Nhập môn công nghệ sinh học ths bùi hồng quân

Nội dung môn học gồm: Chương 1: Mở đầu – Khái niệm về công nghệ sinh học Chương 2: Công nghệ vi sinh vật Chương 3: Công nghệ enzyme – protein Chương 3: Công nghệ tế bào Chương 5: Công ng

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

Môn học:

Người phụ trách ThS Bùi Hồng Quân

NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Điện thoại : 09.09.25.24.19

Email : buihongquan@hui.edu.vn

ENGINEERING LEFE SCIENCES

1 Nội dung môn học gồm:

Chương 1: Mở đầu – Khái niệm về công nghệ sinh học

Chương 2: Công nghệ vi sinh vật

Chương 3: Công nghệ enzyme – protein

Chương 3: Công nghệ tế bào

Chương 5: Công nghệ gen

2 Phương thức tiếp cận môn học

3 Tài liệu tham khảo

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

Tài liệu tham khảo

1 Kiều Hữu Ảnh 1999 Giáo trình vi sinh vật học

công nghiệp NXB KH &KT Hà Nội

5 Nguyễn Văn Uyển và Nguyễn Tiến Thắng 1998

Những kiến thức cơ bản về Công nghệ sinh học -

NXB Giáo dục

Tài liệu tham khảo

6 Animal Biotechnology: Science-based Concerns

2002 The National Academies Press Washington

7 The Application of Biotechnology to Industrial

Sustainability 2001 OECD (Organization for

Economic co-operation and Development).

8 M.J Chrispeels & D.E Sadava 2003 Plants, Genes,

and Crop Biotechnology John and Bartlett

Publishers

9 A.N Glazer, H Nikaido 1995 Microbial

Biotechnology: Fundamentals of Applied Microbiology W.H Freeman and Company

Tài liệu tham khảo

10 B.R Glick, J J Pasternak 2004 Molecular

biotechnology: principles and applications of recombinant DNA ASM, Washington

11 S.M Roberts, N.J Turner, A.J Willets, M.K Turner

1995 Introduction to Biocatalis using Enzymes and

Micro-organisms Cambridge University Press

12 C.A Smith & E.J Wood 1991 Molecular Biology &

Biotechnology Chapman & Hall

13 H Uhlig 1998.Industrial Enzymes and their

Applications John Wiley & Sons, INC

14 Gr Walsh 2002 Proteins: Biochemistry and

Biotechnology John Wiley & Sons LTD.

1 Lịch sử phát triển công nghệ sinh học

2 Khái niệm công nghệ sinh học

3 Các lĩnh vực công nghệ sinh học

4 Hướng phát triển công nghệ sinh học thế

kỷ 21

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1 Những khái niệm đầu tiên 1918

2 Sự phát triển công nghệ vi sinh

3 Sự phát triển công nghệ enzyme – protein

4 Sự phát triển công nghệ tế bào

5 Sự phát triển công nghệ gen

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CNSH

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CNSH

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CNSH

1 Khái niệm công nghệ sinh học

3 Sự phát triển công nghệ tế bào

• Công nghệ tế bào thực vật

• Công nghệ tế bào động vật

4 Công nghệ gen

• Công nghệ di truyền cổ điển

• Công nghệ di truyền hiện đại

CNSH - NĂNG LƯỢNG TÁI SINH

CNSH VỚI CN TP & SX HÓA CHẤT

1 CN lên men

2 CN Sản xuất các acid amin

3 CN thủy phân protein  sản xuất nước

CNSH TRONG CBTP

• Chất tăng vị ngọt thực phẩm (các nuleotide (chủ yếu chứa inosine và guanine) được sx ở quy mô CN

• Keo thực phẩm: làm tăng mùi vị, hình dạng và thẩm mỹ của thực phẩm, thường ở dạng polysaccharide, được tạo ra trong quá trình lên

men Pseudomonas sp

6 Chế biến rau quả: nâng cao chất lượng chế biến như muối chua, làm nước chấm từ đậu phụ, đậu tương; sx nước quả (giảm độ nhớt; làm trong nước quả Cắt các liên kết pectin )

VD: xúc tác sinh học ở giai đoạn phát triển; xúc tác ở giai đoạn kết thúc pt; xúc tác in vitro; xúc tác hóa học nhờ enzyme

•Hiện nay CNSH là cơ sở cho nhiều quy trình công nghệ sx các sản phẩm hóa học như acetone, ethanol, butanol, isopropanol từ gỗ, dầu mỏ, than đá hoặc từ các nguyên liệu khác: sx glycerol từ tảo và các chất nhân thơm có giá trị với CN hóa chất hiện đại từ gỗ.

