nucleaz khác nhau. Ở loài Bacillus subtilis dễ biến nạp, các tế bào sản sinh và tiết ra một peptit nhỏ trong quá trình tăng trưởng và sự tích lũy nồng độ cao của peptit này biến tế bào thành khả nạp. Ở Bacillus, chỉ 20% tế bào biến thành khả nạp và ở trạng thái này trong vài giờ. Trong khi đó, ở Streptomyces, 100% tế bào có thể thành khả nạp, nhưng chỉ trong một thời kỳ ngắn của chu trình tế bào. Biến nạp tự nhiên hiệu quả cao được phát hiện chỉ ở một ít loài vi khuẩn như Acinobacter, Azotobacter, Bacillus, Streptococcus, Haemophilus, Neisseria và Thermus. Ngược lại, E. coli và nhiều loài vi khuẩn khó biến nạp trong điều kiện tự nhiên. Tuy nhiên, có thể gây ra sự dung nạp bằng xử lý hóa chất hay tạo những điều kiện nhất định cho sự tăng trưởng của tế bào. Khi xử lý tế bào E. coli với ion canxi nồng độ cao, chúng trở thành khả nạp và biến nạp các plasmid thực hiện có hiệu quả. Những tế bào dung nạp trên bề mặt có các nhân tố dung nạp (competence factor). Chúng đã được tinh sạch một phần và nghiên cứu ở nhiều loại vi khuẩn. Ở Streptococcus (trước đây gọi là Diplococcus)pneumoniae đã trở thành dung nạp có 30 đến 80 điểm nhận trên tế bào có khả năng gắn với ADN mạch kép hầu như của bất kì nguồn nào. Mặt khác, Haemophilus influenzae có một số lượng hạn chế từ 4 đến 8 điểm nhận (receptors), mà những điểm nhận này trước tiên nhận biết ADN mạch kép có các cặp bazơ trình tự như sau: 5’AAGTGCGGTCA3’ được gọi là “điểm hấp thụ” (uptake site). Sự kiện là các điểm hấp thụ này đặc biệt chung ở ADN của Haemophilus (trên bộ gen có khoảng 600 điểm như vậy) và tương đối hiếm ở ADN của các loài khác đã giải thích vì sao Haemophilus chỉ biến nạp giới hạn với các vi khuẩn trong loài. Phần lớn các vi khuẩn chỉ dung nạp trong một giai đoạn giới hạn của chu trình sống. Trong giai đoạn dung nạp, tế bào tổng hợp một hay nhiều protein được gọi là “các nhân tố dung nạp”, chúng biến đổi màng tế bào để có thể gắn với đoạn ADN ngoại lai. Như vậy, các điểm thụ thể chỉ hiện diện trong giai đoạn dung hợp. (3) Kích thước đoạn DNA Trong biến nạp, vi khuẩn khả nạp gắn thuận nghịch với ADN. Các tế bào khả nạp có thể gắn ADN nhiều hơn cả 1000 lần so với tế bào không khả nạp. Điều kiện quan trọng thứ hai để thực hiện được biến nạp là ADN phải có mạch kép và đoạn biến nạp phải có trọng lượng phân tử tối thiểu là 400.000 dalton (lớn khoảng 1200 bộ gen của vi khuẩn), dĩ nhiên đây không phải là giới hạn cao nhất. Số lượng tế bào được biến nạp (transformants thể biến nạp) tăng tỉ lệ thuận với nồng độ của ADN cho đến lúc mà các điểm thụ thể (receptor sites) bão hòa do các đoạn ADN gắn vào (thường khoảng 10 đoạntế bào). Ở Streptococcus pneumoniae mỗi tế bào có thể gắn khoảng 10 phân tử ADN mạch kép dài 10 – 15 kbp (kilobazơ pairs)phân tử. ADN được hấp thụ vào tế bào và bị enzym cắt làm giảm trọng lượng phân tử còn khoảng 8 kbpphân tử và mạch đơn. Điều thú vị là trong biến nạp ở Haemophilus influenzae, đoạn ADN phải có chuỗi ký tự 11 bp chuyên biệt để xảy ra quá trình gắn không đảo ngược và thu nhận ADN. Chuỗi này được tìm thấy với tần suất cao bất thường ở bộ gen củaHaemophilus, bộ gen đã được giải ký tự chuỗi hoàn toàn. Bằng chứng này và việc một số vi khuẩn nào đó có thể biến nạp trong môi trường tự nhiên làm cơ sở cho giả thiết là biến nạp không chỉ xảy ra trong phòng thí nghiệm mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc truyền gen cho thế hệ sau trong tự nhiên. Bằng cách tăng cường trao đổi gen, những vi khuẩnkhả biến tự nhiên tăng tính đa dạng và tính thích ứng. Mặt dù bất kỳ đoạn DNA nào có trọng lượng phân tử tương ứng đều có khả năng xâm nhập vào tế bào, nhưng ở trong tế bào, chỉ có những đoạn DNA của các chủng vi khuẩn gần gũi nhau mới có thể gắn vào hệ gen của tế bào nhận. Ngày nay được biết có nhiều chi vi khuẩn có hiện tượng biến nạp như:Haemophilus, Neis seria, Rhizobium, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureas, Agrobacteriumra diobacter, Escherichia Coli ...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC



TIỂU LUẬN AN TOÀN SINH HỌC

Chủ đề 9: Phân tích khả năng chuyển đoạn DNA tái tổ hợp của sinh vật chuyển gen ( Động vật, thực vật và vi sinh vật) sang hệ vi sinh vật ở người và vật nuôi

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Phương Thảo

I Đặt vấn đề

Thực trạng sinh vật biến đổi gen trên trên thế giới và Việt Nam còn nhiều bất cập.

Sự hiểu biết của con người về lợi ích cũng như tác hại của chúng đối với sinh thái, môi trường, các sinh vật khác và đặc biệt là sức khỏe con người đang là mối quan tâm hàng đầu của các nhà sinh học trên thế giới

Hiện nay có rất nhiều ý kiến trái chiều xoay quanh vấn đề là liệu các sinh vật chuyển gen có thể chuyển những gen đó vào hệ gen VSV ở người và vật nuôi hay không? Và chúng có ảnh hưởng như thế nào ?

II Nội dung

1 Quá trình chuyển nạp DNA vào vi sinh vật 1.1 Trong tự nhiên

Cơ chế hiện tượng biến nạp

Tế bào vi khuẩn có thể cho DNA xâm nhập vào là do một giai đoạn tăng trưởng của tế bào, trên bề mặt của tế bào có hiện diện những điểm tiếp nhận đặc biệt gọi là yếu tố khả nạp Yếu

tố này có khả năng tiếp nhận đoạn ngắn DNA từ môi trường bên ngoài để đưa vào môi trường bên trong vi khuẩn, nhờ đó sảy ra sự tái tổ hợp

Cơ chế:

- Sự tiếp xúc DNA lạ với tế bào nhận

- Sự xâm nhập của DNA vào tế bào nhận

- Sự liên kiết của DNA vào tế bào nhận

- Sự liên kết của DNA lạ với đoạn DNA tương đồng của nhiễm sắc thể tế bào nhận

- Sự nhân lên nhiễm sắc thể của DNA biến nạp

Muốn thực hiện biến nạp cần có 3 điệu kiện:

(1) Phải có môi trường chứa các đoạn DNA và nồng độ của DNA trong môi trường

Mật độ ADN tối thiểu để có thể phát hiện biến nạp là 0,01 ng/ml, một con số thấp đến nỗi không thể phát hiện bằng phương pháp hóa học

(2) Khả năng dung nạp DNA của vi khuẩn

Một điều quan trọng của biến nạp là tế bào nhận phải có trạng thái sinh lí đặc biệt được gọi là khả năng dung nạp hay khả nạp (competence).Tế bào có khả năng hấp thu ADN ngọai lai và được biến nạp (transformable) gọi là khả nạp (competent) và đây là tính trạng di truyền Thậm chí trong các chi (genra) biến nạp, chỉ một số chủng (strains) hay loài là được biến nạp. Tính khả nạp trong phần lớn các vi khuẩn biến nạp tự nhiên (naturally transformable) được kiểm soát (regulated) và các protein đặc hiệu tham gia vào hấp thu và tác động đến ADN Các protein đặc hiệu khả nạp đó gồm protein gắn ADN liên kết màng (membrane-associated ADN-binding protein), autolysin vách tế bào và các nucleaz khác nhau Ở loài Bacillus subtilis dễ biến nạp, các

tế bào sản sinh và tiết ra một peptit nhỏ trong quá trình tăng trưởng và sự tích lũy nồng độ cao của peptit này biến tế bào thành khả nạp Ở Bacillus, chỉ 20% tế bào biến thành khả nạp và ở trạng thái này trong vài giờ Trong khi đó, ở Streptomyces, 100% tế bào có thể thành khả nạp, nhưng chỉ trong một thời kỳ ngắn của chu trình tế bào

