Di truyền vi sinh vật

GMO có ứng dụng trong nhiều lĩnh vựcCây trồng, vật nuôi biến đổi gen cung cấp lượng sinh khối lớn hơn, bắt kịp nhu cầu của thế giới khi dân số ngày một tăng lên Cầy trồng biến đổi gen t

Tuy còn nhiều tranh cãi về độ an toàn của

GMO …

chúng vẫn được phát triển mạnh mẽ bởi có

nhiều tiềm năng to lớn

GMO có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực

Cây trồng, vật nuôi biến đổi gen cung cấp lượng sinh khối lớn hơn, bắt kịp nhu cầu của thế giới khi dân số

ngày một tăng lên

Cầy trồng biến đổi gen tránh được sâu bệnh mà không phải dùng tới thuốc trừ sâu, giúp bảo vệ môi trường

Vi sinh vật biến đổi gen giúp xử lý chất thải, chất độc, cải thiện ô nhiễm môi trường.

Vi sinh vật biến đổi gen giúp sản xuất nhiều chế phẩm sinh học theo quy mô công nghiệp, giảm giá thành

sản phẩm

Phương thức tạo GMMs

Ứng dụng của vi sinh vật biến đổi gen được tao ra

Ứng dụng của vi sinh vật biến đổi gen được tao ra

Đoạn gen đích

Cách chuyển gen

Kết quả mong muốn

Tế bào vật chủ

Để cải biến “đoạn gen đích” nhiều phương pháp đã

được ứng dụng

Phá hủy gen không mong muốn

Trao đổi chéo => plasmid tích hợp vào NST vật chủ

2 copy không hoàn chỉnh của gene bị chia cắt bởi vector

Không ổn định

Đoạn trình tự đặc biệt của plasmid có thể rời khỏi NST dưới

dạng loops sau lần tái tổ hợp thứ 2 và làm gene khôi phục như

bình thường

Để bất hoạt ổn định

Plasmid tráo đổi với gene (gene replacement plasmid) mang 2 marker chọn lọc và qua quá trình TĐC kép (double crossover

recombination )

Tăng cường biểu hiện gen mong muốn

Tăng bản sao trên vector plasmid:

Chèn gen đích vào NST vật chủ

Tạo protein không tan => kém hiệu quả

Kém ổn định (mất plasmid, phân chia không đều,…)

Giải phóng, trao đổi ngang gene kháng kháng sinh

Tăng hoạt tính protein bằng đột biến

Đột biến trực tiếp DNA shuffling

Cần biết các đặc điểm của protein

+ Trung tâm hoạt động

+ Trung tâm bám cơ chất

Cả 2 kỹ thuật đã được áp dụng thành công để nâng cao chất lượng nhiều enzyme thương mại quan trọng:

Nâng cao hoạt tính enzyme dưới các điều kiện rộng hơnTăng cường khả năng kháng các phụ gia tẩy rửa

Tăng thời gian bảo quản

Thay đổi chu trình “sản xuất” để tăng hiệu

quả

Khắc phục các bước giới hạn (rate-limiting step) Loại bỏ quá trình điều hoà ngược (feedback regulation)

Tác động vào gene điều hoà Xáo trộn/nhiễu trung tâm trao đổi chất Loại bỏ các pathway cạnh tranh Tăng cường vận chuyển sản phẩm Tăng cường hiệu quả sản xuất là yếu tố cơ bản để đáp ứng sản xuất hiệu quả và duy trì quy trình sản

xuất thương mại

Khắc phục các bước giới hạn (rate-limiting step)

Các bước bị giới hạn bởi lượng chất trung gian (enzyme phân giải 1 quá trình, cơ chất 1 quá trình,…)

Tiền chất tăng, sản phẩm

cũng không tăng

Tăng sản xuất peicilin ở Aspergillus nidulans

Thay promoter của gene mã hoá rate-limiting δ-(L-α- aminoadipyl)-L-cysteinyl-D-valine synthase bằng promoter cảm ứng mạnh của gene mã hoá ethanol

dehydrogenase promoter

Xáo trộn/nhiễu trung tâm trao đổi chất

Thay đổi các bước trong con đường chuyển hóa

Mục đích thương mại

Tùy vào kích thước đoạn gen mong muốn mà chọn vector phù hợp

Sử dụng promoter cảm ứng để chủ động điều khiển được sự biểu hiện của gen

Sử dụng promoter cảm ứng để chủ động điều khiển được sự biểu hiện của gen

Promoter mạnh thường được sử dụng Tuy nhiện sử biệu hiện quá mạnh cuả 1 protein có thể gây độc cho tế bào chủ