•CNSH hiện đại còn cung cấp nhiều chủng loại vs

& enzyme cho phép thực hiện những biến đổi HH tinh vi trong sx các loại thuốc chữa bệnh có giá trị, các Steroid, các thuốc kháng sinh thế hệ mới, các chất thứ cấp có giá trị (terpene, alkaloid= con đường nuôi cấy tế bào thực vật)

CNSH TRONG SX HOÁ CHẤT

• Lên men sx dung môi hữu cơ: ethanol,

glycerol, aceton, butanol: Dùng vi khuẩn

Clostridium acetolbutylicum để lên men yếm

khí môi trường chứa tinh bột để thu nhận aceton thay cho quá trình chưng cất gỗ trong công nghiệp trước đây

• Sx acid hữu cơ: acetic (CNVS để biến đổi

cellulose thành acetic acid hoặc tổng hợp nhờ

Acetobacter và Clostridium ); lactic; citric

…

CNSH TRONG SX HOÁ CHẤT

•Sx amino acid: về nguyên tắc có thể thủy phân protein= acid hoặc enzyme hoặc tổng hợp hóa học để tạo ra các đồng phân quang học của amino acid, lên men và tổng hợp nhờ các enzyme Ngày nay người ta dùng VSV để lên men hoặc

xúc tác enzyme Corynerbacterium glutamicunm

•CNSH sx thuốc kháng sinh và thuốc steroid chủ yếu nhờ lên men = VSV Các hướng N/c trong lĩnh vực này tập trung vào (mở rộng phổ hoạt động của thuốc; nâng cao hiệu lực thuốc kháng sinh; giảm độ độc và phản ứng phụ của thuốc đối với người; tạo các dạng thuốc chịu được sự phân giải của vi khuẩn, kéo dài thời gian bán hủy của chúng; hoàn thiện các các phương thức sử s\dụng thuốc

CNSH TRONG SX HOÁ CHẤT

CÁC PP SX THUỐC KHÁNG SINH:

• Lên men trực tiếp: bản chất của pp là bổ sung

các tiền chất của kháng sinh hoặc các chất ức chế trao đổi chất vào môi trường lên men hướng chủng lên men tổng hợp chất kháng sinh và các

đồng phân của nó vd: chủng Penicillium

chrysogennum chuyên tổng hợp penicillin

• Tạo kháng sinh bằng phương pháp “đột biến

tổng hợp”: bản chất là sử dụng các dạng đột biến để dịnh hướng tổng hợp thuốc kháng sinh theo mong muốn

• Cải biến thuốc kháng sinh nhờ VSV

CNSH TRONG SX HOÁ CHẤT

5.Sử dụng tính năng và công dụng súc tác của các enzyme thương mại trong cong nghiệp hóa chất:

6.CNSH trong sx hóa chất từ sinh khối (sx hóa chất

từ tế bào TV (buộc các gene TV hoạt động trong tbào

VK hoăc nuôi cấy các dòng TBTVchọn lọc nhằm tạo ra các chất thứ cấp quý hiếm; SX hóa chất từ sinh khối)

CNSH TRONG SX HOÁ CHẤT

Công nghệ sinh học ngày càng chiếm ưu thế trong nông nghiệp thế giới

Tình trạng suy giảm đa dạng sinh học, hệ thống giống cây trồng – vật nuôi kém năng suất, môi trường sinh thái mất cân đối và những vụ ngộ độc thực phẩm liên tục gia tăng trong thời gian qua khiến nhiều nước trên thế giới phải đau đầu nghiên cứu nhằm tìm ra hướng đi mới và bền vững cho nền nông nghiệp Trên thực tế, việc ứng dụng công nghệ sinh học (CNSH) vào sản xuất đã và đang mang lại lới ích to lớn cho nhiều quốc

CNSH trên thế giới

Theo nghiên cứu của Trung tâm Chính sách nông nghiệp và Thực phẩm quốc gia Hoa Kỳ (NCFAP), so với cây trồng thông thường, các loại cây trồng CNSH giúp làm tăng sản lượng lương thực lên 6,6 tỷ pound (1 pound = 0, 454kg) Diện tích trồng cây trồng CNSH tại Mỹ hiện là 47,6 triệu ha, tăng 11% so với năm

2003 và chiếm 59% tổng diện tích cây trồng CNSH toàn cầu, nhờ đó doanh thu cũng tăng lên 2,3 tỷ USD Tài liệu nghiên cứu còn cho thấy, ứng dụng CNSH trong nông nghiệp có thể làm giảm tới 34% lượng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ Hiện nay, Mỹ có tới 1300 công ty CNSH với doanh thu hàng năm đạt khoảng 12,7 tỷ USD

CNSH TRÊN THẾ GIỚI

Tại Israel: Điều đáng chú ý là, nhờ có CNSH nên việc đưa phân bón, nhất là những thành phần kém hoạt động như phân lân thông qua hệ thống tưới nhỏ giọt chôn dưới lòng đất cũng dễ dàng hơn Phân bón được bọc trong túi nhựa polime để bảo đảm phân ngấm chậm và truyền dẫn thông qua quá trình khuếch tán, cho phép khai thác phân bón tốt hơn và giảm ô nhiễm nước ngầm Ưu điểm nổi trội của hệ thống tưới nhỏ giọt trong nhà kính và ngoài trời của Israel là nước nhỏ giọt vào đúng rễ cây, có thể tưới kèm phân bón, tiết kiệm được 30 - 60% lượng nước và phân bón

CNSH TRÊN THẾ GIỚI

Mặc dù đã đi sau rất nhiều nước, kể cả một số nước trong khu vực ASEAN nhưng đến nay, công nghệ sinh học (CNSH) của Việt Nam vẫn chưa được các ban ngành quan tâm và đánh giá đúng vai trò trong sự nghiệp phát triển kinh tế nông nghiệp Chính vì vậy, công tác nghiên cứu

và ứng dụng CNSH vào thực tế sản xuất đang

bỏ ngỏ

CNSH Ở VIỆT NAM

• Thành phố đang được coi là nơi ứng dụng

CNSH mạnh nhất, CNSH chưa được các cấp, ngành thực sự quan tâm một cách đầy

đủ, luẩn quẩn và còn rất mơ hồ

• Tuy nhiên, cũng phải thừa nhận, số lượng

đề tài nghiên cứu về CNSH ở TP Hồ Chí Minh khá nhiều nhưng việc đưa vào ứng dụng trong sản xuất rất khó do giá thành cao, công nghệ phức tạp”

CNSH ở Tp Hồ Chí Minh

• Phát triển thực phẩm cho loài người

• Bảo vệ môi trường sống

• Bảo vệ sức khoẻ loài người

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

CÔNG NGHỆ SINH HỌC THẾ KỶ 21

Triển vọng của CNSH trong CNHC càng ngày vai trò của CNSH trong ngành Hóa chất càng được chú trọng khai thác

• Khai thác tối đa các phản ứng có hệ xúc tác sinh học (phản ứng oxy khử trực tiếp trong đó quan trọng là gắn oxy trực tiếp vào cơ chất như biến đối alkane thành rượu )

•Dùng enzyme xúc tác cho các phản ứng hóa học phi truyền thống (oxy hóa cơ chất hữu cơ thông qua enzyme glucose oxIdase )

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

CÔNG NGHỆ SINH HỌC THẾ KỶ 21

• Công nghệ protein (cải biến protein tự

nhiên bằng các phản ứng hóa học, hoặc công nghệ gene nhằm thay đổi hoặc nâng cao hoạt tính của protein

• Ứng dụng enzyme trong hệ khan nước

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

CÔNG NGHỆ SINH HỌC THẾ KỶ 21

1 Khái niệm vi sinh vật

2 Khái niệm quá trình lên men

3 Ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất các

sản phẩm lên men truyền thống

4 Ứng dụng vi sinh vật trong lên men hiện

đại

Chương 2:

CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT

1 Khái niệm chung

2 Sự phát triển vi sinh vật học

3 Phân loại

4 Đặc tính sinh lý, sinh hoá vi sinh vật

5 Vi sinh vật có lợi, có hại

6 Những hướng ứng dụng

KHÁI NIỆM VỀ VI SINH VẬT

1 Khái niệm quá trình lên men

2 Lên men hiếu khí

3 Lên men yếm khí

4 Ứng dụng các kiểu lên men trong sản

xuất, đời sống

KHÁI NIỆM QUÁ TRÌNH LÊN MEN

1 Khái niệm lên men truyền thống

2 Các sản phẩm lên men truyền thống từ nguồn thực vật

1 Nguyên lý lên men hiện đại

2 Các sản phẩm lên men hiện đại

• Sản xuất sinh khối

1 Khái niệm về enzym

2 Nguồn khai thác enzym

3 Công nghệ sản xuất enzym

4 Ứng dụng enzym vào đời sống và sản xuất

5 Protein tái tổ hợp

Chương 3:

CÔNG NGHỆ ENZYM VÀ PROTEIN

1 Bản chất sinh học của enzym

2 Bản chất hoá học của enzym

3 Cơ chế tác dụng của enzym

4 Tính chất xúc tác của enzym

5 Phương pháp đánh giá chất lượng enzym

KHÁI NIỆM VỀ ENZYM

1 Nguồn khai thác từ thực vật

• Fisine ▪ Bromelin ▪ Papain ▪ Amylase

2 Nguồn khai thác từ động vật

• Protein trypsin ▪ Chimotrypsin ▪ Các enzym khác

3 Nguồn khai thác từ vi sinh vật

• Ưu điểm từ nguồn vi sinh vật

• Sinh tổng hợp enzym ở vi sinh vật

• Các loại enzym khai thác từ vi sinh vật (protease,

amylase, pectinase, glucoamylase, lipase và những enzym khác)

NGUỒN KHAI THÁC ENZYM

Sản xuất Bromelin từ chồi ngọn dứa nhà máy đồ hộp Tân Bình

1 Sản xuất enzym dạng thô

• Sản xuất enzym từ thực vật

• Sản xuất enzym từ động vật

• Sản xuất enzym từ vi sinh vật

2 Sản xuất enzym dạng tinh khiết

• Quá trình làm sạch

• Quá trình tinh chế

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ENZYM

1 Ứng dụng enzym trong công nghệ thực phẩm

2 Ứng dụng enzym trong y học

3 Ứng dụng enzym trong nông nghiệp

4 Ứng dụng enzym trong bảo vệ môi trường

ỨNG DỤNG ENZYM

1 Khái niệm protein tái

1 Khái niệm về nuôi cấy tế bào

2 Lịch sử phát triển của công nghệ tế bào

3 Công nghệ nuôi cấy tế bào thực vật

4 Công nghệ nuôi cấy tế bào động vật

Chương 4:

CÔNG NGHỆ TẾ BÀO

1 Khái niệm về tế bào

2 Cấu tạo tế bào

3 Các quá trình sinh học tế bào

4 Ý nghĩa các quá trình sinh học tế bào trong đời sống sản xuất

KHÁI NIỆM VỀ NUÔI CẤY TẾ BÀO

1 Những nghiên cứu cơ bản

2 Những nghiên cứu ứng dụng

3 Lịch sử phát triển công nghệ

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ TẾ BÀO

1 Ý nghĩa khoa học và thực tế của công nghệ tế bào thực vật

2 Kỹ thuật nuôi cấy tế bào đơn

3 Kỹ thuật nuôi cấy mô

4 Kỹ thuật nuôi cấy tế bào thu sản phẩm bậc 2

CÔNG NGHỆ NUÔI CẤY

TẾ BÀO THỰC VẬT

1 Những vấn đề đạo đức, khoa học nuôi cấy

4.Kỹ thuật sinh sản vô tính

CÔNG NGHỆ NUÔI CẤY TẾ BÀO

ĐỘNG VẬT

1 Khái niệm về gen

2 Thuyết di truyền trung tâm

3 Thuyết di truyền cổ điển

4 Thuyết di truyền hiện đại

5 Những vấn đề về đạo đức và khoa học về công nghệ gen

Chương 5: Công nghệ gen

1 Cấu tạo ADN

2 Cấu tạo ARN

3 Tính chất sinh học gen

4 Vai trò của gen

KHÁI NIỆM VỀ GEN

1 Lịch sử phát triển

2 Kỹ thuật lai, ghép

3 Kỹ thuật gây đột biến

KỸ THUẬT DI TRUYỀN CỔ ĐIỂN

1 Lịch sử phát triển

2 Những ưu điểm của di truyền hiện đại

3 Kỹ thuật tạo dòng

4 Những sai biệt trong kỹ thuật tạo dòng

KỸ THUẬT DI TRUYỀN HIỆN ĐẠI

1.Mục tiêu: cải thiện những đặc tính di truyền của sv

2.Tạo đột biến và phân lập chủng

3.Tạo giống bằng phương pháp lai ghép tế bào

4.Cải biến di truyền trong điều kiện in vivo

1 Cuộc cách mạng xanh - cải tạo giống cây trồng

2 Vấn đề cố định đạm (N)

3 Sản xuất năng lượng trong nông nghiệp

4 Trồng cây trong dinh dưỡng (Phương pháp canh tác mới)

5 CNSH trong lĩnh vực BVTV

6 CNSH trong ngành chăn nuôi: nc cải tiến các công nghệ sinh

sản, đặc biệt là công nghệ tế bào động vật trong đông lạnh tinh, phôi và cấy chuyển hợp tử, thụ tinh ống nghiệm; áp dụng phương pháp chỉ thị phân tử, cong nghệ chuyển gen trong chọn tạo các giống vật nuôi mới có năng suất cao, chất lượng cao; Ứng dụng công nghệ gen trong xác định giới tính phôi một số loại gia súc quan trọng; nn/c và nâng cao năng lực sản xuất, bảo đảm đủ số lượng các loại văc-xin phong chông các dịch bênh gia suc, gia cầm.

7 CNSH trong sản xuất phân bón vi sinh.

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NÔNG NGHIỆP

• N/C phát triển & ứng dụng cnsh để tạo ra các công nghệ và sản phẩm thân thiện với môi trường, sx nhiên liệu sinh học (khí sh, xăng sh, diezen sh ) phục vụ mục tiêu sản xuất sạch hơn

và đảm bảo an ninh năng lượng

• N/C phát triển và ứng dụng cnsh để xử lý các chất thải ô nhiễm và phục hồi các hệ sinh thái tự nhiên, bảo vệ môi trường

• N/C pt & ud cnsh để lưu giữ và bảo tồn, sử dụng hợp lý tài nguyên, đa dạng sinh học đất đai, nước, không khí vì mục tiêu phát triển bền vững

CNSH VỚI MÔI TRƯỜNG

5.Sản xuất các sản phẩm y học bằng tế bào cải biến

6.Sản xuất thuốc kháng sinh, vitamin, a amin, protein bằng công nghệ lên men và vi sinh tái tổ hợp N/c và sx các loại vắc-xin thế hệ mới (vắc –xin tế bào, vắc –xin tái tổ hợp, vắc –xin AND) để đảm bảo cung ứng 80-90%nhu cầu trong nước và một phần cho xuất khẩu

7.Sản xuất thuốc nhờ công nghệ sử dụng DNA tái tổ hợp

1 Khái niệm về cơ thể biến đổi gen

2 Khái niệm về thực phẩm biến đổi gen

3 Khái niệm về an toàn công nghệ gen

4 Luật công nghệ sinh học

NHỮNG VẤN ĐỀ ĐẠO ĐỨC VÀ

KHOA HỌC TRONG CÔNG NGHỆ GEN