Biến nạp tự nhiên hiệu quả cao được phát hiện chỉ ở một ít loài vi khuẩn như Acinobacter, Azotobacter, Bacillus, Streptococcus, Haemophilus, Neisseria và Thermus. Ngược lại, E coli và nhiều loài vi khuẩn khó biến nạp trong điều kiện tự nhiên

Tuy nhiên, có thể gây ra sự dung nạp bằng xử lý hóa chất hay tạo những điều kiện nhất định cho sự tăng trưởng của tế bào Khi xử lý tế bào E coli với ion canxi nồng độ cao, chúng trở thành khả nạp và biến nạp các plasmid thực hiện có hiệu quả

Những tế bào dung nạp trên bề mặt có các nhân tố dung nạp (competence factor) Chúng

đã được tinh sạch một phần và nghiên cứu ở nhiều loại vi khuẩn Ở Streptococcus (trước đây gọi là Diplococcus)pneumoniae đã trở thành dung nạp có 30 đến 80 điểm nhận trên tế bào có khả năng gắn với ADN mạch kép hầu như của bất kì nguồn nào Mặt khác, Haemophilus influenzae có một số lượng hạn chế từ 4 đến 8 điểm nhận (receptors), mà những điểm nhận này trước tiên nhận biết ADN mạch kép có các cặp bazơ trình tự như sau: 5’AAGTGCGGTCA-3’ được gọi là “điểm hấp thụ” (uptake site) Sự kiện là các điểm hấp thụ này đặc biệt chung ở ADN của Haemophilus (trên bộ gen có khoảng 600 điểm như vậy) và tương đối hiếm ở ADN của các loài khác đã giải thích vì sao Haemophilus chỉ biến nạp giới hạn với các vi khuẩn trong loài

Phần lớn các vi khuẩn chỉ dung nạp trong một giai đoạn giới hạn của chu trình sống Trong giai đoạn dung nạp, tế bào tổng hợp một hay nhiều protein được gọi là “các nhân tố dung

nạp”, chúng biến đổi màng tế bào để có thể gắn với đoạn ADN ngoại lai Như vậy, các điểm thụ thể chỉ hiện diện trong giai đoạn dung hợp

(3) Kích thước đoạn DNA

Trong biến nạp, vi khuẩn khả nạp gắn thuận nghịch với ADN Các tế bào khả nạp có thể gắn ADN nhiều hơn cả 1000 lần so với tế bào không khả nạp

Điều kiện quan trọng thứ hai để thực hiện được biến nạp là ADN phải có mạch kép và đoạn biến nạp phải có trọng lượng phân tử tối thiểu là 400.000 dalton (lớn khoảng 1/200 bộ gen của vi khuẩn), dĩ nhiên đây không phải là giới hạn cao nhất Số lượng tế bào được biến nạp (transformants - thể biến nạp) tăng tỉ lệ thuận với nồng độ của ADN cho đến lúc mà các điểm thụ thể (receptor sites) bão hòa do các đoạn ADN gắn vào (thường khoảng 10 đoạn/tế bào)

Ở Streptococcus pneumoniae mỗi tế bào có thể gắn khoảng 10 phân tử ADN mạch kép dài 10 –

15 kbp (kilobazơ pairs)/phân tử ADN được hấp thụ vào tế bào và bị enzym cắt làm giảm trọng lượng phân tử còn khoảng 8 kbp/phân tử và mạch đơn

Điều thú vị là trong biến nạp ở Haemophilus influenzae, đoạn ADN phải có chuỗi ký tự

