Bài giảng Nhập môn Công nghệ sinh học: Chương 1 Nguyễn Vũ Phong

Tóm tắt nội dung 3320151Giới thiệu về Công nghệ sinh họcKhoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX•Các phát minh chủ yếu165519371938Robert HookeSchleiden Schwann18591865Học thuyết tiến hóa Quy luật di truyềnKhoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX• Các phát minh chủ yếu1860Vi sinh vật học và CNSH vi sinh vật1868Tìm ra DNAKhoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX• Các phát minh chủ yếuF. MiescherKhoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX• Phát minh nền tảng của thế kỷ XX195319101920Thuyết di truyền NST1999021997Nhân bản vô tính động vật (Animal cloning)Tế bào gốc soma (Somatic Stem Cell)26062000 Giải chuỗi ký tự (Sequencing) bộ gen người (Human enome Projet –HGP)Khoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX• Phát minh nền tảng của thế kỷ XXWilmut và Dolly3320152Khoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX• Ứng dụng trong các cuộc cách mạng mới 1960: Cách mạng xanh tăng vọt sản lượng lúa 1970: Công nghệ di truyền phát triển dẫn đến cách mạng công nghệ sinh học.genomics, proteomics, bioethics,...

Trang 1

Giới thiệu về Công nghệ sinh học

Khoa học công nghệ mũi nhọn của thế kỷ XX

• Các phát minh chủ yếu

1655

1937-1938

Robert Hooke

Schleiden Schwann

1859

1865

Học thuyết tiến hóa

Quy luật di truyền

1860

Vi sinh vật học và CNSH vi sinh vật

1868

Tìm ra DNA

F Miescher

• Phát minh nền tảng của thế kỷ XX

1953

1910-1920

Thuyết di truyền NST

1999

(Animal cloning)

Tế bào gốc soma (Somatic Stem Cell)

26/06/2000 Giải chuỗi ký tự (Sequencing) bộ gen người (Human Genome Projet –HGP)

• Phát minh nền tảng của thế kỷ XX

Wilmut và Dolly

Trang 2

• Ứng dụng trong các cuộc cách mạng mới

- 1960: Cách mạng xanh : tăng vọt sản lượng lúa

- 1970: Công nghệ di truyền phát triển dẫn đến cách mạng công nghệ sinh

học

genomics, proteomics,

bioethics, biosafety

• Cải thiện chất lượng cuộc sống

- 1975: y sinh học phân tử tạo dòng gene, xác định gene bệnh, tạo protein

tái tổ hợp (insulin, interferon,…), cơ chế chết của tế bào (apoptosis)

- 1995: Y học bộ gene (Genomic medecine)

• Mối liên quan với những ngành khoa học công nghệ trong tương lai

Công nghệ thông tin:

- Bioinformatics

- Human computer interface

- Biocomputer Công nghệ nano: Nanotechnology Công nghệ tự động

- Intelligent systems and robotics: vật liệu kết nối não người và computer

- Biorobot

• Những ý tưởng sáng tạo từ phía sinh học

- Công nghệnano: mỗi protein và enzyme là một đơn vị siêu nhỏ

- Công nghệ tựđộng: chế tạo hệ thống tựđộng hoàn hảo từ cấu trúc và

hoạt động của tế bào

- Công nghệ vật liệu: lotus effect, chất bám dính như hệ thống chân thằn

lằn

• Mối liên quan với những ngành khoa học công nghệ trong tương lai

• Những ý tưởng sáng tạo từ phía sinh học

• Bộ phận của nền kinh tế tri thức

Công nghệ sinh học là gì?

• Công nghệ sinh học : về cơ bản là công nghệ sử dụng nhữnghệ thống sinh vật(thường là các vi sinh vật) tạo ra sản phẩm phục vụ cho các mục tiêu sức khoẻ, xã hội và kinh tế

• Công nghệ sinh học được đánh giá làcông nghệ phát triển của thế kỉ XXI

và công nghệ này sẽ dẫn đến sự phát triển to lớn trong công nghệ sinh học công nghiệp và thúc đẩy những cơ hội học tập

• Sự phát triển của sinh học phân tử và mối liên hệ với các kỹ thuật công nghệ là kết quả của sự nâng cao hiểu biết và dùng những tiến trình sinh học cơ bản phục vụ lợi ích thương mại

Các giai đoạn của công nghệ sinh học

Các lĩnh vực của công nghệ sinh học

• CNSH theo đối tượng nghiên cứu

- CNSH phân tử

- CNSH protein, enzyme

- CNSH vi sinh vật

- CNSH thực vật

- CNSH động vật

CNSH truyền thống CNSH hiện đại CNSH phân tử CNSH ???

