Bài giảng Sinh học đại cương - Phạm Thành Hổ

 sử , nhưng nhiều thách thức gay gắt đang đặt ra cho loài người . 
– Duy trì mạng sống con người  : 
Nhiệm vụ hàng đầu của CNSH là giải quyết vấn đề mạng sống mà mỗi con người đều phải trải qua là sinh , lão , bệnh , tử . CNSH đang tập trung nỗ lực tìm các loại thuốc hiệu nghiệm chữa khỏi các bệnh hiểm nghèo như ung thư , AIDS,. Thuốc cho mọi người sống mạnh khoẻ   hơn : cho người trung niên , người già . Y học cá thể hóa sẽ phát triển mạnh và biện pháp dự phòng cho mỗi người kháng được bệnh sẽ là xu hướng chủ yếu của Y học thế kiû XXI. 
– Đói và no quá mức : 
Hiện vẫn còn có 800 – 850 triệu người bị suy dinh dưỡng , trong đó có hơn 200 triệu trẻ em , và rất nhiều trẻ trong số này sẽ không bao giờ phát triển đầy đủ những năng lực trí tuệ và thể chất của mình . Ngoài ra , 1 đến 1,5 tỉ người thường không có những bữa ăn cân đối với lượng chất dinh dưỡng theo yêu cầu . 
 Một mặt CNSH phải giải quyết nạn đói , mặt khác làm giảm số người béo phì đang gia tăng trên thế giới ( khoảng 300 triệu năm 1995), đến mức ở Mĩ mới đây đã chính thức coi là một bệnh . 
Thực phẩm  : không những an toàn toàn cho người hiện nay, mà cho cả thế hệ con cháu mai sau . 
– Nhu cầu năng lượng 
hiện nay rất cấp thiết và ngày càng gay gắt hơn khi dự báo nguồn năng lượng tái sinh sẽ cạn kiệt vào những năm 2050 – 2060. CNSH đang tập trung nỗ lực để biến nguồn sinh khối thực vật ( như gỗ rừng , phụ phế liệu nông nghiệp ,) khổng lồ trên Trái đất thành nhiên liệu tiện dụng như cồn ethanol thay xăng dầu . Ngoài ra , hydrogen là nguồn năng lượng lí tưởng , mà sản xuất hydrogen sinh học hứa hẹn là nguồn năng lượng rẻ tiền , an toàn và không gây ô nhiễm . 
– Cải thiện môi trường sống  : 
Sự phát triển công nghiệp và khai thác tài nguyên quá độ đã gây những hiểm họa môi trường như vấn đề khí thải làm khí quyển nóng lên . CNSH phải gia tăng các quy trình công nghệ ít gây ô nhiễm hoặc thay thế quy trình có hại như sản xuất hóa chất xanh (green chemicals) hay các vật liệu chịu phân huỷ sinh học . Đồng thời tìm các biện pháp khắc phục ô nhiễm và bồi hoàn sinh học ( bioremedation ) như xử lí nước thải , phân huỷ các chất dị sinh ( xenobiotic ). 
Sinh học thế kỉ XX đã đặt bệ phóng vững chắc và nâng lên tầm cao mới cho sự phát triển Sinh học và Công nghệ Sinh học trong thế kỉ XXI. Kể từ thuở hoang sơ , khi con người còn thu nhặt hái lượm , chưa bao giờ con người hiểu biết về cơ thể mình sâu sắc như hiện nay, chưa bao giờ con người có quyền lực ghê gớm như hiện nay trong cải biến thiên nhiên phục vụ cho mình . Công nghệ Sinh học trong thế kỉ XXI sẽ góp phần tích cực khắc phục những thách thức nêu trên và đó cũng là một tất yếu lịch sử của sự phát triển KHCN của nhân loại . 
CÔNG NGHỆ SINH HỌC LÀ GÌ ? 
	 	 Công nghệ sinh học (Biotechnology) do kỹ sư Hungary Karl Ereky nêu năm 1917 chỉ quá trình nuôi heo quy mô lớn bằng củ cải đường lên men.  Năm 1961, “Journal of Microbiological and Biochemical Engineering and Technology” ( Tạp chí kỹ thuật và công nghệ vi sinh sinh hóa ) đổi tên “Biotechnology and Bioengineering” ( Công nghệ sinh học và kỹ thuật sinh học ).  Những năm 1970, sự " bùng nổ " CNSH. 
Công nghệ sinh học theo 2 nghĩa : 
	– Một xu hướng hiểu theo nghĩa rộng bao gồm cả các ứng dụng lâu đời như lên men rượu,bia , sản xuất phomai ,... và các kỹ thuật cao cấp ngày nay. Hiểu theo nghĩa rộng thì CNSH xuất hiện cách đây hơn 100 thế kỷ ( 10.000 năm ). 
	 – Một xu hướng hiểu nghĩa hẹp : CNSH liên quan đến kỹ thuật hiện đại nhất như công nghệ di truyền và các kỹ thuật cao cấp khác như cố định enzyme,tạo dòng vi khuẩn tổng hợp protein của người,tạo các kháng thể đơn dòng ... 
	 Đến nay, có thể phân biệt 3 loại : CNSH truyền thống (Traditional Biotechnology), CNSH hiện đại (Modern Biotechnology) và Công nghệ sinh học phân tử (Molecular Biotechnology) là công nghệ ứng dụng kỹ thuật di truyền (Genetic Engineering). 
Quan niệm hiện nay về CNSH. 
	 CNSH gồm 2 vế : sinh học (bio) và công nghệ (technology) 
– Sinh học : CNSH khác với trồng trọt , chăn nuôi , ... ở chỗ nào ? Giới hạn ở mức nhóm tế bào , tế bào và dưới tế bào . Ví dụ , kỹ thuật in vitro nuôi mô tế bào cây lúa hay hạt phấn lúa . 
– Công nghệ : ba khía cạnh khác nhau . 
Thứ nhất , công nghệ lên men . 
Thứ hai , với KTDT nói nhiều đến CNSH vì quá trình cải biến các sinh vật để tạo sản phẩm mới phải trãi qua nhiều công đoạn phức tạp đúng với nghĩa là một công nghệ . Ví dụ , quá trình nuôi tế bào , chiết tách DNA, chuyển gen ,... đến thu nhận protein và peptid tổng cộng có tất cả 40 công đoạn hoặc nhiều hơn . 
Thứ ba , CNSH là một phạm trù sản xuất có sự gắn kết chặt chẻ từ nghiên cứu cơ bản đến tạo ra sản phẩm thương mại hóa hay được sử dụng rộng rãi . 
Hình 9.14. Khoai tây củ bi đang gieo vào bầu 
 Hình 9.15. Hạt nhân tạo 
Hình 9.13 . Chuối và dứa nuôi cấy mô . 
	 Công nghệ sinh học là công nghệ sử dụng các quá trình sinh học của các tế bào vi sinh vật , động vật và thực vật tạo ra thương phẩm phục vụ cho lợi ích con người ”.  
2. Các lĩnh vực của CNSH 
a) CNSH phân theo đối tượng 
 Công nghệ sinh học phân tử (Molecular biotechnology) gồm công nghệ gen và các ứng dụng kĩ thuật di truyền . 
 Sản phẩm : các protein, vaccin tái tổ hợp ; các chế phẩm dùng chẩn đoán và trị liệu ; các vi sinh vật , động thực vật chuyển gen ;  
 Công nghệ sinh học protein và enzyme (Biotechnology of proteins and enzymes) . 
 Sản phẩm : 
 + Các protein của máu ; vaccin và kháng thể ; hormone và nhân tố tăng trưởng ; interferon, interleukin ; protein dùng cho phân tích ; protein không xúc tác ;... 
 + Các enzyme công nghiệp (industrial enzymes) như protease, amylase, pectinase ; ; các enzyme cố định (immobilized enzymes) ; các enzyme từ vi sinh vật cực đoan ( extremophiles ) ; . 
 + Cảm biến sinh học (biosensor). 
 Công nghệ sinh học vi sinh vật (Microbial biotechnology). 
Sản phẩm : các loại thực phẩm lên men cổ truyền ( rượu , bia , fromage , tương , chao ...), các enzyme, các acid hữu cơ , các amino acid, các thuốc kháng sinh , các biopolymer,...hay sinh khối tế bào vi sinh làm nguồn protein, kể cả nấm trồng .... 
 Công nghệ sinh học thực vật (Plant biotechnology) 
Sản phẩm : Các cây vi nhân giống trong ống nghiệm ( in vitro ), các dòng tế bào từ nuôi hạt phấn , các dòng tế bào thực vật được nuôi in vitro ứng dụng trong nhân và chọn giống ,... 
Hạt nhân tạo 
 Công nghệ sinh học động vật (Animal biotechnology) 
Sản phẩm : Các interferon, hormone chiết tách từ nuôi tế bào động vật , vaccin virus, các kháng thể đơn dòng , các tế bào gốc (stem cell) được nuôi tạo dòng (cloning) động vật , kĩ thuật mô tế bào , chẩn đoán nhanh đực cái , chuyển phôi ghép phôi ,... 
Bò nhân giống vô tính 
Sản xuất công nghiệp nuôi bình lớn trên giàn kệ 
 b) CNSH gọi theo các lĩnh vực kinh tế xã hội 
 Công nghệ sinh học y học (Medical biotechnology). 
 Công nghệ sinh học thực phẩm (Food biotechnology) . 	 
 Công nghệ sinh học năng lượng (Energetic biotechnology) . 
 Công nghệ sinh học trong hóa học và vật liệu (Biotechnology in chemistry and materials) . 
 Công nghệ sinh học nông nghiệp (Agricultural biotechnology) . 
 Công nghệ sinh học môi trường (Environmental biotechnology) . 
Biểu tượng Bộ gen người 
– Xét từ gốc độ Công nghệ nano thì tế bào là một hệ thống chứa nhiều công cụ nano . Mỗi protein và mỗi enzyme có thể là một công cụ nano . Ví dụ , phân tử hemoglobin ở phổi gắn với Oxygen và mang vào tận các mao quản nhả ra . Các enzyme thực hiện những phản ứng đặc hiệu với những cơ chất nhất định . 
– Xét từ gốc độ Công nghệ tự động hóa thì tế bào là một bộ máy tự động hóa siêu hạng . Ví dụ , tế bào vi khuẩn tự di chuyển đến nguồn dinh dưỡng hấp thu thức ăn , biến đổi chất dinh dưỡng tạo năng lượng cho sự sống bản thân , tổng hợp cơ thể và tự sinh sản ,. 
Lá sen không thấm nước và không dính bụi 
– Xét từ gốc độ Công nghệ vật liệu mới thì nhiều loại vật liệu của tế bào có những tính chất ưu việt mà con người mơ ước để tạo ra . Ví dụ , màng sinh chất chỉ với 2 lớp phospholipid và một ít protein, nhưng có tính cách điện , cách nhiệt , độ đàn hồi mà chưa có vật liệu nào do con người chế tạo ra sánh kịp , lại có tính thấm chọn lọc . 
– Chế tạo vật liệu kết dính mô phỏng theo cấu tạo của chân thằn lằn , có tính gắn chặt vào chỗ bám giúp nó trèo trên tường và dán mình lên trần nhà , đó là mong muốn của các kĩ sư vật liệu . 
Các sản phẩm đặc hiệu : 
Antibiotics: penicillin , tetracycline 
Amino acid: MSG, lysine 
Steroids: 11  -hydroxylation của steroids 
Pesticides: Bào tử của BT 
Hoá chất số lượng lớn 
Protease, glucose isomerase , amyloglucosidase , amylase 
Các vitamin: riboflavin (B2), vit . B12 
Các nucleotide: 5’IMP, 5’GMP 
Polysaccharides : xan than 
 SINH HỌC CƠ SỞ  SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG PHẦN A1 (60 Tiết lý thuyết ) 
PGS. TS. PHẠMTHÀNH HỔ 
BỘ MÔN VI SINH VẬT HỌC 
ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TPHCM