11 bp chuyên biệt để xảy ra quá trình gắn không đảo ngược và thu nhận ADN Chuỗi này được tìm thấy với tần suất cao bất thường ở bộ gen củaHaemophilus, bộ gen đã được giải ký tự chuỗi hoàn toàn Bằng chứng này và việc một số vi khuẩn nào đó có thể biến nạp trong môi trường tự nhiên làm cơ sở cho giả thiết là biến nạp không chỉ xảy ra trong phòng thí nghiệm mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc truyền gen cho thế hệ sau trong tự nhiên Bằng cách tăng cường trao đổi gen, những vi khuẩnkhả biến tự nhiên tăng tính đa dạng và tính thích ứng

Mặt dù bất kỳ đoạn DNA nào có trọng lượng phân tử tương ứng đều có khả năng xâm nhập vào tế bào, nhưng ở trong tế bào, chỉ có những đoạn DNA của các chủng vi khuẩn gần gũi nhau mới có thể gắn vào hệ gen của tế bào nhận Ngày nay được biết có nhiều chi vi khuẩn có

hiện tượng biến nạp như:Haemophilus, Neis seria, Rhizobium, Bacillus subtilis, Staphylococcus

aureas, Agrobacteriumra diobacter, Escherichia Coli

1.2 Trong điệu kiện phòng thí nghiệm

Trong kỹ thuật chuyển gen bằng vi sinh vật, quá trình quan trong nhất là dung nạp đoạn DNA cần chuyển vào tế bào vi sinh vật Về nguyên tắc, làm lỗ thủng trên màng tế bào của vi khuẩn để đưa đoạn DNA vào tế bào Thường dùng 2 phương pháp là xung điện và phương pháp hóa học và shock nhiệt

 Xung điện: Ở một điện thế cao trong thời gian ngắn thì có thể tạo nên các lỗ trên màng tế bào trần làm cho ADN bên ngoài có thể xâm nhập vào bộ gen của tế bào Dùng thiết bị điện xung tạo điện thế cao 1700 V/am trong khoảng thời gian là 4-5 phần nghìn giây.Kết quả sẽ làm cho màng tế bào trần xuất hiện các lỗ thủng tạm thời giúp cho AND ngoại lai có thể xâm nhập Quá trình thường được thực hiện trong các cu vét chuyên dụng hoặc là các “ buồng xung điện” có các tấm cực bằng kim loại đặt cách nhau khoảng 1-4 mm

 Phương pháp hóa học sử dụng CaCl2 và shock nhiệt để thúc đẩy DNA đi vào trong tế bào

2 Đặc điểm hệ vi sinh vật ở người và vật nuôi

Hệ vi sinh vật ở người và động vật có chủ yếu trong hệ tiêu hóa như khoang miệng, dạ dày, ruột Một số ít vi sinh vật có trên các lớp niêm mạc mỏng và vùng da

2.1 Đặc điểm hệ vi sinh vật trong hệ tiêu hóa Định nghĩa: Họ vi khuẩn đường ruột bao gồm các trực khuẩn Gram âm, có thể gây bệnh hoặc không, ký sinh ở đường tiêu hoá của người và động vật, có chung những tính chất sau

-Hiếu khí hoặc kỵ khí tuỳ tiện

-Phát triển tốt trên các môi trường nhân tạo thông thường, không sinh nha bào

-Thường có lông quanh thân (một số ítkhông có lông như Shigella, Klebsiella)

-Lên men đường glucoza

-Chuyển hoá nitrat thành nitrit

-Không có oxydase

Dựa vào tính chất kháng nguyên và tính chất sinh vật hoá học, Bergey chia họ vi khuẩn đường ruột thành 13 giống chính:

Escheriachia       Serratia

Shigella        Proteus

Edwardsiella       Providencia

Citrobacter       Morganella

Salmonella          Yersinia

Klebsiella        Erwwinia

Enterobacter

Trong các giống vi khuẩn đường ruột kể trên, các giống có ý nghĩa trong у học nhất là:

Escherichia, shigella, salmonella, klebsilla, proteus, yersinia.