Các lĩnh vực của công nghệ sinh học

• CNSH theo đối tượng nghiên cứu

• CNSH theo lĩnh vực kinh tế xã hội

- CNSH y học

- CNSH thực phẩm

- CNSH trong hóa học và vật liệu

- CNSH nông nghiệp

- CNSH môi trường

Trang 3

Ứng dụng của công nghệ sinh học

Phân tíchvàchữa trị bệnhở người, tăng cườngsản xuấtnhững chất chữa

trị

Phát triển và tăng cườngnăng suất, phẩm chấtcác giống cây trồng, vật

nuôi

Phát triển và tăng cuờng các tiến trìnhquản lý côn trùngvàdịch bệnh

Phát triển cácđầu dò cảm ứng sinh học(biosensors) trong nghiên cứuchất

ô nhiễm môi trường(environmental pollutants)

Phát triển trong cácquá trình xử lý chất thảivà phương phápgiải độc bằng

thực vật(phytoremediation) các vùng ô nhiễm độc

Sản xuất cácsinh vật biến đổi di truyềnứng dụng trong sản xuất dược liệu,

tăng sự thành công trongdi thựccác loài cây trồng, vật nuôi

• Công nghệ sinh học được định nghĩa một cách chung nhất là sử dụng và/hoặc sản xuất các sinh vật

để phục vụ lợi ích cho con người.

Công nghệ sinh học là gì ?

• Trong thời gian dài, công nghệ sinh học được xem là những tiến trìnhsử dụng các

tổ chức sống để sản xuất, cải tiến các sản phẩm

- Người xưa đã dùng vi sinh vật và phương pháp lên men tạo rabánh mì,

fromage, yogurt, rượu, bia,

- Một trong những hiểu biết và ứng dụng rộng rãi của công nghệ sinh học là

sản xuất kháng sinhPenicillintừ nấm Penicillium (A.Flemming, 1928) Năm 1940,

Penicillin được sản xuất rộng rãi ở quy mô công nghiệp và thương mại hóa

• Khoảng 2 thập kỷ trở lại đây, công nghệ sinh học trở thànhngành khoa họcphát triển với tốc độ rất nhanh và đạt được những thành tựu to lớn

- Kể từ năm1960, sự phát triển nhanh chóng những hiểu biết về di truyền học và sinh học phân tử dẫn đến nhiều phát minh và ứng dụng trong công nghệ sinh học

- Những bí mật về cấu trúc của phân tử DNA và hoạt động của nó đã dẫn đến phát minh nhân bản gene và công nghệ di truyền

- Thông tin di truyền chứa trong các genes được tìm ra và nghiên cứu hoạt động của chúng từ đó phát triển sự nghiên cứu tổng hợp những protein đặc biệt

- Escherichia coli (E coli),vi khuẩn sống trong dạ dày trở thành sinh vật kiễu

mẫu cho nghiên cứu trong công nghệ sinh học, nhất là trong nghiên cứu tổng

hợp protein

- Những kỹ thuật được dùng trong nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh

học bao gồm:

(a) tách chiết gene mã hóa cho protein quan tâm,

(b) cloning gene trong tế bào ký chủ thích hợp, và

(c) tăng cường sự thể hiện của gene này bằng cách dùng promoters

mạnh hơn, cách điều kiện điều hoà sự biểu hiện gene

Công nghệ DNA tái tổ hợp(DNA recombinant technology)

• Thông qua công nghệ di truyền, người ta có thể kết hợp nhiều nguồn DNA

khác nhau và tiến trình này gọi là Kỹ thuật tái tổ hợp DNA (recombinant

DNA technology)

• Khoảng 1 thập kỷ trước, công nghệ protein(protein engineering) trở thành hướng nghiên cứu mới đầy triển vọng nhờ phát triển dựa trên những thành tựu của công nghệ tái tổ hợp DNA

• Công nghệ tái tổ hợp DNA đã tạo ra hàng ngàn ứng dụng trong tạo các giống cây trồng kháng bệnh hại và có năng suất và chất lượng cao; những vi sinh vật tái tổ hợp có khả năng phân hủy những chất ô nhiễm môi trường

