Bài giảng Nhập môn công nghệ sinh học - Phần I: Khái quát về công nghệ sinh học

NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC 
TRẦN THỊ KIỀU TRANG 
Phần I: Khái Quát Về Công Nghệ Sinh Học 
Chương 1: Thế kỉ công nghệ sinh học . 
I.1. Khái niệm và định nghĩa Công nghệ sinh học 
I.2. Sơ lược lịch sử phát triển công nghệ sinh học 
I.3. Phân lọai công nghệ sinh học 
I.4. Thành tựu và xu thế phát triển  
Chương 2: Tế bào là công cụ sản xuất và thử nghiệm của công nghệ sinh học 
II.1 . Xác định tế bào trong Công nghệ sinh học 
II.2. Sản xuất tế bào dùng trong nghiên cứu CNSH 
Biotechnology- Công nghệ sinh học nhận được bởi sự kết hợp giữa Biology ( sinh học ) và Technology ( công nghệ ) 
Khái niệm Biotechnology được đề xuất năm 1917 bởi Karl Erky 
Định nghĩa CNSH 
	 Theo W.H. Stone (1987) định nghĩa về công nghệ sinh học là những công nghệ sử dụng các cơ thể sống hoặc Các phần của cơ thể sống như tế bào để tạo ra hoặc thay đổi các sản phẩm nhằm cải tiến các cây trồng vật nuôi hoặc phát triển các vi sinh vật vào các ứng dụng đặc hiệu ” 
	Theo European Federation of biotechnology “ Công nghệ sinh học là ứng dụng tổng hợp của các ngành khoa học sinh hóa , vi sinh vật và công nghệ để đạt được ứng dụng khả năng của vi sinh vật , của tế bào , tổ chức nuôi cấy và các thành phần của chúng . 
Lịch sử phát triển của CNSH 
Giai đoạn 1:bảo quản , chế biến thực phẩm như lên men thức uống , sản xuất pho mat, sữa chua , đậu phụ , chao , . 
Giai đoạn 2: quy trình sản xuất acetone, butanol , ethanol bởi sử dụng Clostridium acetobutilicum . Công nghệ sản xuất acid citric bởi sử dụng Aspergilus niger . Sản xuất penicillin bởi Penicillium notatum năm 1939 ( bởi Fleming). Sau chiến tranh thế giới thứ 2 nhiều hợp chất hiếm như steroid, enzyme và một số vitamin lần lươc ra đời . 
Giai đoạn 3: 
	- Các kỹ thuật , pương pháp như Sinh học phân tử , Kỹ thuật gene, công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật , động vật , công nghệ enzyme, công nghệ lên men 
	- Recombinant DNA) bởi Paul Berg 
	-Genetic engineering 
	- Gene manipulation 
Tùy vào tác nhân tham gia vào quá trình công nghệ sinh học . 
	- Công nghệ sinh học thực vật 
	- Công nghệ sinh học động vật 
	- Công nghệ sinh học vi sinh vật 
	- Công nghệ sinh học enzyme hay công nghệ enzyme 
Tùy vào đối tượng phục vụ có thể chia cong nghệ sinh học thành các nhánh : 
	- Công nghệ sinh học nông nghiệp 
	- Công nghệ sinh học công nghiệp 
	- Công nghệ sinh học y tế 
	- Công nghệ sinh học môi trường 
	- Công nghệ sinh học năng lượng 
	- Công nghệ sinh học vật liệu 
	- Công nghệ sinh học chế biến thực phẩm 
	- Công nghệ sinh học hóa học 
Một số thành tựu của CNSH hiện đại như : 
Hoàn thành giải mã bộ gene người và nhiều sinh vật khác 
Phát triển mạnh cây trồng chuyễn nạp gene ( lúa , bông vải , đậu nành ) tạo ra nhiều cây trồng có đạc tính kháng sâu bệnh , cỏ dại  cây rồng cho năng suất cao , phẩm chất tốt  
Nhân bản động vật . năm 1997 J. Wilmus và cộng sự của viện Roslin đã tạo ra cừu Dolly ( hai hướng chính của nhân bản động vật là cho nhân bản trị liệu và nhân bản sinh sản ) 
Nuôi cấy tế bào gốc (stem cell): là các tế bào có khả năng phân chia lien tục trong nuôi cấy và phát triển thành các tế bào chuyên hóa ( trong nghiên cứu và ứng dụng để chữa bệnh bằng liệu pháp thay thế tế bào ) 
Protein tái tổ hợp : có khoảng 50 loải sản phẩm protein tái tổ hợp được phép sử dụng ở Mỹ và châu Âu ( chủ yếu dùng trong điều trị bệnh nan y) như Interleukin 2 hoạt hóa phản ứng tế bào T dùng điều trị bệnh ung thư , Erythrooietin yếu tố tăng trưởng tế bào máu dùng điều trị bệnh thiếu máu . Tissue plasminogen activator có chức năng hòa tan cục máu đông , insulin hormone điều hòa lượng gluco trong máu để điều trị bệnh tiểu đường 
Persley và Doyle 1999 CNSH hiện đại ít nhất bao gồm 6 lĩnh vực sau : 
	-Tin sinh học ( Bioinformatic ) sự tập hợp các dẫn liệu về phân tích genome 
	- Biến nạp ( transformatic ) Chuyển các gen mới vào vi sinh vật cây trồng các loài gia súc và cá . 
	- Chọn tạo giống phân tử (Molecular breeding); nhận dạng , đánh giá các tính trạng mong muốn trong các chương trình chọn tạo giống với sự trợ giúp của các chỉ thị di truyền phân tử (Molecular genetic marker) 
	- Chuẩn đoán học (Diagnostic): sử dụng các kỹ thuật phân tử để xác định nhanh chóng và chính xác các tác nhân gây bệnh 
	- Công nghệ vaccine (Vaccine technology) Sự phát triển vaccine tái tổ hợp để phòng chống bệnh . 
Tế bào là công cụ sản xuất và thử nghiệm của công nghệ sinh học 
Common host organisms usedin molecular biotechnology 
E. coli 
Yeast ( Saccharomyces cerevisiae ) 
Insect cell lines 
Plant cell lines 
Animal cell lines 
Monoclonal 
Antibodies 
Molecular 
Biology 
Cell 
Culture 
Genetic Engineering 
Anti - cancer drugs 
Diagnostics 
Culture of plants from single cells 
Transfer of new genes into animal organisms 
Synthesis of specific DNA probes 
Localisation of genetic disorders 
Tracers 
Cloning 
Gene therapy 
Mass prodn . of human proteins 
Resource bank for rare human chemicals 
Synthesis of new proteins 
New antibiotics 
New types of plants and animals 
New types of food 
DNA technology 
Crime solving 
Banks of DNA, RNA and proteins 
Complete map of the human genome 
Why is it useful? 
Gene manipulation 
Culturing mammalian cells for cancer studies 
Producing new plants through tissue culture 
What do you need to do it? 
Source of cell material 
	-freshly prepared 
	-stock of cell line 
	-bacterial culture 
Suitable container 
Simple flask 
Sophisticated fermenter with computer-controlled monitoring 
Growth medium 
Glucose 
Water 
Amino acids 
Salts 
Opportunity for Gas Exchange 
Oxygen 
Carbon dioxide 
Animal serum 
Foetal Bovine Serum 
Essential for animal cell proliferation 
5% - 10% of growth media 
Indicator 
Waste products causes change in pH 
Use indicator like phenol red 
Changes from red to yellow 
Control of Temperature and pH 
37.5 O C 
pH 7.5 
Method for Measuring Cell Growth 
Counting cell numbers in culture (haemocytometer) 
Measure optical density in spectrophotometer 
Sterilisation 
Antibiotics 
Sterilisation