Lactobaccillus Bifidobaclerium Clostridium E.coli

Trong đường tiêu hóa của một người bình thường có tới hàng trăm nghìn tỉ vi khuẩn khác nhau, bao gồm  vi khuẩn có lợi và vi khuẩn có hại Các vi khuẩn này tạo nên một thế cân bằng nhất định, giúp đảm bảo cho hoạt động sinh lý của ruột và của cơ thể, đảm bảo cho cơ thể chống mọi vi khuẩn gây bệnh

Trong vòng 12-24h sau khi sinh, ống tiêu hóa của trẻ hoàn toàn vô khuẩn Khi trẻ tiếp xúc với môi trường xung quanh, do ăn uống, các vi khuẩn bên ngoài mới xâm nhập qua miệng, mũi, họng, trực tràng hình thành một hệ vi khuẩn bao gồm các vi khuẩn có ích và vi khuẩn có hại trong đường tiêu hóa được gọi là vi khuẩn chí đường ruột

Hệ vi khuẩn này ở người lớn bao gồm 20 triệu vi khuẩn ái khí và 2 tỉ vi khuẩn kỵ khí trong 1g phân Ngoài ra còn có cả nấm men, với số lượng bình thường <10.000 trong 1g phân Ở người già, có nhiều nấm men hơn người trẻ, ở trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ hệ vi khuẩn chí tuỳ thuộc vào chế độ ăn của trẻ Với trẻ bú mẹ vi khuẩn bifidus chiếm đa số, trẻ bú sữa bò thì vi khuẩn E.Coli, gram âm chiếm đa số

2.2 Vai trò của các vi khuẩn có ích trong đường ruột

Tác dụng tiêu hóa và chuyển hóa

Hệ vi khuẩn này đóng vai trò tiêu hóa chất bột và các chất xơ, xúc tiến quá trình “giáng hóa” (phân hủy) protid, sản xuất các amin, thủy phân urê Chúng còn giữ vai trò quan trọng làm chuyển hóa tại chỗ các chất cholesterol

Tổng hợp vitamin

Các nhà khoa học đã chứng minh được qua các thực nghiệm rằng một số vi khuẩn sống trong ruột có khả năng tổng hợp các loại vitamin B1 và vitamin K ở manh tràng và đại tràng Do vậy, sự có mặt của các loại vi khuẩn này rất cần thiết giúp cơ thể hấp thụ các vitamin

Vai trò chống khuẩn

Các vi khuẩn có ích cho đường ruột trong điều kiện bình thường đã giúp cơ thể chống lại các vi khuẩn gây bệnh khi chúng mới xâm nhập vào cơ thể trẻ qua ống tiêu hóa Bên cạnh đó còn có tác dụng ức chế sự phát triển của virus đường ruột Các loại vi khuẩn đường ruột có các “khả năng” này là do chúng kích thích sản xuất ra kháng thể đồng thời kích hoạt hệ liên võng nội mạc là một tổ chức quan trọng tham gia vào cơ chế miễn dịch của cơ thể

Phân hủy các chất độc

Khi có sự xâm nhập của các chất gây độc cho cơ thể thì dưới tác dụng của các loại vi khuẩn này các chất độc một phần được phân hủy thành các nhóm ít gây độc hơn hay không gây độc cho cơ thể

3 Nguy cơ Một trong những chỉ tiêu đánh giá an toàn của cây trồng công nghệ sinh học là đánh giá mức độ an toàn đối với sức khỏe con người Đánh giá nguy cơ phát tán gene vào hệ vi sinh vật của người và gia súc

Sự phổ biến của các gen chọn lọc là gen kháng kháng sinh tự nhiên từ vi khuẩn làm nảy sinh mối quan ngại liên quan đến việc chuyển các gen chỉ thị này đến các vi khuẩn sinh sống trong khoang miệng dạ dày, ruột hoặc đến các vi khuẩn có trong thức ăn chúng ta

Các gen kháng kháng sinh được sử dụng làm gen chọn lọc như gen nptII (neomycin

phosphotransferase II) kháng kanamycin; gen hygB (hygromycin phosphostransferase) kháng

hygromycin B và gen streptomycin phosphotransferase kháng streptomycin; gen amp r kháng ampicillin; gen Tcr kháng tetracyclin,

Trong một bài báo có đề cập đến nguy cơ gây nhờn kháng sinh khi sử dụng thực phẩn biến đổi gen

“Việc sử dụng GM có thể dẫn tới việc tăng tính kháng kháng sinh của vi khuẩn Hầu hết các sinh vật biến đổi gen có chứa các gen kháng sinh có khả năng chuyển sang vi khuẩn gây hại cho người

