Đỉnh cao công nghệ: Tạo giống bằng công nghệ gen!
Công nghệ gen đã trở thành một quy trình công nghệ đặc biệt được sử dụng để tạo ra những sinh vật hoặc tế bào có gen thay đổi hoặc gen bổ sung, từ đó tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới và độc đáo. Kỹ thuật chuyển gen, hay còn gọi là kỹ thuật tái tổ hợp ADN, được sử dụng để chuyển một đoạn ADN từ tế bào nguồn sang tế bào đích thông qua nhiều phương pháp khác nhau.
Thành phần vận hành
Trong quá trình chuyển gen, có một số thành phần quan trọng tham gia:
-
Tế bào nguồn: Đây là tế bào chứa gen cần chuyển, bao gồm vi khuẩn, thực vật và động vật.
-
Tế bào đích: Đây là tế bào nhận gen, bao gồm vi khuẩn, tế bào chồi và mầm thực vật, cũng như tế bào trứng và phôi động vật.
-
Enzyme cắt và nối: Enzyme cắt giới hạn được sử dụng để cắt hai mạch đơn của phân tử ADN tại các vị trí xác định. Trong khi đó, enzyme nối được sử dụng để tạo liên kết phosphodieste, tạo thành một phân tử ADN tái tổ hợp.
-
Thể truyền: Đây là phân tử ADN có khả năng tự nhân đôi và tồn tại độc lập trong tế bào, mang gen từ tế bào nguồn sang tế bào đích. Thể truyền có thể là plasmid, virus, hoặc một số NST (nguyên sinh tạo nhân tạo) như nấm men.
-
ADN tái tổ hợp: Đây là một phân tử ADN nhỏ được lắp ráp từ các đoạn ADN từ các phân tử khác nhau, bao gồm cả thể truyền và gen cần chuyển.
Quy trình tạo ADN tái tổ hợp
Bước 1: Tạo ADN tái tổ hợp
- Tách chiết thể truyền và gen cần chuyển khỏi tế bào nguồn.
- Sử dụng enzyme cắt giới hạn để tạo cùng một loại đầu dính.
- Sử dụng enzyme nối để gắn chúng lại với nhau, tạo thành ADN tái tổ hợp.
Bước 2: Đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào đích
- Sử dụng muối CaCl2 hoặc xung điện cao áp để làm dãn màng sinh chất của tế bào, giúp ADN tái tổ hợp dễ dàng đi qua màng.
Bước 3: Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp
- Để nhận biết các tế bào vi khuẩn nào đã nhận được ADN tái tổ hợp, các nhà khoa học thường sử dụng thể truyền có các gen đánh dấu chuẩn hoặc gen đánh dấu khác. Điều này giúp dễ dàng nhận biết sự có mặt của ADN tái tổ hợp trong tế bào.
- Sử dụng các kỹ thuật nhất định để nhận biết sản phẩm đánh dấu.
Hình 1.32. Công nghệ chuyển gen
Ứng dụng công nghệ gen trong tạo giống
Sử dụng công nghệ gen, ta có thể tạo ra các sinh vật biến đổi gen. Điều này đồng nghĩa với việc con người đã thay đổi hệ gen của chúng để phù hợp với lợi ích của mình. Các sinh vật biến đổi gen có thể được tạo ra theo các cách sau:
- Đưa thêm gen từ một loài khác vào hệ gen (gọi là sinh vật chuyển gen).
- Làm thay đổi gen có sẵn trong hệ gen.
- Loại bỏ hoặc làm bất hoạt một gen nào đó trong hệ gen.
Một số thành tựu tạo giống biến đổi gen
Tạo động vật chuyển gen
Mục tiêu:
- Tạo ra giống động vật mới có năng suất và chất lượng cao hơn.
- Sử dụng trong ngành công nghiệp dược phẩm, như nhà máy sinh học sản xuất thuốc cho con người.
Phương pháp:
- Tách lấy trứng ra khỏi cơ thể động vật, sau đó thụ tinh trong ống nghiệm hoặc lấy trứng đã thụ tinh.
- Tiêm gen cần chuyển vào hợp tử.
- Cấy hợp tử đã được chuyển gen vào tử cung của động vật để đạt thai và sinh con bình thường.
- Nếu thành công, gen sẽ được gắn vào hệ gen của hợp tử và phôi sẽ phát triển bình thường, từ đó tạo ra một sinh vật biến đổi gen.
Tạo giống cây trồng biến đổi gen
Mục tiêu:
- Tạo ra giống cây trồng kháng sâu hại.
- Tạo ra giống cây chuyển gen có đặc tính quý.
- Tạo ra giống cây biến đổi gen có sản phẩm được bảo quản tốt hơn.
Phương pháp:
- Tạo ADN tái tổ hợp: tách thể truyền và gen cần chuyển ra khỏi tế bào.
- Xử lí plasmid và ADN chứa gen cần chuyển bằng enzyme cắt restrictaza.
- Nối đoạn sau khi cắt vào plasmid bằng enzyme ligaza.
- Tái sinh cây từ tế bào nuôi cấy, từ đó cây sẽ có đặc tính mới.
Tạo giống vi sinh vật biến đổi gen
Một ứng dụng phổ biến khác của công nghệ gen là tạo chủng vi khuẩn E. coli sản xuất insulin của người. Insulin là một hợp chất protein được tạo ra bởi tuyến tụy có chức năng điều hòa glucose trong máu. Khi cơ thể không thể sản xuất đủ insulin hoặc insulin không hoạt động đúng chức năng, bệnh tiểu đường sẽ xảy ra do glucose bị thải ra qua nước tiểu.
Gợi ý học tập Gen tổng hợp insulin được tách ra từ cơ thể người và chuyển vào vi khuẩn E. coli bằng plasmid. Sau đó, vi khuẩn được nuôi cấy để sản xuất insulin với quy mô công nghiệp, góp phần chữa bệnh cho con người.