(bioremediation)

Trang 4

• Từ những năm 80 đến đầu những năm 90 người ta đã tạo ra những sinh

vật biến đổi di truyềnGMO (genetically modified organism ) có vai trò quan

trọng trong sản xuất thực phẩm như bò sữa, cừu , cà chua, khoai tây, thuốc

lá và bông vải

• Việc chuyển gene mong muốn tạo nên những sinh vật biến đổi gene (GMO)

có khả năng chống chịu lại dịch bệnh, tăng năng suấtvà chất lượng dinh

dưỡng

• Kỹ thuật tái tổ hợp và công nghệ di truyền dẫn đến sự phóng thíchnhững

sinh vật biến đổi gene vào môi trường Điều này đòi hỏi phải có những biện

pháp kiểm soát chặt chẽnhằmđảm bảo an toàn sinh học (biosafety)

• HGP hoàn thành vào năm 2003 là sự kết hợp của rất nhiều quốc gia (Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Pháp, Đức …)

Dự án bộ gen người (Human Genome Project ,HGP)

Những thành tựu của HGP

• Xác định được gần toàn bộ 20,000-25,000genes trong DNA người,

• Xác định được chuỗi 3 tỉ cặp basecấu thành chuỗi DNA người,

• Lưu giữ thông tintrong cơ sở dữ liệu,

• Nghiên cứu và hoàn thiện thêm nhiều công cụ nghiên cứu, phân tích dữ liệu

• Chuyển những kỹ thuật công nghệcó liên quan những tổ chức cơ sở tư nhân

• Cho biết vị trí chính xáctrên nhiễm sắc thể và mã di truyềncủa mỗi gene

trong bộ gen người cũng như những tiến trình trong tế bào do những gene

này kiểm soát Những tính trạng như màu tóc, màu mắt, chiều cao và

những bệnh di truyền…

• Định danh và vẽ bản đồ vị trí của mỗi gen nằm trên từng nhiễm sắc thể

Những thành tựu của HGP

Hình Bản đồ gen của Chromosome 13 &

21 với những gene quy định những căn bệnh di truyền.

Cây CNSH : những lĩnh vực khác nhau tạo nên

CNSH là một khoa học bao gồm nhiều lĩnh vực

Những lĩnh vực ứng dụng Công nghệ sinh học

Công nghệ lên men

•Lĩnh vực quan trọng nhất trong công nghệ sinh học Phát triển rộng rãi với những sản phẩm mớinhư thuốc chữa bệnh, dung môi, protein …

•Bên cạnh những sản phẩm tạo ra, còn những nghiên cứu nhằm thiết kế những hệ thống lên men (bioreactor) hiện đại và hữu hiệu và tối ưu hóahệ thống lên men

Trang 5

Công nghệ enzyme

Xúc tácnhững phản ứng hóa họccực kỳ đặc hiệu, hoặc làmbất hoạt các

enzymevà tạo ra những phân tử chuyển hóa Những sản phẩm được tạo ra

bao gồm L-amino acids, đường cao năng, penicillins bán tổng hợp, tinh bột và

cellulose thủy phân, etc

Công nghệ xử lý chất thải

Chuyển hóa,phân hủychất thải trong đời sống hàng ngày và trong sản xuất

công nghiệp vàtái tạonhững nguồn nguyên liệu mới

Công nghệ sinh học trong môi trường

Ứng dụng công nghệ sinh học trong giải quyết những vấn đề nhưkiểm soát ô nhiễm,xử lý chất thải độc hại, khám phá kim loại nặng từ chất thải khai khoáng, quặng mỏ và những phế phẩm từ khai thác quặng mỏ …

Công nghệ tạo nguồn năng lượng mới

EX: Dùng lignocellulose tạo ra những nguồn năng lượng thô mới không thông qua khai thác tự nhiên nhưethanol,methane, và hydrogen,biofuel

Công nghệ sinh học sử dụng những kiến thức từ:

- Hóa sinh (Biochemistry),

- Di truyền học (Genetics),

- Hóa học (Chemistry),

- Vi sinh ứng dụng (Applied Microbiology),

- Công nghệ và quá trình hóa học (Chemical and Process Engineering),

- Toán học (Mathematics) và

- Công nghệ máy tính (Computer Technology)

Định dạng
Số trang	6
Dung lượng	325,47 KB