Tuy chưa thể khẳng định những ảnh hưởng của thực phẩm biến đổi gen gây dị ứng, độc

tố, kháng kháng sinh, nhưng một số nghiên cứu gần đây cho thấy rằng chuột ăn ngô biến đổi gen có hiện tượng gan bị sưng

Việc sử dụng các gen kháng kháng sinh cũng làm xảy ra các nguy cơ cho thực phẩm biến đổi gen Người ta đặt ra câu hỏi liệu có thể xảy ra sự chuyển các loại gen kháng kháng sinh từ vật liệu di truyền của cây hay thực phẩm chuyển gen vào trong gen của các vi khuẩn trong ruột hay không? Nếu nguy cơ này là có thật thì việc sử dụng thực phẩm chuyển gen có thể làm xuất hiện các chủng vi khuẩn có khả năng kháng kháng sinh, đó là hiểm họa đối với sức khoẻ cộng đồng.”

- http://dantri.com.vn/suc-khoe/thuc-pham-bien-doi-gien-gay-nhon-khang-sinh-149780.htm

Như vậy vấn đề cần quan tâm là khả năng chuyển gen vào hệ vi sinh vật hay không?

4 Phân tích khả năng chuyển gen vào hệ vi sinh vật đường ruột của người và động vật

4.1 Lượng DNA trong đường tiêu hóa Con người thường tiêu thụ tối thiểu là 0.1 đến 1 g DNA/ngày trong chế độ ăn của mình Vì vậy, các gen chuyển trong trong thực phẩm không phải là một loại vật liệu mới đối với hệ thống tiêu hóa và chúng hiện diên với số lượng cực kỳ nhỏ

Hầu hết các DNA đều bị thủy phân bởi hoạt động của enzyme DNase trong đường tiêu hóa DNA và RNA sẽ được thủy phân thành nucleotide và tiếp tục được các enzyme phá vỡ thành các nhóm phosphate, đường và các nito Hơn nữa trong điệu kiện pH thấp của dạ múi khế, phần lớp các base adenine và guanine của đoạn DNA không được bảo vệ sẽ bị biến tính Người

ta tính toán được rằng, một con bò ăn 24 kg thức ăn khô từ thực vật sẽ cho tương đương 54µg

DNA và DNA cũng dễ dàng bị phân hủy bởi DNase Các enzyme nuclease trong miệng, tuyến tụy, ruột non sẽ phân hủy DNA và RNA Ở động vật nhai lại còn có thêm sự phân hủy vật lý và

vi sinh vật Các bằng chứng cho thấy hơn 95% DNA và RNA bị phân hủy hoàn toàn trong hệ tiêu hóa

DNA plasmid mang gen kháng ampicillin được xử xý với nước bọt của cừu trong điệu kiện in vitro có khả năng chuyển vào tế bào khả biến E.coli sau 24h (Duggan và cs, 2000) Tuy nhiên nhiễm sắc thể tự do của ngô bị nhanh chóng phân hủy chỉ trong vòng 1 phút ủ với dịch dạ

cỏ (Duggan và cs, 2000) Albercht và cs (2001-2004) (Technical University of Munich-TUM) đã tiến hành nghiên cứu về khả năng chuyển gen có nguồn gốc từ ngô GM (Bt176) và hệ vi sinh vật trong cơ quan tiêu hóa của bò được ăn ngô chuyển gen Kết quả cho thấy, không có sự khác biệt trong hệ vi sinh vật ở cơ quan tiêu hóa của bò được ăn ngô Bt hay ăn ngô thường Không có bằng chứng cho thầy có hiện tượng chuyển DNA vào các tế bào vi sinh vật Trong nghiên cứu tiến hành 3 năm nhằm đánh giá ảnh hưởng của ngô BT 176 có mặt trong chế độ ăn đến sức khỏe chất lượng cừu của Trabalza-Marinucci và cs (2008) đã chứng tỏ rằng đoạn DNA chuyển nạp không được tìm thấy trong vi khuẩn dạ cỏ cũng như được tìm thấy trong dịch dạ cỏ, các mô tế bào và máu của cừu

Phipps và cs (2003) cho bò đang cho sữa ăn đậu tương biến đổi gen để xen DNA được biến nạp có thể được phát hiện trong sữa sản xuất bởi những con bò này hay không đã đưa ra được kết luận là DNA biến nạp đã không được phát hiện trong sữa từ những con bò được cho ăn với khẩu phần ăn được bổ súng tới 26.1% đậu tương chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ glyphosate

Gen nptII là gen kháng kháng sinh được sử dụng phổ biến trong quá trình tạo cây trồng

công nghệ sinh học được thương mại hiện này Fuchs và cs (1993) đã chứng minh rằng enzyme được hình thành từ gen này bị bất hoạt nhanh chóng bởi acid dạ dày và bị phân hủy bởi các enzyme tiêu hóa, do đó khả năng kháng kháng sinh được đưa vào cơ thể bị bất hoạt enzyme do

gen ntpII được tạo ra được loại bỏ Một điều đáng quan tâm đó là gen ntpII tồn tại phổ biến trong

tự nhiên bởi vì nó có nguồn gốc từ vi khuẩn E.coli, và nó liên quan đến tính kháng đối với loai kháng sinh ít được sử dụng làm dược phẩm cho người và thú ý

Mật độ ADN tối thiểu để có thể phát hiện biến nạp là 0,01 ng/ml, một con số thấp đến nỗi không thể phát hiện bằng phương pháp hóa học

Như vậy về lượng DNA trong đường tiêu hóa tồn tại trong một thời gian nhất định đủ để biến nạp vào vi khuẩn rất ít và hầu như không có

4.2 Cấu trúc, kích thước đoạn DNA Thực tế bởi vì tất cả các DNA đều có cùng cấu trúc hóa học, do vậy, tất cả những nguy cơ tiềm ẩn liên quan đến việc tiêu thụ DNA sẽ không phụ thuộc vào nguồn gốc loài mà phụ thuộc vào trình tự của nó, như vậy khả năng biến nạp của tất cả các DNA trong thực phẩm biến đổi gen và truyền thống vào hệ vi sinh vật đường ruột là như nhau Bên cạch đó, có nhiều yếu tố giới hạn hiện tượng chuyển, hấp thu và sự ổn định của DNA trong vi khuẩn Sự phá vỡ cấu trúc DNA trong suốt quá trình biến đổi thức ăn trước khi được tiêu hóa và trong quá trình tiêu hóa, cũng như sự có mặt của các enzmye giới hạn của vi khuẩn có vai trò quan trọng trong sự phân cắt DNA ngoại

Hơn nữa vi khuẩn có khả năng mang và gắn đoạn DNA ngoại vào trong hệ gen của chúng khi các đoạn DNA ở mạch thẳng và đỏi hỏi sự tương đồng cao về trình tự hoặc hành thành những vùng tái bản độc lập Bên cạch đó, sự biểu hiện của các gen mới chuyển vào đòi hỏi sự có mặt của các trình tự promotor điều hòa thích hợp Cuối cùng để duy trì trong quần thể vi khuẩn, các tính trạng phải mang ưu thế cạch tranh

Hiện tượng biến nạp chỉ xảy ra với các đoạn DNA có trọng lượng phân tử vừa phải, từ

106 – 107 dalton Các đoạn nhỏ hơn 105 hoặc lớn hơn 108 đều không có khả năng biến nạp Như vậy, giả sử vẫn còn tồn tại lượng DNA trong hệ tiêu hóa, nhưng với kích thước như thế nào? Liệu có nằm trong đoạn 106-107 dalton? Xác xuất phân cắt đúng đoạn gen đó với kích thước như vậy là rất thấp

4.3 Khả năng dung nạp của tế bào vi khuẩn

Tế bào vi khuẩn phải ở trạng thái khả biến mới có thể nhận DNA ngoại lai Những tế bào dung nạp trên bề mặt có các nhân tố dung nạp (competence factor)

Ví dụ: Steptococcus pneumoniae có 30 -80 điểm nhận; Haemophilus influenzae có 4-8

điểm nhận

Ngay cả những loài có khả năng cũng chỉ có thể tiếp nhận được DNA ở những pha sinh trưởng nhất định và trong môi trường nuôi cấy cụ thể Đối với tế bào khả biến tần số biến nạp là 1/10^ 3 tế bào