Promoter mạnh thường được sử dụng Tuy nhiện sử biệu hiện quá mạnh cuả 1 protein có thể gây độc cho tế bào chủ

Promoter thông dụng nhất

Operon Lac

Promoter Arabinose

Promoter Tryptophan

Thường mã hóa cho gen kháng kháng sinh, giúp phân lập tế bào biến nạp thành công

Thường mã hóa cho gen kháng kháng sinh, giúp phân lập tế bào biến nạp thành công

Số lượng tế bào không được biến nạp luôn cao hơn rất nhiều số lượng biến nạp thành công -> cần gen chọn lọc biểu hiện mạnh

Số lượng tế bào không được biến nạp luôn cao hơn rất nhiều số lượng biến nạp thành công -> cần gen chọn lọc biểu hiện mạnh

Gen kháng kháng sinh không được dùng trong công nghệ thực

phẩm

Gen kháng kháng sinh không được dùng trong công nghệ thực

phẩm

Tùy vào loại vi sinh vật, mục địch sử dụng, mà có nhiều phương pháp chuyển gen khác

nhau…

Ứng dụng của GMMs

Protein trị liệu tái tổ

hợp

Theo cách truyền thống để cung cấp các protein này cho b nh nhân thì đều cần tinh sạch protein từ tế ệbào, mô ho c cơ quan của người/ bò /lợn ă

Nhược điểm:

• Protein tổng hợp có khác bi t với protein ở người ệ  gây đáp ứng miễn dịch đào thải/hoạt tính không hoàn thi nệ

• Nguồn cung cấp hạn chế  không đủ lượng theo nhu cầu

• Nguồn cung cấp có thể nhiễm các virut ho c chứa các chất đ c khácă ộ

Biều hi n gen mã hóa cho protein (insulin của người) trong E.coli khắc phục được các nhược ệ điêm này

Sản xuất IFN γ tái tổ hợp nhờ chủng Vi khuẩn E.coli chứa gen tổng hợp IFN γ dưới sự kiểm soát của promoter tryptophan và h thống operator ệ

H thống điều hòa này giúp đảm bảo lượng sinh khối tích luy lớn trước khi đi vào sản xuất IFN ệγ tăng hi u suất tổng hợp ệ  giảm thiểu chi phí

Vắc-xin HBV

Vaccine HBV thế h đầu: thu được nhờ tinh sạch kháng nguyên bề m t (HBsAg) từ mâu máu của ệ ă

b nh nhân đã nhiễm virus HBV ệ

Nhược điểm:

• Nhiều rủi ro khi xử lý tác nhân truyền nhiễm

• Đắt đỏ do đòi hỏi các thử nghi m trước đó trên đ ng v t.ệ ộ ậ

Vaccine HBV thế h mới: biểu hi n gen mã hóa cho kháng nguyên bề m t của HBV trong chủng nấm men Saccharomyces ệ ệ ă

cerevisiae

Vắc-xin bệnh dại

Vaccine phòng dại sử dụng γ-globulin chỉ phát huy hi u quả với người và v t nuôi mà không ệ ậmang lại kết quả khả quan đối với đ ng v t hoang dã (mầm mống xuất phát của b nh dại)ộ ậ ệ

Phương pháp mới:

Biểu hi n glycoprotein G của virus dại trong m t vaccinia virus tái tổ hợp rồi nhân lên trong tế ệ ộbào đ ng v t, trước khi đưa chúng vào các bả thức ăn thả vào môi trường sống hoang dãộ ậ

Vector chứa gen mã hóa cho G protein se được đồng nhiễm với m t helper virus (vaccinia virus)- m t ộ ộvirus có khả năng xâm nhiễm vào v t chủ nhưng không chứa các gen gây b nh vào E.coli ậ ệ

Sau đó quá trình sao chép và đóng gói hạt virus có lớp vỏ đã được biểu hi n protein kháng nguyên G Tất ệ

cả se được đưa vào cơ thể của đ ng v t để gây đáp ứng miễn dịch hiêu quả.ộ ậ

Chẩn đoán

Để chẩn đoán H i chứng suy giảm miễn dịch (AIDS) ộ thông qua bi n pháp kiểm tra miễn dịch, ệcác xét nghi m thế h đầu tiên sử dụng virus HIV bị bất hoạt được làm giàu qua nuôi cấy mô.ệ ệ

Nhược điểm: tốn kém, xuất hi n dương tính giả.ệ

Phương pháp mới sử dụng E.coli để nhân bản và biểu hi n gen mã hóa cho protein kháng ệnguyên vỏ virus với hi u suất cao hơn, tiết ki m chi phí hơn.ệ ệ

Dệt sợi

Amylase được sử dụng để loại bỏ các hạt tinh b t trong quá trình d t vải – ‘’desizing’’ộ ệ

α - Amylase tái tổ hợp sản xuất bởi vi khuẩn Bacillus stearothermophilus giư được đ c tính ưu ă

vi t nhưng cho hi u suất tổng hợp cao hơn rất nhiều.ệ ệ

Cellulase là enzyme giúp loại bỏ lông tơ và làm cho sợi vải và làm sợi bông có màu sắc sáng

hơn

Cellulase tái tổ hợp có trong chủng vi khuẩn B.cubtilis hoạt tính cao ở môi trường có tính kiềm (chất tẩy rửa), đem lại năng suất vượt tr i hơn hăn so với nguồn gốc tổng hợp tự nhiên.ộ

Thực phẩm

Chymosin có trong dịch vị của bê cần cho hoạt đ ng phân giải các protein trong sưa ộ

Quá trình bào chế chymosin trong sản xuất phomai có thể tồn tại các chất ô nhiễm có nguồn gốc đ ng v t.ộ ậ

Biểu hi n prochymosin trong nấm men Kluyveromyces lactis Sau đó chuyển hóa thành ệchymosin cho thấy hi u suất cao, dễ thu lấy protein và thân thi n với môi trường ệ ệ    

Prochymosin sau khi được tổng hợp se tiết thăng ra ngoại bào

Đồ uống

Pectin methyl esterase I (PME I) là enzyme có vai trò trong phân giải pectin – m t quá trình ộquan trọng công nghi p sản xuất nước ép trái cây ệ    

PME I cung với polygalacturonases se tạo thành chuôi phân giải pectin (thành tế bào thực v t) giúp trái cây mềm ậ hơn khi chín  tăng hi u suất thu nước ép ệ

Pectin methyl esterase I (PME I) có trong Aspergillus aculeatus chỉ chiếm 1% lượng protein tổng

số trong tế bào, dễ lân với nhiều enzyme khác nên khó tinh sạch

BIểu hi n c-DNA full-length mã hóa cho enzyme PME I trong chủng VSV A oryzae cho thấy ệlượng enzyme thu được tăng lên, chiếm 20-30% lượng protein tổng số

Thú y

Bovine somatotropin (bST)

m t hormone tăng trưởng ở bò giúp điều hòa ộquá trình sinh trưởng và tiết sưa của bò

Giảm tổn thương do giá lạnh ở cây

Liên kết với nhau theo dạng bông tuyết, do đó kéo theo nước đóng băng ở to thấp hơn bình thường

Hình thành các mảnh băng làm rách màng tế bào, cây biểu hiện héo, thâm đen

ở quả

Các vi khuẩn chịu lạnh như Pseudonomas Xanthonomas Erwinia

Pseudonomas

Giảm tổn thương do giá lạnh ở cây

Protein IN (Ice nucleation) protein giúp vi khuẩn liên

kết với nhau theo dạng tinh thể băng

Giảm tổn thương do giá lạnh ở cây

Đột biến vi khuẩn gây bệnh bằng các chất hóa học hoặc nhờ cải biến gen.

Tạo ra dòng vi khuẩn đột biến, cạnh tranh với dòng vi khuẩn gây bệnh, làm giảm sức sống của chúng.

Đột biến vi khuẩn gây bệnh bằng các chất hóa học hoặc nhờ cải biến gen.

Tạo ra dòng vi khuẩn đột biến, cạnh tranh với dòng vi khuẩn gây bệnh, làm giảm sức sống của chúng.

Kiểm soát sâu bệnh

Kiểm soát vi khuẩn gây bệnh

Agrobacterium radiobacter K84 tạo chất độc K84, gây hại

cho Agrobacterium tumefaciens – vi khuẩn gây khối u thực vật.

Agrobacterium radiobacter K84 cải biến được cắt bỏ gen

giúp tiếp hợp, ngăn ngừa hiện tượng chuyển gen kháng chất độc sang vi khuẩn gây bệnh

Agrobacterium radiobacter K84 tạo chất độc K84, gây hại

cho Agrobacterium tumefaciens – vi khuẩn gây khối u thực vật.

Agrobacterium radiobacter K84 cải biến được cắt bỏ gen

giúp tiếp hợp, ngăn ngừa hiện tượng chuyển gen kháng chất độc sang vi khuẩn gây bệnh

Cải thiện đất

thầy cùng các bạn đã lắng nghe