Bài giảng Nhập môn công nghệ sinh học - Chương 1: Thế kỷ công nghệ sinh học

NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC 
Chương I  THẾ KỶ CÔNG NGHỆ SINH HỌC 
NHỮNG NỘI DUNG CHÍNH 
I. Công nghệ sinh học là gì? 
II. Lịch sử phát triển của công nghệ sinh học 
III. Ngành khoa học mũi nhọn của thế kỷ XXI 
I. Công nghệ sinh học là gì? 
- Nghĩa rộng : gồm các ứng dụng lâu đời như lên men rượu, phomat,và các kỹ thuật cao cấp như ngày nay (cách nay hơn 100 thế kỷ). - Nghĩa hẹp: liên quan tới kỹ thuật hiện đại nhất như công nghệ di truyền và các kỹ thuật cao cấp (cố định enzyme, tạo dòng vi khuẩn tổng hợp protein người, tạo kháng thể đơn dòng,). CNSH được tính từ 1970 trở đi  
“ Biotechnology ” do Karl Ereky (Hungary) 1917 để chỉ quá trình nuôi lợn với quy mô lớn bằng thức ăn là củ cải đường lên men. Đầu 1970s bùng nổ về CNSH 
CNSH là công nghệ sử dụng các quá trình sinh học của các tế bào vi sinh vật, động vật, thực vật tạo ra thương phẩm phục vụ lợi ích con người 
Có 3 loại 
 CNSH truyền thống (Traditional biotechnology) 
 CNSH hiện đại (Modern biotechnology)) 
 CNSH phân tử (Molecular biotechnology)) 
Các lĩnh vực của CNSH 
 CNSH phân tử (Molecular biotechnology): 
 CNSH protein và enzyme (Biotechnology of proteins and enzymes) 
 CNSH vi sinh vật (Microbial biotechnology) 
 CNSH động vật (Animal biotechnology) 
 CNSH thực vật (Plant biotechnology) 
Antony van Leeuweenhoek 
 1. Các phát minh chủ yếu của thế kỷ XIX - 1655 tế bào được phát hiện nhờ kính hiển vi 
II. Lịch sử phát triển của công nghệ sinh học 
 Các phát minh chủ yếu của thế kỷ XIX  - 1837-1838 học thuyết tế bào (M. J. Schleiden và T. Schwann)- 1859 học thuyết tiến hóa (C. Darwin)- 1865 Mendel chứng minh sự tồn tại của nhân tố di truyền- 1868 F. Miescher tìm ra ADN-1860 L.Pasteur mở đường cho VSV học và CNSH vi sinh vật 
 2. Các phát minh nền tảng của thế kỷ XX - 1910 - 1920 thuyết di truyền NST (Morgan) 
 2. Các phát minh nền tảng của thế kỷ XX  1953 mô hình cấu trúc phân tử ADN của Watson and Crick 
2. Các phát minh nền tảng của thế kỷ XX 
 DNA mRNA  protein (điều hòa biểu hiện gen, 1962; 64 codon mã di truyền, 1966;) 
 1972- 1973 kỹ thuật di truyền làm bùng nổ cách mạng CNSH 
 2. Các phát minh nền tảng của thế kỷ XX 2/1997 nhân bản vô tính động vật ở cừu Dolly (Wilmut) 
 2. Các phát minh nền tảng của thế kỷ XX 
- 1999 phát hiện tế bào gốc soma 
 2. Các phát minh nền tảng của thế kỷ XX 
- 26/6/2000 giải kí tự chuỗi của bộ gen người 
- Giai đoạn trước Pasteur (đến năm 1865)- Giai đoạn phát triển công nghệ (1866- 1940)- Giai đoạn công nghiệp kháng sinh và hóa chất (1941- 1960) - Giai đoạn sinh tổng hợp điều khiển (1961- 1975)- Giai đoạn CNSH phân tử (1976- nay) 
a. Lược sử phát triển của CNSH thế giới 
3. Lược sử phát triển của CNSH thế giới 
- Những nền móng đầu tiên đáng tự hào 
b. Những mốc phát triển CNSH ở nước ta 
ALBERT CALMETTE (1862-1933) 
- sản xuất vắc xin đậu mùa 
- vắc xin chống bệnh dại 
- nghiên cứu về bệnh lý nhiệt đới 
 l àm men rượu 
sản xuất huyết thanh chống nọc rắn hổ mang . 
Alexandre Yersin 
 (22/09/1863- 01/03/1943) 
 Phát hiện ra cao nguyên Lâm Đồng và vi khuẩn dịch hạch (1894) 
 Sáng lập viện Pasteur Nha Trang chuyên về thú y 
N gười mở đầu trong việc nhập cây cao su từ Brasil vào trồng tại Việt Nam 
 mở một trại ở Hòn Bà năm 1915 , gây dựng những đồn điền canh ki na (Quinquina) đầu tiên ở Việt Nam (nhập từ Nam Mỹ ) để sản xuất ký ninh (dây cóc) chữa bệnh sốt rét 
- Giai đoạn 1945 đến 1954 
1949 bác sĩ Nguyễn văn Hưởng: sản xuất vaccine chống đậu mùa, tả thương hàn và làm các loại xét nghiệm 
 1950 bác sĩ Phạm Ngọc Thạch: thử nghiệm nuôi cấy nâm Penicillium, bác sĩ Đặng Văn Ngữ trực tiếp sản xuất dịch thô penicillin trong kháng chiến. 
