tiểu luận Công nghệ sinh học

LINK DOWNLOAD MIỄN PHÍ TÀI LIỆU "tiểu luận Công nghệ sinh học": http://123doc.vn/document/564276-tieu-luan-cong-nghe-sinh-hoc.htm

1
cng mụn Cụng ngh sinh hc.
Cõu 1: C s phõn loi cụng ngh sinh hc, phõn tớch vai trũ ca Cụng
ng AND trong CNSH hin i. Liờn h thc t ng dng CNSH VN.
Cụng ngh sinh hc cú th hiu mt cỏch n gin l cụng ngh s dng cỏc
c th sng sn xut cỏc sn phm hu ớch phc v con ngi.
ĐN1: CNSH có thể hiểu đơn giản là công nghệ sử dụng các quá trình
sinh học của các tế bào vi sinh vật, động vật và thực vật tạo ra th ơng phẩm
phục vụ lợi ích con ngời
ĐN2: CNSH là quá trình sản xuất ở quy mô công nghiệp có sự tham gia
của các tác nhân sinh học (ở mức độ cơ thể, tế bào, dới tế bào) dựa trên các
thành tựu nổi bật của nhiều bộ môn khoa học, phục vụ cho việc tăng của cải
vật chất của xã hội và bảo vệ lợi ích của con ngời
ĐN3: Công nghệ sinh học là ngành khoa học sử dụng các cơ thể, hệ
thống hoặc quá trình sinh học để sản xuất công nghiệp các sản phẩm
Ngi ta phõn CNSH ra hai loi: CNSH mi (new biotechnology) v CNSH
c in (classical biotechnology). Cụng ngh sinh hc c in cú th coi l CNSH
xut hin trong lch s loi ngi rt sm, cú th cỏch õy 5.000-8.000 nm, thm
chớ 10.000 nm. Trong kinh thỏnh cng ó núi n qui trỡnh lm gim, lm ru
nho, lm da, n nay chỳng ta vn cũn s dng qui trỡnh ú. Cụng ngh sinh hc
mi xut hin khi k thut di truyn ra i. Theo quan im hin i, cỏc tỏc nhõn
sinh hc tham gia vo quỏ trỡnh sn xut trờn l nhng ging sinh vt mi hoc
cỏc sn phm ca chỳng c to ra bng k thut di truyn hin i (cụng ngh
gen). T nh ngha cụ ng ny cú th thy: Cụng ngh sinh hc khụng phi l
mt b mụn khoa hc nh toỏn, lý, hoỏ, sinh hc phõn t m l mt phm trự sn
xut. Cụng ngh sinh hc khụng ch to ra thờm ca ci vt cht, m cũn hng vo
vic bo v v tng cng cht lng cuc sng con ngi. Thc t, cụng ngh sinh
hc mang tớnh ng dng, tuy nhiờn hng lot k thut ca cụng ngh sinh hc ang
l nhng cụng c sc bộn nghiờn cu khoa hc sinh hc v lm sỏng t cỏc c
2
ch ca cỏc hin tng sng mc phõn t. nc ta, theo Ngh nh s 18/CP
ca Chớnh ph ngy 11/3/1994 v phỏt trin cụng ngh sinh hc thỡ: Cụng ngh
sinh hc l mt tp hp cỏc ngnh khoa hc (sinh hc phõn t, di truyn hc, vi sinh
vt hc, sinh húa hc v cụng ngh hc) nhm to ra cỏc cụng ngh khai thỏc quy
mụ cụng nghip cỏc hot ng sng ca vi sinh vt, t bo thc vt v ng vt.
II. Phõn loi
- Cụng ngh sinh hc truyn thng (Traditional Biotechnology). Bao gm:
+ Thc phm lờn men truyn thng (Food of Traditional Fermentations)
+ Cụng ngh lờn men vi sinh vt (Microbial Fermentation Technology)
+ Sn xut phõn bún v thuc tr sõu vi sinh vt (Production of Microbial
Fertilizer and Pesticide)
+ Sn xut sinh khi giu protein (Protein-rich Biomass Production)
+ Nhõn ging vụ tớnh bng nuụi cy mụ v t bo thc vt (Plant
Micropropagation)
+ Th tinh nhõn to (Invitro Fertilization)
- Cụng ngh sinh hc hin i (Modern Biotechnology). Bao gm:
+ Nghiờn cu genome (Genomics)
+ Nghiờn cu proteome (Proteomics)
+ Thc vt v ng vt chuyn gen (Transgenic Animal and Plant)
+ ng vt nhõn bn (Animal Cloning)
+ Chip gen (DNA chip)
+ Liu phỏp t bo v gen (Gen and Cell Therapy)
+ Cụng ngh sinh hc nano (Nanobiotechnology)
+ Tin sinh hc (Bioinformatics)
+ Hot cht sinh hc (Bioactive Compounds)
+ Protein bit dc (Therapeutic Protein)
S phõn loi cụng ngh sinh hc cng cú th da vo cỏc tỏc nhõn sinh hc
tham gia vo quỏ trỡnh cụng ngh, cú th chia thnh cỏc nhúm sau:
- Cụng ngh sinh hc thc vt (Plant Biotechnology)
3
- Cụng ngh sinh hc ng vt (Animal Biotechnology)
- Cụng ngh sinh hc vi sinh vt (Microbial Biotechnology)
- Cụng ngh sinh hc enzyme hay cụng ngh enzyme (Enzyme
Biotechnology)
Gn õy, i vi cỏc tỏc nhõn sinh hc di t bo cũn hỡnh thnh khỏi nim
cụng ngh protein (Protein Engineering) v cụng ngh gen (Gen Engineering).
Mt khỏc, tựy vo i tng phc v ca cụng ngh sinh hc, cú th phõn ra
cỏc lnh vc cụng ngh sinh hc khỏc nhau nh:
- Cụng ngh sinh hc nụng nghip (Biotechnology in Agriculture)
- Cụng ngh sinh hc ch bin thc phm (Biotecnology in Food Processing)
- Cụng ngh sinh hc y dc (Biotechnology in Medicine-Pharmaceutics)
- Cụng ngh sinh hc mụi trng (Environmental Biotechnology)
- Cụng ngh sinh hc vt liu (Material Biotechnology)
- Cụng ngh sinh hc húa hc (Biotechnology in Chemical Production)
- Cụng ngh sinh hc nng lng (Biotechnology in Energy Production)
. V trớ ca cụng ngh gen trong cụng ngh sinh hc
Cụng ngh gen l mt mi nhn ca cụng ngh sinh hc. Nm 1972-1973 k
thut gen ra i, m u cho mt giai on mi ca cuc cỏch mng cụng ngh sinh
hc. Con ngi ó cú kh nng vt gii hn tin hoỏ, cú th chuyn cỏc gen t mt
loi ny sang mt loi khỏc, iu m khụng th thc hin c bng con ng
chn lc t nhiờn. n nay ngi ta ó gii mó b gen ca mhiu sinh vt nh b
gen ca vi khun E. coli, ca nhiu virus, ca giun trũn, ca cõy lỳa v n nm
2003 v c bn ó gii mó c b gen ngi. Trờn c s k thut gen cỏc nh
khoa hc ó to ra nhiu ging cõy trng cú nhng c tớnh u vit nh cõy chng
chu hn, chu mn, cõy cú nng sut cao gúp phn l tng giỏ tr kinh t cho xó hi.
Nhiu chng vi sinh vt mi cú kh nng tng hp enzym cao c to ra bng
cụng ngh gen ó c s dng trong cụng nghip. S hiu bit mt cỏch chi tit v
cu to v vn hnh ca b gen cho phộp con ngi cú kh nng can thip mt cỏch
chớnh xỏc vo cỏc quỏ trỡnh sng phc v li ớch ca mỡnh. Nhng thnh tu ca
4
cụng ngh gen luụn gn vi ng dng thc tin nhm phc v li ớch ca con
ngi. Túm li cú th núi cụng ngh gen l mi nhn, l trung tõm phỏt trin ca
cụng ngh sinh hc.
3.2. ng dng ca cụng ngh gen.
CN di truyn cũn gi l CN gen, K thut tỏi t hp ADN (DNA
recombination) thc hin vic chuyn gen to ra cỏc t bo hoc cỏ th mang cỏc
gen mi nhm to ra nhng vt cht cn thit cho con ngi. ú l nhng thnh tu
k diu nhm giỳp chn oỏn, cu cha hoc phũng nga cỏc bnh him nghốo,
chng hn nh vic sn xut quy mụ cụng nghip insulin (dựng cho bnh nhõn
tiu ng), kớch t sinh trng ngi (BN lựn bm sinh), cỏc loi interferon
(chng virut v ung th), cỏc nhõn t kớch thớch tp lc t bo (CSF), gii t bch
cu (IL), nhõn t gõy cht khi u (TNF), nhõn t sinh trng biu bỡ (EGF), nhõn t
sinh trng t bo ni bỡ mch mỏu (PDGF), nhõn t sinh trng chuyn hoỏ
(TGF), cỏc chemokin (C, CC, CXC, CX3C), nhõn t kớch hot plasminogen t chc
(tPA), men urokinase (UK), pro-urokinase (pro-UK ), calcitonin, nhõn t sinh
trng thn kinh ( NGF), enkephalin (cha bnh thn kinh), thymosin (tng cng
min dch ), hemopoietin (cha thiu mỏu) , protein huyt tng (PP) , relaxin (h
tr sn ph), nhõn t ụng t mỏu (BCF), cỏc loi vc xin tỏi t hp (phũng chng
viờm gan B, viờm nóo Nht Bn, dch t, si, bi lit, di, st rột, l mm long
múng ) CN gen to c s iu tr cỏc bnh di truyn m trc õy hon ton chu
bú tay: bnh nhim sc th thng, bnh NST gii tớnh, hi chng a bi th, bnh
a gen, bnh phõn t, mt s bnh ung th
CN gen h tr hu hiu cho vic chn ging cõy trng: chn ging n bi,
chn ging a bi, to da hu khụng ht, chn ging cú hiu sut quang hp cao,
chn ging mang gen c nh m (khụng cn phõn m), chn ging mang gen
dit sõu hi ( hn ch s dng thuc tr sõu), chn ging khỏng virut, chn ging
giu dinh dng, chn ging khỏng thuc tr c CN gen m ra tin to ln
trong vic to ra cỏc cõy trng chuyn gen (GMC hay GMO): Cõy thuc lỏ l cõy
chuyn gen u tiờn c a vo ng dng (1983). Sau ú l cõy bụng khỏng sõu
5
v khỏng c di (1986). