Công nghệ sinh học là quá trình sản xuất các sản phẩm trên quy mô công nghiệp, trong đó nhân tố tham gia trực tiếp và quyết định là các tế bào sống (vi sinh vật, thực vật, động vật)2. [r]
Trang 1PGS TS Nguyễn Hoàng Lộc
Giáo trình
Nhập môn Công nghệ sinh học
Nhà xuất bản Đại học Huế
Năm 2007
Trang 2Địa chỉ: 01 Điện Biên Phủ, Huế - Điện thoại: 054.834486
Giám đốc: Nguyễn Xuân Khoát Tổng biên tập: Hoàng Hữu Hòa
Người phản biện:
PGS TS Lê Trần Bình
Biên tập nội dung:
PGS Nguyễn Khải
Biên tập kỹ thuật-mỹ thuật:
Hoàng Minh
Trình bày bìa:
Nguyễn Hoàng Lộc
Chế bản vi tính:
Nguyễn Hoàng Lộc
NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
In 500 bản khổ 16×24 cm, tại Công ty In Thống kê và Sản xuất Bao bì Huế,
36 Phạm Hồng Thái, Huế Số đăng ký KHXB: 151-2007/CXB/01-03/ĐHH Quyết định xuất bản số: 07/QĐ-ĐHH-NXB, cấp ngày 12/4/2007 In xong và nộp lưu chiểu tháng 4 năm 2007
Trang 3Nhập môn Công nghệ sinh học 5
Phần I
Các khái niệm và nguyên lý cơ bản
Trang 4Mở đầu
I Định nghĩa công nghệ sinh học
1 Định nghĩa tổng quát
Có nhiều định nghĩa và cách diễn đạt khác nhau về công nghệ sinh học tùy theo từng tác giả, nhưng tất cả đều thống nhất về khái niệm cơ bản sau đây:
Công nghệ sinh học là quá trình sản xuất các sản phẩm trên quy mô công nghiệp, trong đó nhân tố tham gia trực tiếp và quyết định là các tế bào sống (vi sinh vật, thực vật, động vật) Mỗi tế bào sống của cơ thể sinh vật hoạt động trong lĩnh vực sản xuất này được xem như một lò phản ứng nhỏ Đầu những năm 1980, đã bắt đầu hình thành công nghệ sinh học hiện đại là lĩnh vực công nghiệp sử dụng hoạt động sinh học của các tế bào đã được biến đổi di truyền Công nghệ sinh học hiện đại ra đời cùng với sự xuất hiện kỹ thuật gen Cơ sở sinh học được áp dụng ở đây bao gồm sinh học phân tử, sinh học tế bào, hóa sinh học, di truyền học, vi sinh vật học, miễn dịch học, cùng các nguyên lý kỹ thuật máy tính
Có hai cách định nghĩa công nghệ sinh học một cách tổng quát nhất:
- Do UNESCO (1985) định nghĩa: Công nghệ sinh học là công nghệ
sử dụng một bộ phận hay tế bào riêng rẽ của cơ thể sinh vật vào việc khai thác sản phẩm của chúng
- Do Trường Luật Stanford (1995) định nghĩa: Công nghệ sinh học là công nghệ chuyển một hay nhiều gen vào sinh vật chủ nhằm mục đích khai thác sản phẩm và chức năng của gen đó
Sự khác biệt rõ rệt nhất của hai định nghĩa trên thuộc về đối tượng tác động của công nghệ sinh học: UNESCO xem cơ quan, bộ phận, tế bào và chức năng riêng rẽ của sinh vật là đối tượng, trong khi đó Trường Luật Stanford lại coi gen là đối tượng tác động của công nghệ
Từ các định nghĩa trên, có thể phân biệt được hai nhóm công nghệ sinh học là:
Trang 5Nhập môn Công nghệ sinh học 7
1.1 Công nghệ sinh học truyền thống (traditional biotechnology)
Bao gồm:
+ Thực phẩm lên men truyền thống (food of traditional fermentations) + Công nghệ lên men vi sinh vật (microbial fermentation technology) + Sản xuất phân bón và thuốc trừ sâu vi sinh vật (production of microbial fertilizer and pesticide)
+ Sản xuất sinh khối giàu protein (protein-rich biomass production) + Nhân giống vô tính bằng nuôi cấy mô và tế bào thực vật (plant micropropagation)
+ Thụ tinh nhân tạo (in vitro fertilization)
1.2 Công nghệ sinh học hiện đại (modern biotechnology)
Bao gồm:
+ Nghiên cứu genome (genomics)
+ Nghiên cứu proteome (proteomics)
+ Thực vật và động vật chuyển gen (transgenic animal and plant) + Động vật nhân bản (animal cloning)
+ Chip DNA (DNA chip)
+ Liệu pháp tế bào và gen (gene and cell therapy)
+ Protein biệt dược (therapeutic protein)
+ Tin sinh học (bioinformatics)
+ Công nghệ sinh học nano (nanobiotechnology)
+ Hoạt chất sinh học (bioactive compounds)
2 Nội dung khoa học của công nghệ sinh học
Công nghệ sinh học cũng có thể được phân loại theo các kiểu khác nhau Xét về góc độ các tác nhân sinh học tham gia vào quá trình công nghệ sinh học, có thể chia thành các nhóm sau:
- Công nghệ sinh học thực vật (plant biotechnology)
- Công nghệ sinh học động vật (animal biotechnology)
- Công nghệ sinh học vi sinh vật (microbial biotechnology)
Trang 6phage λ
Vị trí liên kết kháng nguyên đơn nhất (unique antigen combining site) Vị trí liên kết với kháng thể nằm trên một phân tử kháng nguyên Vòng cặp tóc (hairpin loop) Vùng chuỗi đơn bổ sung tạo nếp gấp
chứa các cặp base tạo thành xoắn kép,
Vùng cùng hướng (downtream region) Đề cập đến vị trí của một
đoạn trình tự nào đó nằm ở phía đầu 3’ của gen hoặc một đoạn gen quan tâm
Vùng đa nối (polylinker hay polycloning site) Một trình tự DNA
mạch kép được tổng hợp nhân tạo có mang một loạt các vị trí nhận biết của các enzyme hạn chế Trình tự này được gắn vào các vector dùng trong kỹ
thuật tạo dòng gen (như vùng tạo dòng)
Vùng liên kết ribosome (ribosome binding site, RBS)
(xem trình tự Shine-Dalgarno)
Vùng ngược hướng (upstream region).Vị trí của một trình tự
nucleotide nào đó nằm ở phía đầu 5’ của phân tử DNA so với gen quan tâm
Vùng tạo dòng (multiple cloning sites, MCS).
t số enzyme cắt hạn chế thông dụng, được thiết kế để chèn đoạn DNA ngoại lai vào đây
Western blot Kỹ thuật chuyển protein tổng số đã được phân tách
bằng điện di SDS trên polyacrylamide gel lên màng nylon hoặc nitrocellulose để lai với kháng thể thứ nhất đặc hiệu và sau đó là kháng thể thứ hai có đánh dấu enzyme nhằm phát hiện protein kháng nguyên tương ứng của nó
Xenobiotic Một loại hợp chất được tìm thấy trong cơ thể sống nhưng
không được sản xuất bình thường hoặc mong đợi có mặt trong cơ thể Nó cũng có thể bao gồm cả các chất hiện diện với nồng độ cao hơn bình thường nhiều lần Đặc biệt, các loại thuốc như kháng sinh được xem là xenobiotic
Trang 7Nhập môn Công nghệ sinh học 355
ô nhiễm như các dioxin, các polychlorinated biphenyl , và các ảnh hưởng
của chúng lên khu hệ sinh vật (biota)
X-gal (5-bromo-4-chloro-3indolyl- -D-galactopyranoside) Cơ chất
sinh màu với -galactosidase cho ra sản phẩm có màu xanh lam
YAC (Yeast artificial chromosome) Nhiễm sắc thể nhân tạo của
nấm men, được dùng làm vector để tạo dòng những đoạn DNA có kích thước rất lớn trong nấm men
Yếu tố tác động cis (cis-acting element) Đoạn trình tự DNA chỉ biểu
hiện hiệu quả trên chính phân tử DNA mà nó tác động Ví dụ: hộp CAAT là
một phần tử tác động cis đối với quá trình phiên mã ở các sinh vật
eukaryote
Yếu tố tác động trans (trans-acting element) Yếu tố di truyền có thể
biểu hiện hiệu quả mà không cần nằm trên cùng một phân tử với đoạn trình
tự đích Thường yếu tố đó mã hóa cho một sản phẩm protein (có thể là một enzyme hay một protein điều hòa) và sản phẩm này có thể khuếch tán đến điểm tác động
Tài liệu tham khảo/đọc thêm
1 Ban Từ điển-NXB Khoa học và Kỹ thuật 2002 Từ điển Bách khoa
Sinh học NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
2 Bains W 2003 Biotechnology from A to Z Oxford University Press Inc
New York, USA
3 Lawrence E 1995 Henderson’s Dictionary of Biological Terms 7th ed
Longman Group Ltd Singapore
4 Ratledge C and Kristiansen B 2002 Basic Biotechnology Cambridge
University Press, UK
5 Singleton P and Sainsbury D 2001 Dictionary of Microbiology and
6 Walker JM and Rapley R 2002 Molecular Biology and Biotechnology