- Giai đoạn 1955 đến nay 
- Công nghiệp vaccine (viêm gan B: 4 triệu liều; viêm não Nhật Bản: 3 triệu liều; dịch tả: 4 triệu liều; bệnh dại, DPT,. )- Công nghiệp rượu bia tiếp tục phát triển- Công nghệ thực phẩm, mì chính, - Từ năm 1995, các kỹ thuật công nghệ hiện đại: lập bản đồ gen, chuẩn đoán phân tử, chuyển gen ĐV và TV, vi sinh tái tổ hợp, vaccine tái tổ hợp,- 2008 nghiên cứu và áp dụng thành công tế bào gốc từ cuống rốn, da, 
Quả đất thành lập 4,6 tỉ năm, 3 quá trình tiến hóa- Tiến hóa nguyên tử hay vật lý: 1 tỉ năm đầu- Tiến hóa hóa học: bắt đầu 0.5 tỉ năm đầu kéo dài 1.5 tỉ năm - Tiến hóa sinh học: bắt đầu cách đây 3.5 tỉ năm kéo dài tới nay. Sự xuất hiện loài người  tiến hóa xã hội. 
1. Thế kỷ CNSH là một tất yếu 
III. Ngành khoa học công nghệ mũi nhọn 
 của thế kỷ XXI 
Sự sống là bước phát triển cao hơn của tiến hóa và phức tạp hơn rất nhiều so với các quá trình vật lý hay hóa học . 
 2. Những ý tưởng sáng tạo từ phía SH   - Công nghệ Nano: tế bào là một hệ thống chứa nhiều công cụ nano. Mỗi protein và mỗi enzyme có thể là một công cụ nano- Công cụ tự động hóa: tế bào là một bộ máy tự động hóa siêu hạng- Công nghệ vật liệu mới: nhiều vật liệu của tế bào con người mơ ước để tạo ra 
Sự thống nhất giữa nghiên cứu cơ bản và ứng dụng 
3. Một bộ phận của nền kinh tế tri thức  - 15/10/1980 giá cổ phiếu của thị trường chứng khoán New York tăng từ 35USD lên 89 USD và cuối ngày ở mức 71,25 USD với 528.000 cổ phiếu- Thu hút vốn đầu tư của nhiều tập đoàn hóa dược khổng lồ: Monsanto, Pharmacia, Merck, Novartis, Hoffmann-La Roche,- 1983-1985, khoảng 200 công ty nhỏ về CNSH ổ Mỹ thành lập. 1985, hơn 400 công ty với thuật ngữ “gen” có trong tên gọi: Genetech, Biogen, Amgen, Calgen, Engenics,.- 1996 tiền bán r-protein erythropoetin vượt 1 tỉ dollars, năm 2000, tiền bán kháng thể đơn dòng là 2 tỉ, doanh thu CN gen tăng từ 6 tỉ (1986) lên 25 tỉ (2000)- Tính đến 2002 có 1300 ở Mỹ và 3000 công ty CNSH trên thế giới 
Nhận xét chung: “thời gian cần thiết để chuyển đổi từ phát minh khoa học thành công nghệ sản xuất ngày càng ngắn dần”“CNSH có thể thay đổi cuộc sống và tương lai của một công dân một cách mạnh mẽ” (US Office of Technology Assesment) 
Một bộ phận của nền kinh tế tri thức 
 CNSH với các ngành khoa học hàng đầu  16/06/1996 Bill Gate“Giống như phần mềm, CNSH sẽ thay đổi thế giới. Đôi khi có người hỏi tôi: ông sẽ chọn gì nếu không là các máy điện toán? Tôi nghĩ là sẽ hoạt động trong CNSH. Tôi trông đợi những tiến bộ vượt bậc của y học trong 2 thập niên tới và các nhà CNSH sẽ ở vị trí trung tâm của sự tiến bộ đó ” 
Chưa có một công nghệ nào có khả năng cải thiện chất lượng cuộc sống con người bằng CNSH 
4. Cải thiện toàn bộ chất lượng cuộc sống  - Các ứng dụng tạo ra những cuộc cách mạng mới: Các mạng xanh (1960), cách mạng CNSH (1970)- Ít tốn năng lượng, ít gây ô nhiễm- Tận dụng sự thủy phân sinh học và mang lại nhiều lợi ích cùng lúc- Khả năng cải biến con người, thay quyền tạo hóa	+ Trước năm 1970: y học lâm sàng	+ 1975 – 1995: y sinh học phân tử	+ 1995: y học bộ gen  
How genetic research is changing our lives? 
- Duy trì mạng sống con người- Đói và no quá mức - Nhu cầu năng lượng- Cải thiện môi trường sống CNSH là lĩnh vực công nghệ cao (nghị quyết 18/CP; nghị quyết TW lần VII , BCH TW khóa X,..) 
Những thách thức