THỰC PHẨM BIẾN ĐỔI GENE

Hơn một thập niên nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sinh học nói chung và cây trồng chuyển gene nói riêng trên thế giới đã mở ra triển vọng lớn cho loài người trong việc giải quyết các vấ

Bài semina môn công nghệ sinh học thực phẩm.

Nhóm 9_ lớp 53tp1

Chủ đề : THỰC PHẨM BIẾN ĐỔI GENE ( GMF_ genetically modified food)

NỘI DUNG THẢO LUẬN:

B Nội dung:

I Định nghĩa

II Lịch sử của thực phẩm biến đổi gene

III Tại sao phải sản xuất thực phẩm biến đổi gene

IV Lợi ích và lo ngại về GMF

IV.1 Lợi ích của GMF

IV.2 Những lo ngại về GMF

IV 3 Phương hướng giải quyết những lo ngại về GMF

V Quy trình chuyển gen vào thực phẩm và các phương pháp nhận biết cấu trúc của thực phẩm biến đổi gene,

V.1 Công nghệ tạo thực vật biến đổi gene

VI.2 Công nghệ tạo động vật biến đổi gene

VI.3 Các phương pháp nhận biết và cấu trúc của thực phẩm biến đổi gene

VI Một số sản phẩm biến đổi gene tiêu biểu

VII.1 Thực phẩm biến đổi gene có nguồn gốc thực vật

VII.2 Thực phẩm biến đổi gene có nguồn gốc động vật

C Kết luận

TÀI LIỆU THAM KHẢO

A. Mở bài.

Hiện nay, dân số thế giới đã tăng lên quá 6 tỷ người và dự kiến sẽ vượt quá 12 tỷ người sau

50 năm tới Vấn đề cung cấp đủ lương thực, thực phẩm cho nhân loại là một vấn đề rất lớn

Có nhiều giải pháp được nhiều nước quan tâm, đặc biệt đó là việc mở rộng việc nghiên cứu

và triển khai các loại thực phẩm biến đổi gene Hơn một thập niên nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sinh học nói chung và cây trồng chuyển gene nói riêng trên thế giới đã mở ra triển vọng lớn cho loài người trong việc giải quyết các vấn đề an ninh lương thực môi trường và

Thực phẩm biến đổi gene là một hướng nghiên cứu của các nhà khoa học nhằm đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về mặt số lượng và chất lượng lương thực Một số thực phẩm xuất hiện từ thập kỷ 90 của thế kỷ trước với các cây như lúa mì, đậu tương, ngô, cà chua

B. Nội dung:

I. Định nghĩa

-Thực phẩm biến đổi gene (GMF) là những thực phẩm có vật liệu di truyền (DNA) đã được thay đổi một cách không tự nhiên, ví dụ như thông qua sự giới thiệu của một gene từ một sinh vật khác nhau…

II. Lịch sử của thực phẩm biến đổi gene.

- Các lĩnh vực thử nghiệm đầu tiên của thực vật biến đổi gene xảy ra ở Pháp và Mỹ trong năm1986, ở cây thuốc lá được có khả năng đề kháng với thuốc diệt cỏ

- Năm 1987, Viện di truyền thực vật Ghent (Bỉ), được thành lập bởi MarcVan Montagu và Jeff Schell, được các Công ty đầu tư để phát triển kỹ thuật di truyền trên cây thuốc lá với khả năng chịu côn trùng bằng cách thể hiện gene mã hóa cho protein diệt côn trùng từ loài vi khuẩn BT (Bacillus thuringiensis)

- Trung Quốc là quốc gia đầu tiên cho phép thương mại hóa cây thuốc lá biến đổi gene kháng virus vào năm 1992

- Cây trồng biến đổi gene đầu tiên được chấp thuận cho bán tại Mỹ năm 1994 là cây cà chua FlavrSavr có thời gian bảo quản lâu hơn

- Năm 1994, Liên minh Châu Âu (EU) đã phê chuẩn cây thuốc lá có khả năng chịu thuốc diệt cỏ bromoxynil ,là cây trồng biến đổi gene đầu tiên trên thị trường ở Châu Âu

- Năm 1995, khoai tây biến đổi gene BT đã được phê duyệt an toàn của Cơ quan Bảo vệ môi trường, là cây trồng thực phẩm biến đổi gene đầu tiên được chấp thuận tại Hoa Kỳ.

