Bài giảng Công nghệ gen thực vât PLANT GENE TECHNOLOGY

ắc chỉ đạo giúp các nhà khoa học tránh được những nguy cơ không đáng có. Các nhà khoa học đã đồng ý tạm dừng nghiên cứu liên quan đến các kỹ thuật DNA tái tổ hợp cho đến khi xác định được các nguy cơ tiềm ẩn. Mặc dù kỹ thuật DNA tái tổ hợp đã tạo ra nhiều sản phẩm vô hại hơn cả sự mong đợi, nhưng Asilomar vẫn giữ nguyên quan điểm khoa học quan trọng của mình. Năm 1975, TRÌNH TỰ DNA ĐƯỢC BẮT ĐẦU GIẢI MÃ. Walter Gilberg và Allan Maxam (Đại học Harvard) và Fred Sanger (Đại học Cambrige) cùng lúc đã đưa ra hai kỹ thuật nhằm xác định trình tự chính xác của các base của một gen. Gilberg và Sanger (cùng với Paul Berg) đã chung nhau nhận giải thưởng Nobel vào năm 1980. Năm 1975, Cesar Milstein, Georges Kohler và Niels Jeme đã phát triển kỹ thuật kháng thể đơn dòng bằng cách dung hợp các tế bào u bất tử với các tế bào lympho B sinh kháng thể để tạo ra “các thể dung hợp (hybridomas)” vẫn tiếp tục tổng hợp được các kháng thể đã biết đó (các kháng thể đơn dòng). Milstein, Kohler và Jeme đã được nhận giải Nobel Y học vào năm 1984. Năm 1976, NHỮNG BƯỚC ĐỘT PHÁ CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC. Nhờ các kỹ thuật sinh học phân tử, các tế bào được sử dụng như các nhà máy nhằm sản xuất các hormone và protein với quy mô công nghiệp. Các sản phẩm này chính là các “dược phẩm sinh học” có tiềm năng thương mại rất lớn. Robert Swanson – một nhà đầu tư táo bạo ở thung lũng Silicon, và Herb Boyer đã cùng nhau thành lập hãng Genetech, Inc với mục tiêu tách dòng insulin của người. Genetech được đưa lên sàn giao dịch vào ngày 14/10/1980, bán ra tới 1 triệu cổ phiếu với mệnh giá 35 $/cổ phiếu- và thu tới 35 triệu $ chỉ trong một buổi chiều. Tới cuối phiên giao dịch, cổ phiếu của Genetech đã lập kỷ lục khi lên giá tới 89$, một kỷ lục cho 1 lần đầu tiên chào bán.1978 Insulin của người được các nhà khoa học của Genetech nhân tách dòng vào E. coli. Genetech sau đó đã chuyển giao công nghệ sản xuất insulin cho Eli Lilly. Năm 1982, insulin người, hay Humulin, trở thành loại thuốc DNA tái tổ hợp đầu tiên được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm của Hoa Kỳ (FDA) cấp phépNăm 1985, Genetech trở thành công ty CNSH đầu tiên đưa ra sản phẩm sinh dược của riêng mình, ProTropin – hormone sinh trưởng dành cho trẻ bị thiếu loại hormone này 1986 Phản ứng chuỗi polymerase (PCR) do Kary Mullis đặt nền móng và đã tạo nên cuộc cách mạng trong sinh học phân tử PCR sử dụng một DNA polymerase chịu nhiệt để khuếch đại bất kỳ một đoạn DNA lên hàng tỷ lần chỉ trong vài giờ. Taq polymerase được chọn là Phân tử của năm 1989 bởi tạp chí Science. Kary Mullis, đã tách khỏi công ty ông làm thuê (Cetus) và cũng thờ ơ với việc chứng minh khoa học, đã thậm chí không được nhắc tới trong bài báo của Science. Tuy nhiên, Mullis đã nhận được giải Nobel về hóa học năm 1993 và trở thành một nhà văn ăn khách. Cuộc chiến lâu dài, quyết liệt “David và Goliath” về quyền sở hữu kỹ thuật PCR và enzyme chủ chốt Taq polymerase giữa Hoffman-LaRoche và Promega Biotech cuối cùng cũng được giải quyết năm 1999.1989 Dự án Hệ Gen Người bắt đầu. Một kế hoạch tham vọng với mục đích lập bản đồ, giải trình tự và đưa ra được các ý nghĩa để có thể sử dụng cho các nghiên cứu sinh học tiếp theo, tất cả ~100,000 gen người vào năm 2005, được điều hành lúc đầu bởi James Watson. Các NST người được đóng gói gửi đi các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới, với công nghệ đọc trình tự mới đã đáp ứng dần yêu cầu phân tích trình tự nhanh hơn. Chi phí dự tính: 3 tỷ $.1994. Dũng cảm đưa ra loại thực phẩm mới. Vào ngày 18/5, FDA đã thông báo sự có mặt của cà chua FlavrSavr của Calgene, thực phẩm chuyển gen đầu tiên trên thế giới, trên thị trường. FlavrSavr đã trải qua suốt một thập kỷ để thí nghiệm, tốn tới 525 triệu $, trước khi được FDA chứng nhận là an toàn. Được cải biến để có thể vẫn cứng chắc khi đã chín, FlavrSavr “tạo ra hương vị mùa hè suốt cả năm”. Mặc dù rất ngon, FlavrSavr đã phải trải qua sự phản đối của người tiêu dùng, giá thành cao và sự tẩy chay của các bếp ăn. Calgene, mắc nợ nặng nề trước khi cà chua được đưa ra thị trường, đã tuyến bố khai tử FlavrSavr trên đồng ruộng năm 1997.Kỹ thuật DNA tái tổ hợp & Sinh vật biến đổi gen Nông nghiệp truyền thốngTrong lịch sử loài người, hơn 10.000 năm qua, con người ở khắp nơi trên trái đất đã biết sử dụng thực vật và động vật hoang dã làm thực phẩm; biết thuần hóa và nuôi/ trồng chúng. Những loài cây lương thực quan trọng nhất được gieo trồng: lúa mì, lúa, lúa mạch, ngô và lúa mạch đen; mía; động vật lấy thịt được nuôi như cừu, dê, ngựa và lợn; gia cầm như gà tây, gà, vịt; các sản phẩm thực vật và động vật: sữa, bơ, phomat, trứng và dầu.Thuần hóaTừ khi nền nông nghiệp bắt đầu, con người đã biết lai tạo các giống động vật và thực vật để cải tiến giống cây trồng, vật nuôi mang những đặc tính mong muốnKỹ thuật lai tạo giống là một thao tác di truyền trong quần thể thông qua “chọn lọc nhân tạo”Các giống động vật và thực vật tương tự nhau nhưng khác nhau về tổ tiên hoang dại của chúng có thể là kết quả của lai tạo giốngMột số giống thuần hóa và họ hàng hoang dã của chúng Tại sao phải cải biến các sinh vật?Ví dụ 1: Lúa mì và lúa mạchCác đặc tính hoang dại: Mang các hạt ở đầu ngọn giúp hạt dễ dàng bị rơi vãi xuống đất và nảy mầmĐặc tính này lại khiến con người khó thu hoạchTrong tự nhiên, đột biến đơn gen ngăn ngừa sự vỡ, rơi hạt là đột biến không có lợi (bởi vì hạt không thể tự rơi để nảy mầm), nhưng lại rất thuận lợi cho con người thu hoạch hạt.Thuần hóa:Con người bắt đầu thu hoạch các hạt ngũ cốc hoang dại, mang chúng về và gieo trồng, chọn lọc các hạt có đột biến ngằn ngừa sự vỡ, rơi hạt.Ví dụ trên đối tượng động vậtGàChọn lọc theo hướng tăng khối lượngNgựa hoang Chọn lọc theo hướng giảm khối lượngCừuChọn lọc làm mất bộ lông cứng bên ngoài và không bị rụng bộ lông mềm mại bên trong (len)Hầu hết động vật thuần hóa, có não nhỏ hơn và kém nhanh nhạy so với tổ tiên của chúng Con người cho rằng, bộ não tốt và đôi mắt tinh nhanh rất cần thiết cho động vật tồn tại trong tự nhiên, nhưng không cần thiết khi nuôi trong nông trại.Mỗi loài được cải biến phục vụ các mục đích khác nhauKết quả là tạo ra các giống lai có kiểu hình rất khác nhau nhưng đều thuộc cùng một giống tổ tiên.Chó (Canis familiaris) Chọn lọc đa dạng để săn chuột, chim, diệt cáo, để đua, để ăn thịt hoặc để làm cảnh.Cải bắp (Brassica oleracea) Chọn lọc đa dạng về lá (cải bắp và cải xoăn), thân (su hào), hoa (súp lơ và cải hoa) và chồi (cải bruxen).Các trung tâm nông nghiệp cổ xưa và hiện đại:Nơi các giống hoang dại đầu tiên được nuôi/ trồng có thể không nhất thiết là vùng mầu mỡ và có khí hậu thích hợp nhấtSinh vật biến đổi gen –Genetically Modified Organisms (GMOs)GMOs là gì?Sinh vật mang một - vài gen mã hóa cho các tính trạng mong muốn nhất định có nguồn gốc từ sinh vật khác (thường không có quan hệ họ hàng) Các kỹ thuật mới sẽ tăng hiệu quả chuyển gen và có thể giải quyết các mối quan tâm về môi trường và sức khỏe. Đưa gen vào những vị trí nhất định trên genome Các chỉ thị mới thay thế các chỉ thị kháng kháng sinhKiểm soát có hiệu quả việc biểu hiện gen (đặc hiệu về thời gian và vị trí) Chuyển gen vào lục lạp thay vì vào nhânTriển vọng của công nghệ gen thực vậtLợi ích của cây trồng biến đổi genTăng sản lượng*Tăng khả năng kháng sâu*Tăng khả năng kháng thuốc diệt cỏ** Ở một mức độ đáng kể không thể có được nếu sử dụng các phương pháp truyền thốngCác sinh vật có thể được sử dụng để sản sinh các chất có giá trị như vaccines, dược phẩm Các rủi ro tiềm ẩn của GMOsCác vấn đề có thể phát sinh trong những lĩnh vực sau:Sức khỏe con ngườiMôi trườngKinh tếTại sao lại sử dụng GMOs?Các cây lương thực với các đặc tính nông học chính:Tăng sản lượng Kháng côn trùng (ngô, bông)Kháng thuốc diệt cỏ (đậu tương, cải dầu)Kháng virus (đu đủ, dưa hấu)Kháng hạn, muối (đang phát triển)Tại sao lại sử dụng GMOs?Các cây lương thực với các đặc tính liên quan đến người tiêu dùng:Tươi, hương vị thơm ngonCà chua Flavr SavrQuy trình chế biếnDinh dưỡng“Lúa vàng”Dầu tốt cho timGiảm khả năng gây dị ứngGMOs được sử dụng rộng rãi ở Hoa KỳCây trồng biến đổi gen trên thế giớiGần hai phần ba diện tích đất canh tác thuộc các quốc gia phát triển như Hoa Kỳ, Canada, Australia, Tây Ban Nha và hơn một phần ba diện tích đất canh tác thuộc các quốc gia đang phát triển như Trung Quốc, Ấn Độ, Philippines (châu Á); Argentina, Brazil, Mexico, Uruguay, Paraguay (Mỹ Latin) và Nam Phi (châu Phi)Cây trong biến đổi gen tại các nước: 2005Diện tích canh tác cây trồng biến đổi gen toàn cầu (1996- 2005): triệu haDiện tích canh tác cây trồng biến đổi gen toàn cầu, 1996 – 2005: tính theo cây Đậu tươngNgôBôngCải dầuNhận thức của cộng đồngNhận thức của cộng đồngBạn đã bao giờ ăn thực phẩm biến đổi gen?Thực tế Ngày nay, khoảng 75% thực phẩm chế biến trên thị trường Hoa Kỳ có chứa các thành tố từ cây trồng biến đổi gen.Bột ngôBột ngô chứa lượng fructose caoDầu ngôVitamin CBột đậu tươngDầu đậu nànhSữa đậu nànhlecithinChính trị	Thuật ngữ gây bối rối và có liên quan đến chính trị:“công nghệ sinh học”“công nghệ sinh học hiện đại”“thực phẩm biến đổi gen”“GM”“sinh vật biến đổi di truyền”“sinh vật biến đổi gen”“Frankenfoods”Các mốc thời gian liên quan đến GMOs ở Hoa KỳTừ 1970s và 1980’s1975 – Lắp ghép DNA tái tổ hợp đầu tiên1978 – Phân lập insulin của người1980 – Phán quyết của tòa án liên bang: sinh vật sống có thể được bảo hộ dưới dạng sáng chế - patent (Chakabarty case)1982 – sản xuất vi khuẩn; chính phủ nghiên cứu xây dựng quy chế để giải phóng có chủ định GEOs vào môi trường1986 – Khung quản lý công nghệ sinh học của Liên bang 1993 – FDA phê chuẩn rBGH (Recombinant Bovine growth hormone)1994 – Thực phẩm công nghệ sinh học đầu tiên được phê chuẩn (Cà chua Flavr Savr)1996 – Hạt ngô biến đổi gen đầu tiên được bán; cây trồng biến đổi gen trở thành nguồn cung cấp thực phẩmCác mốc thời gian liên quan đến GMOs ở Hoa KỳCông nghệ gen thực vật ở VN?Chỉ thị 50 năm 2005 của Ban Bí thư về PT CNSHQĐ 188 của TTCP về PT CNSHQĐ 212 của TTCP về An toàn sinh học SVBĐGChương trình CNSH KC-04 (Bộ KH&CN)Chương trình CNSHNN 2006-2015/20Các PTNTĐ (2000-2008)Các PTN, đề tài cấp Bộ, Viện, Trường