- Năm 2009 có 25 quốc gia nghiên cứu, sản xuất, nhập khẩu cây trồng biến đổi gene, trong đó chủ yếu là các nước phát triển và đang phát triển (15 nước) Diện tích cây biến đổi gene khoảng

180 triệu ha, trong đó Hoa Kỳ 62,5 triệu ha, Argentina 21 triệu ha, Brazil 15,8 triệu ha, Ấn Độ 7,6 triệu ha, Canada 7,6 triệu ha

- Theo đánh giá của Clive James, giám đốc của ISAAA (Cơ quan dịch vụ quốc tế về tiếp thu các ứng dụng công nghệ sinh học trong nông nghiệp), chỉ trong 15 năm sau khi thương mại hóa, cây trồng công nghệ sinh học biến đổi gene vượt 180 triệu ha trong năm 2010, trong đó có 154 triệu nông dân ở 29 quốc gia hiện đang được hưởng lợi từ công nghệ mới này Với sự gia tăng 87 lần chưa từng có từ năm 1996 đến 2010, cây trồng công nghệ sinh học là công nghệ cây trồng được

áp dụng nhanh nhất trong lịch sử của nông nghiệp hiện đại

III Tại sao phải sản xuất thực phẩm biến đổi gene

Dân số thế giới tăng nhanh cùng với sự phát triển đô thị hóa và mức thu nhập ngày càng cao ở nhiều nước đang phát triển, dẫn đến nhu cầu về các sản phẩm từ thịt, sữa và trứng ước tính sẽ tăng khoảng 2%/ người Tính đến năm 2020, nhu cầu trên toàn thế giới đối với các sản phẩm từ thịt cũng sẽ tăng hơn 55% so với mức tiêu thụ hiện đại, mà phần lớn là ở các nước đang phát triển

Nhu cầu đối với các loại thức ăn ngũ cốc cũng sẽ tăng theo, 3%/năm ở các nước đang phát triển và 0.5%/ năm ở các nước phát triển Tính trung bình, để tạo ra 1kg thịt thì cần 3kg thức

ăn chăn nuôi từ ngũ cốc và 1kg sữa thì cần khoảng 1kg thức ăn tương ứng

Để mở rộng diện tích canh tác mà không gây ra những tác động bất lợi đối với môi trường là rất hạn chế nên việc sản xuất các loại thực phẩm hay thức ăn chăn nuôi từ ngũ cốc cần phải tăng năng suất

Theo tính toán, đến giữa thập kỷ tới, thế giới sẽ có 8- 10 tỷ người, yêu cầu tổng lương thực, thực phẩm phải đạt tốc độ tăng trưởng ít nhất 40% đó là điều khó hiện thực trong tình trạng sản xuất như hiện nay Do đó sản xuất thực phẩm biến đổi gene để tăng năng suất, sản lượng và chất lượng của thực phẩm là hết sức cần thiết

IV Lợi ích và lo ngại về GMF

IV.1 Lợi ích của GMF

a. Đối với đời sống:

Thực phẩm đổi gene đã có những đóng góp tích cực cho quá trình phát triển bền vững qua các lĩnh vực sau:

- Đảm bảo an ninh lương thực và hạ giá thành lương thực trên thế giới

GMF có thể giúp ổn định tình hình an ninh lương thực và hạ giá thành lương thực trên thế giới, bằng cách làm tăng nguồn cung lương thực, đồng thời làm giảm chi phí sản xuất.

- Góp phần xoá đói giảm nghèo

50% những người nghèo nhất trên thế giới là người nông dân ở các nước đang phát triển, nghèo tài nguyên, 20% còn lại là những người nông dân không có đất trồng, phụ thuộc hoàn toàn vào nghề nông.Vì thế, tăng thu nhập cho người nông dân nghèo sẽ đóng góp trực tiếp vào quá trình xoá đói giảm nghèo trên thế giới, tác động trực tiếp đến 70% người nghèo trên toàn thế giới.Tính đến thời điểm hiện tại, các giống bông và ngô biến đổi gen đã mang lại lợi nhuận cho hơn

12 triệu nông dân nghèo ở các nước Ấn Độ, Trung Quốc, Nam Phi, Philippin và số người hưởng lợi sẽ cao hơn trong thập niên thứ hai này Trong đó việc tập trung phát triển các giống gạo biến đổi gen có thể mang lại lợi nhuận cho khoảng 250 triệu hộ nông dân nghèo canh tác lúa ở châu Á

- Giảm tác hại của các hoạt động nông nghiệp đối với môi trường

Hoạt động nông nghiệp truyền thống của con người có tác động rất lớn với môi trường Sử dụng công nghệ sinh học, có thể giảm đáng kể các tác hại đó Trong thập niên đầu tiên ứng dụng công nghệ sinh học, công nghệ tiên tiến này đã giúp giảm lượng lớn thuốc trừ sâu, giảm lượng xăng dầu cần sử dụng trong các hoạt động nông nghiệp, giảm lượng khí CO2 thải ra môi trường do cày xới đất, bảo tồn đất và độ ẩm nhờ phương pháp canh tác không cần cày xới, giúp đất trồng hấp thu được một lượng lớn khí CO2 từ không khí Tổng lượng thuốc trừ sâu cắt giảm trong khoảng thời gian từ 1996 đến 2007 ước tính đạt 359 ngàn tấn thành phần kích hoạt, tương ứng với 9% lượng thuốc trừ sâu cần sử dụng, làm giảm 17,2% các tác hại đối với môi trường, tính theo chỉ số tác hại môi trường (EIQ) Trong năm 2007, công nghệ sinh học đã làm giảm 77.000 tấn thuốc trừ sâu sử dụng trong nông nghiệp (tương đương với 18% lượng thuốc trừ sâu sử dụng), chỉ số EIQ giảm 29% (Brooks và Barfoot, 2009)

- Tăng hiệu quả sản xuất nhiên liệu sinh học

Công nghệ sinh học có thể giúp tối ưu hoá chi phí sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất và thứ hai, nhờ tạo ra các giống cây chịu tác động của môi trường (khô hạn, nhiễm mặn, nhiệt độ khắc nghiệt…) hoặc các tác động của sinh vật (sâu bệnh, cỏ dại…), nâng cao năng suất thu hoạch của cây trồng, bằng việc thay đổi cơ chế trao đổi chất của cây

b.Đối với chính bản thân GMF

- Kháng sâu bọ: Thiệt hại mùa màng do sâu bọ gây ra hết sức lớn, dẫn đến cảnh nghèo đói, cực khổ đối với nông dân các nước đang phát triển Mỗi năm, để phòng tránh sâu bệnh, nông dân thường phải sử dụng hàng tấn thuốc trừ sâu hóa học Thực phẩm bị nhiễm thuốc trừ sâu rất độc hại, gây nên những hậu quả nghiêm trọng đối với sức khỏe người tiêu dùng Đồng thời, dư lượng rác thải nông nghiệp từ thuốc trừ sâu và phân bón cũng góp phần làm ô nhiễm nguồn nước, từ đó gây tác động không tốt cho môi trường Thực phẩm biến đổi gene (TPBĐG) như ngô Bacillus thurigensis ( B.t) có thể giúp chúng ta loại trừ thuốc trừ sâu hóa học, nhờ đó hạ thấp giá thành nông sản

- Chịu thuốc trừ cỏ: Để trừ cỏ cho một số loại cây trồng, nông dân thường sử dụng một lượng lớn các loại thuốc trừ cỏ khác nhau Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gian và tiền bạc

để đảm bảo rằng thuốc trừ cỏ không làm hại đến cây trồng lẫn môi trường Do vậy, cây trồng sẽ

được biến đổi gene để tăng sức đề kháng đối với thuốc trừ cỏ Nhờ đó, nông dân chỉ cần phun một loại thuốc thay vì nhiều loại như trước, giảm bớt tổn hại đến môi trường

- Chịu dịch bệnh: Bệnh của cây trồng do rất nhiều loại virus, nấm và vi khuẩn gây ra Các nhà sinh học thực vật đang cố gắng tạo ra những loại cây trồng chuyển gene có sức đề kháng đối với mọi loại bệnh

- Chịu lạnh: Sương giá đột ngột có thể phá huỷ những cây giống nhạy cảm Một loại gene chống giá rét lấy từ cá nước lạnh đã được cấy vào một số cây trồng như thuốc lá và cà chua Với gene này, cây trồng có thể chịu được nhiệt độ thấp mà trước kia chúng không thể nào chịu đựng được

- Chịu hạn, chịu mặn: Vì dân số thế giới ngày một tăng cao, đất đai sử dụng cho mục đích làm nhà ở ngày càng lấn lướt đất đai nông nghiệp Để đáp ứng nhu cầu về đất đai, nông dân buộc phải canh tác ngay cả những vùng đất vốn không phù hợp với việc trồng cấy Tạo ra cây trồng có khả năng chịu đựng thời kỳ hạn hán dài ngày hoặc lượng muối cao trong đất và nước ngầm sẽ giúp ích rất nhiều cho nông dân

- Dinh dưỡng: ở các nước nghèo, vấn đề suy dinh dưỡng là hiện tượng hết sức phổ biến vì người dân thường chỉ dựa vào một loại cây trồng duy nhất làm thức ăn, chẳng hạn như gạo Tuy nhiên, gạo không chứa đủ lượng chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể Nếu được chuyển đổi gene, gạo

sẽ chứa nhiều vitamin bổ sung và khoáng chất hơn, đủ để bù đắp cho việc thiếu hụt chất dinh dưỡng Chẳng hạn, tại các quốc gia đang phát triển, mù do thiếu vitamin A là căn bệnh rất hay gặp Các nhà nghiên cứu thuộc Viện Khoa học cây trồng Thuỵ Sỹ đã tạo ra được giống lúa

"vàng" chứa lượng vitamin A cực cao và đang chuẩn bị tạo giống lúa chứa nhiều sắt Tuy nhiên,

do phong trào phản đối TPBĐG đang lan mạnh ở Châu Âu, hai giống lúa này có rất ít khả năng đến được với các nước nghèo đói

- Dược phẩm: Chi phí sản xuất thuốc men và vaccine thường rất lớn, hơn nữa điều kiện bảo quản

ở các nước nghèo lại không được tốt Trong khi đó, các nước này lại có tỉ lệ bệnh tật rất cao Do vậy, giới nghiên cứu quốc tế đang tìm cách sản xuất loại vaccine ăn được, có trong cà chua và khoai tây Nhờ đó, chúng sẽ dễ vận chuyển, bảo quản và quản lý hơn vaccine tiêm truyền thống

- Ưu điểm của việc gây đột biến gene:

+Tạo các giống cây có năng suất cao, chất lượng tốt, bảo đảm an toàn nguồn lương thực, thực phẩm trong toàn cầu

+ Đảm bảo ổn định đa dạng sinh học

+ Sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu từ bên ngoài cho nông nghiệp và môi trường

+ Tạo lợi nhuận kinh tế và xã hội, giảm bớt đói nghèo ở các nước đang phát triển

+ Cải thiện chất lượng thực phẩm, làm tăng giá trị dinh dưỡng hoặc có những tính trạng thích hợp cho công nghệ chế biến

IV.2 Những lo ngại về GMF

Những mối tác hại tiềm tàng của thực phẩm biến đổi gene thể hiện ở những khía cạnh sau:

a. Đối với sức khỏe con người:

Bên cạnh những lợi ích cơ bản của GMF, theo nhiều nhà khoa học thế giới, loại thực phẩm này cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ ảnh hưởng lâu dài tới sức khỏe cộng đồng, như khả năng gây dị ứng, làm nhờn kháng sinh, có thể tạo ra độc tố và gây độc lâu dài cho cơ thể Đây là một trong

những tranh luận chủ yếu và vấn đề chỉ được tháo gỡ khi chứng tỏ được rằng sản phẩm protein

có được từ sự chuyển đổi gen không phải là chất gây dị ứng

- Sự ảnh hưởng của thực phẩm biến đổi gene đến hệ thống vi sinh vật trong hệ thống tiêu hóa

Gene kháng sinh trong GMF có thể được chuyển vào các cơ thể vi sinh vật trong ruột của người

và động vật ăn sản phẩm biến đổi gene Điều này có thể dẫn tới việc tạo ra các vi sinh vật gây bệnh có khả năng kháng thuốc Việc chuyển đổi gene từ thực phẩm biến đổi gene vào tế bào cơ thể con người hay vào vi trùng trong đường ruột cơ thể người là mối quan tâm thực sự, nếu như

sự chuyển đổi này tác động xấu tới sức khỏe con

- Độc tố sinh ra trong thực phẩm biếm đổi gene

Độc tố gây ảnh hưởng trực tiếp đối với sức khoẻ hầu hết các sinh vật biến đổi gene do nó được biến đổi nhằm tăng sức đề kháng của chúng Như việc sản sinh ra chất diệt sâu bọ để chống lại côn trùng, hoặc chất diệt cỏ, vì vậy, bản thân chúng chứa đựng các chất này Các chất này có thể tích luỹ trong chuỗi thức ăn và gây nên bệnh tật Mặt khác, việc đưa gen lạ vào cơ thể có thể gây rối loạn quá trình chuyển hoá, tạo nên sự xuất hiện các độc tố

Khi ăn những thực phẩm có độc tố này, sức khoẻ con người hoàn toàn có thể bị tác động

+ Tòa thánh Vatican và một số quốc gia, một số tổ chức bảo vệ môi trường khi đưa ra nhiều lý do

để phản đối cây trồng chuyển gen, một số ý kiến cho rằng cây chuyển gene có thể tạo nên các dị ứng nguyên (allergen) mới gây nên hiện tượng dị ứng ở người

+ Một nghiên cứu khác trên đậu nành biến đổi gene, người ta thấy rằng trong loại đậu nành chuyển gene có chứa một dạng protein lạ mà không tìm thấy ở đậu nành chưa biến đổi gene Hơn nữa, các nhà khoa học đã thử nghiệm protein và xác định rằng nó phản ứng với kháng thể lgE Kháng thể này trong máu người đóng vai trò quan trọng trong một phần lớn các phản ứng dị ứng Thực tế là các protein duy nhất được tạo ra bởi GM đậu nành tương tác với IgE cho thấy rằng nó cũng có thể gây ra dị ứng

- Thành phần dinh dưỡng trong thực phẩm biến đổi gene

- Tất cả các phương pháp nhân giống thực vật, dù truyền thống hay chuyển gene, đều có khả năng thay đổi giá trị dinh dưỡng của sản phẩm, hoặc thay đổi ngoài dự kiến về nồng độ, hàm lượng các chất ức chế dinh dưỡng

- Cây chuyển gene có thể giúp tăng lên một số thành phần dinh dưỡng nhất định Chẳng hạn, cây lúa là cây lương thực quan trọng nhất của nhân loại, nhưng lúa có nhược điểm cơ bản là không chứa vitamin A và cả carotene Do đó những gia đình ăn chủ yếu bằng gạo sẽ bị thiếu vitamin A, hậu quả là gây viêm màng mắt, lâu dài bị khô mắt, mù loà Thế nhưng, khi dùng công nghệ gene, các nhà khoa học đã tạo ra giống lúa chứa vitamin A Hạt gạo của giống lúa này có màu

vàng gọi là lúa vàng Như vậy, nhờ kỹ thuật gen, người ta có thể tạo ra các cây có giá trị dinh dưỡng cao

b. Đối với đa dạng sinh học

- Nguy cơ GMF có thể phát tán những gene biến đổi sang họ hàng hoang dã của chúng, sang sâu bệnh có nguy cơ làm tăng tính kháng của chúng đối với đặc tính chống chịu sâu bệnh, thuốc diệt

cỏ hoặc làm tăng khả năng gây độc của GMC đối với những loài sinh vật có ích

- Dưới sức ép của chọn lọc tự nhiên, côn trùng sẽ trở lên kháng các loại thuốc diệt côn trùng do cây trồng tạo ra và gây thiệt hại cho cây trồng Giải pháp GMC không bền vững cho một số vấn

đề như kháng sâu bệnh, vì các loại dịch hại này có thể tái xuất hiện do bản chất di truyền thích ứng với môi trường của chúng

- Cây trồng kháng sâu có khả năng tiêu diệt các loại côn trùng hữu ích khác như ong, bướm, v.v làm ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn tự nhiên, ảnh hưởng đến đa dạng sinh học nói chung Việc trồng GMC đại trà, tương tự như việc phổ biến rộng rãi một số giống năng suất cao trên diện tích rộng lớn, sẽ làm mất đi bản chất đa dạng sinh học của vùng sinh thái, ảnh hưởng đến chu trình nitơ và hệ sinh thái của vi sinh vật đất

c. Đối với môi trường

- Nguy cơ đầu tiên là việc GMF mang các yếu tố chọn lọc (chịu lạnh, hạn, mặn hay kháng sâu bệnh…) phát triển tràn lan trong quần thể thực vật Điều này làm mất cân bằng hệ sinh thái và làm giảm tính đa dạng sinh học của loài cây được chuyển gene

- Nguy cơ thứ hai là việc GMF mang các gene kháng thuốc diệt cỏ có thể thụ phấn với các cây dại cùng loài hay có họ hàng gần gũi, làm lây lan gene kháng thuốc diệt cỏ trong quần thể thực vật Việc gieo trồng GMF kháng sâu bệnh trên diện rộng, ví dụ, kháng sâu đục thân, có thể làm phát sinh các loại sâu đục thân mới kháng các loại GMF này Việc sử dụng thuốc trừ sâu sinh học

Bt đã cho phép phòng trừ hiệu quả sâu bệnh, nhưng sau 30 năm sử dụng, một số loại sâu bệnh đã trở nên nhờn thuốc ở một vài nơi

- Nguy cơ cuối cùng là việc chuyển gene từ cây trồng vào các vi khuẩn trong đất Tuy nhiên, khả năng xảy ra điều này là vô cùng nhỏ

IV.3 Phương hướng giải quyết những lo ngại về GMF:

Đứng trước quan điểm được nêu ra bởi phe đối lập, các nhà khoa học cũng như các cơ quan, tổ chức có trách nhiệm đã đưa ra những lập luận để khắc phục những vấn đề nêu trên

a. Đối với môi trường:

Do gene được chuyển từ cây này sang cây khác qua đường thụ phấn nên chúng ta có thể tạo cây không có phấn hoặc phấn không chứa gene biến đổi Nhờ đó, quá trình thụ phấn sẽ không xảy ra, đồng thời côn trùng vô hại như sâu bướm chúa có ăn phải phấn hoa cũng không bị tổn lại

Đối với thực vật bậc cao, việc gene của cây này "phát tán" sang cây kia xảy ra thông qua thụ phấn chéo khi chúng cùng loài, hoặc gần loài với nhau Giải pháp là tạo vùng đệm xung quanh khu vực trồng cây biến đổi gene

+ Chẳng hạn, chúng ta trồng ngô không biến đổi gene quanh cánh đồng ngô B.t nhưng sẽ không thu hoạch chỗ ngô trong vùng đệm đấy Côn trùng có lợi hoặc vô hại sẽ được dồn sang vùng đệm, sâu bọ sẽ được phép phá hoại ngô không biến đổi gene Do đó, chúng sẽ không có khả năng kháng lại thuốc trừ sâu Hiện tượng truyền gene sang cho cỏ và cây trồng khác cũng không xảy

ra nữa, bởi vì phấn hoa không thể theo gió vượt qua khỏi vùng đệm Theo tính toán, vùng đệm thích hợp sẽ có chiều rộng khoảng 6 - 30m

b. Đối với sức khỏe:

Công ty Monsanto, một trong nhưng công ty sản xuất thực phẩm biến đổi gene an toàn đưa ra nhận định thực phẩm biến đổi gene là loại thực phẩm an toàn cho sức khỏe con người vì nó đã được kiểm nghiệm trong các phòng thí nghiệm của các công ty công nghệ sinh học, trong đó có công ty Monsanto

Khoa học đã đưa ra một giải pháp sử dụng một số công nghệ như: tạo ra hạt giống có khả năng

“tự kết liễu”, công nghệ hạn chế sử dụng gene hay công nghệ triệt sản hạt cây

Tóm lại, ngoài việc gây dị ứng đối với những người có cơ địa yếu thì cho đến nay TPBĐG vẫn

an toàn cho người sử dụng Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu khoa học vẫn không ngừng tìm kiếm các giải pháp tối ưu nhất đối với cây trồng chuyển gene để từng ngày có thể đưa TPBĐG vào đời sống con người mà không để lại bất cứ hậu quả nào

c. Đối với kinh tế:

Những vấn đề đã nêu trên nếu được giải quyết sẽ hạ giá thành sản phẩm, tăng năng suất về sản lượng cũng như chất lượng… thì kéo theo những vấn đề kinh tế cũng sẽ được giải quyết

V Quy trình chuyển gen vào thực phẩm và các phương pháp nhận biết cấu trúc của thực phẩm biến đổi gene,

V.1 Công nghệ tạo thực vật biến đổi gene

1 Quá trình chuyển gene được thực hiện qua các bước sau :

- Xác định gene liên quan đến tính trạng cần quan tâm

- Phân lập gene

- Gắn gene vào vector biểu hiện (expression vector) để biến nạp

- Biến nạp vào E coli

- Tách chiết DNA plasmid

- Biến nạp vào mô hoặc tế bào thực vật bằng một trong các phương pháp khác nhau

- Chọn lọc các thể biến nạp trên môi trường chọn lọc

- Tái sinh cây biến nạp

- Phân tích để xác nhận cá thể chuyển gene (PCR hoặc Southern blot) và đánh giá mức độ biểu hiện của chúng (Northern blot, Western blot, ELISA hoặc các thử nghiệm in vivo khác )

2 Một số phương pháp chuyển gene

a Chuyển gene gián tiếp:

a.1 Chuyển gene thông qua Agrobacterium.

- Nguyên lý:

+ Sử dụng Ti plasmid của Agrobacterium làm vector

+ Ti plasmid gồm hai phần: T-DNA chứa gene điều hòa sinh trưởng cục bộ, gene tổng hợp các chất Opine và gene gây khối u, có khả năng xâm nhập vào DNA thực vật

+ Vùng vir làm tăng tần số biến nạp

* Các bước thực hiện phương pháp chuyển gene nhờ Agrobacterium:

1.Thiết kế véctơ mang gene biến nạp

2.Nhân (tách dòng – cloning) véctơ nhờ vi khuẩn E.coli

3.Chuyển véctơ mang gen biến nạp từ vi khuẩn E.coli sang Agrobacterium

4.Lây nhiễm Agrobacterium mang véctơ chứa gene biến nạp với tế bào / mô thực vật để tiến hành tế bào quá trình chuyển gene biến nạp sang mô / tế bào đích

5.Chọn lọc các tế bào / mô đã được biến nạp thành công

6.Tái sinh mô / tế bào đã được biến nạp thành công thành cây biến nạp hoàn chỉnh (và đánh giá

sự biểu hiện của gene biến nạp)

Quy trình chuyển gene thông qua Agrobacterium (1)

Quy trình chuyển gene thông qua Agrobacterium (2)

*Ưu – nhược điểm của phương pháp

- Ưu điểm:

+ Gen bị đào thải ít

+ Khả năng chuển gene bền vững, hiệu quả chuyển gene cao

+ Giảm tối thiểu sự không biểu hiện của gene được chuyển

+ Tránh được sự hình thành của các cây chuyển gene khảm

+ Kỹ thuật đơn giản, dễ thực hiện.

+ Không đòi hỏi thiết bị đắt tiền

- Nhược điểm:

+ Số bản sao của gene biến nạp được chuyển vào tế bào thực vật thấp

+ Khả năng biến nạp giới hạn: phương pháp này được sử dụng thành công ở nhiều câu hai là mầm Nhưng hiệu quả chuyển gene ở các cây một là mầm còn thấp Trong khi nhiều cây một là mầm là những cây lương thực quan trọng như lúa, ngô, lúa mỳ…… (nguyên nhân cây một lá mầm không mẫn cảm với sự xâm nhiễm của vk này)

a.2 Chuyển gene thông qua virus

Ngoài việc sử dụng vi khuẩn, người ta còn sử dụng virus là vector chuyển gene vào cây trồng chuyển gene nhờ virus có

- Vector chuyển gene cần có những tiêu chuẩn sau:

+ Hệ gen virus phải là AND

+ Virus có khả năng di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác qua các lỗ ở vách tế bào + Có khả năng mang đoạn AND( gen) mới, sau đó chuyển gene này vào tế bào thực vật

+ Có phổ ký chủ rộng ( trên nhiều loài cây)

+ Không gây tác hại đáng kể cho thực vật

* Ưu- nhược điểm:

- Ưu điểm:

+ Dễ xâm nhập và lây lan trong cơ thể vật chủ

+ Có thể mang đoạn DNA lớn so với khả năng của plasmid

- Nhược điểm: DNA virus khó ghép nối với hệ gen thực vật

- Các loại virus được sử dụng hiện nay là: caulimovirus và geminivirus Tuy nhiên, việc sử dụng virus để chuyển gene ở thực vật còn ít được sử dụng vì DNA virus khó ghép nối với hệ gene của thực vật

b Chuyển gene trực tiếp: là sử dụng các phương pháp nhằm đưa DNA mong muốn trực tiếp vàp tế bào thực vật, tỉ lệ thành công rất thấp do tế bào thực vật có vách xenluloze dày

b.1 Bằng súng bắn gene:

- Nguyên lý:

+ Ngâm những vi đạn với dung dịch có chứa đoạn DNA ngoại lai cần chuyển.

+ Các vi đạn này được làm khô trên một đĩa kim loại mỏng

+ Đĩa này được gắn vào đầu một viên đạn lớn có kích thước vừa khít đầu nong súng bắn gene.+ Khi bắn, viên đạn lớn bị giữ lại còn vi đạn xuyên vào tế bào

+ Sau khi bắn, tách các mô, tế bào và nuôi cấy invitro để tái sinh

* Ưu- nhược điểm:

- Ưu điểm: Thao tác dễ dàng

Có thể chuyển vào nhiều loại tế bào và mô

Các tế bào được biến nạp có tỉ lệ sống cao, cho phép đưa các gene vào tế bào ở

- Ưu- nhược điểm:

- + Ưu điểm: Phương pháp chuyển gene bằng hóa chất có thể áp dụng với nhiều loại tế bào thực vật

Cùng một lúc có thể chuyển gene được vào nhiều tế bào

+ Nhược điểm: tần số chuyển gene thấp do không kiểm soát được quá trình chuyển gene.b.3 Bằng xung điện:

* Nguyên lý: Trong công nghệ di truyền thực vật, người ta sử dụng phương pháp xung điện để chuyển gene vào protoplast thực vật Ở điện thế cao, trong thời gian ngắn có thể tạo ra các lỗ trên

màng protoplast làm cho DNA bên ngoài môi trường có thể xâm nhập vào bên trong tế bào Người ta chuẩn bị protoplast với các plasmid tái tổ hợp đã mang gene mong muốn cần chuyển vào thực vật

- Dùng thiết bị điện xung điện tạo điện thế cao( 200- 400V/m) trong khoảng thời gian 4-5 phần nghìn giây

- Kết qủa là màng tế bào xuất hiện các lỗ thủng tạm thời giúp cho các plasmid tái tổ hợp có thể xâm nhập vào hệ gene của tế bào thực vật quá trình này được thực hiện trong cuvet chuyện dụng

- Sau khi xung điện đem protplast nuôi cấy trong môi trường thích hợp, môi trường chọn lọc để tách các protplast đã được thực biến nạp sau đó nuôi cấy invitro, tái sinh cây và chọn lọc câu chuyển gene

Máy chuyển gene bằng xung điện( Gene Pulser Xcell Total System)

* Ưu- nhược điểm:

- Ưu điểm: phương pháp áp dụng được đối với hiều lọai thực vật

- Nhược điểm: +Tỉ lệ các tế bào được chuyển gene còn thấp

+Sức sống của tế bào giảm đột ngột, khó phục hồi

b.4 Chuyển gene bằng phương pháp vi tiêm:

Phương pháp này sử dụng vi kim tiêm và kính hiển vi để đưa ADN những tế bào nhất định, nhằm tạo ra các dòng biến nạp từ protoplast và cây biến nạp khảm từ phôi phát triển từ hạt phấn

* Ưu- nhược điểm:

- Ưu điểm:

+Có thể tối ưu lượng DNA đưa vào tế bào

+ Có thể đưa một cách chính xác thậm chí vào tận nhân và có thể quan sát được

+ Các tế bào có cấu trúc nhỏ như hạt phấn và tế bào tiền phôi mặc dù hạn chế về số lượng cũng

có thể tiêm chính xác

+ Quyết định được đưa DNA vào loại tế bào nào

+ Có thể nuôi riêng lẻ các tế bào vi tiêm và biến nạp được vào mọi giống cây

- Nhược điểm:

+ Mỗi lần tiêm chỉ được một phát tiêm và chỉ với một tế bào

+ Thao tác trong khi làm đòi hỏi độ chính xác cao

b.5 Chuyển gene qua ống phấn: là phương pháp chuyển không qua nuôi cấy invitro

- Nguyên tắc cuả phương pháp này là DNA ngoại lai chuyển vào cây theo đường ống phấn, chui vào bầu nhuỵ cái Thời gian chuyển gene là vào lúc hạt phấn mọc qua vòi nhụy và lúc đưa tinh tử vào thụ tinh

- Ưu- nhược điểm:

+ Ưu điểm: hiệu suất cao

+ Nhược điểm: Đòi hỏi thao tác, kĩ thuật cao

Khó xác định đựơc thời điểm chuyển gen

VI.2 Công nghệ tạo động vật biến đổi gene

1 Các bước chuyển gen:

Bước 1: Tách chiết, phân lập gene mong muốn:

- Công cụ sử dụng để tạo dòng:

+ Enzyme cắt và nối DNA (enzyme hạn chế và ligase)

+ Các mẫu dò (probe)

+ Vector

+ Tế bào vật chủ( thường là E.coli)

- Quy trình tách chiết, phân lập :

+ Cắt DNA mẫu và plasmid được cắt bởi cùng một enzyme hạn chế

+ Chèn gene mong muốn vào plasmid Tạo plasmid tái tổ hợp

+ Biến nạp plasmid tái tổ hợp vào tế bào vật chủ

+ Tạo điều kiện thuận lợi cho vật chủ sinh trưởng phát triển.

Bước 2 : Tạo tổ hợp gene biểu hiện trong tế bào động vật:

- Các vùng chức năng khác nhau của gene có nguồn gốc từ các loài khác nhau có thể được kết hợp lại với nhau trong ống nghiệm bằng cách sử dụng enzyme hạn chế và ligase

- Bổ sung các trình tự polylinker chứa một số vị trí nhận biết các enzyme hạn chế khác nhau

- Gene chuyển được đi kèm với các trình tự không mã hoá có vai trò điều hoà sự biểu hiện của gene Các yếu tố điều hoà cũng có thể nằm ở trong đoạn intron Yếu tố điều hoà ở gần đầu 5’ của gen là promoter, có vai trò quyết định trong việc điều hoà sự biểu hiện của gen

Promoter ở tế bào động vật có nguồn gốc hoặc từ động vật như methallothionein (MT), thymidine kinase, ß-actin, amylase, insulin, ß-lactoglobulin, adiposite P2 hoặc từ virus động vật như Simian virus(SV40),Rous sarcoma virus (RSV)

Enhancer: gen tăng cường ATG: vị trí khởi đầu phiên mã

SIG: trình tự tín hiệu AAA: đuôi polyA

Bước 3:Tạo cơ sở vật liệu biến nạp gene: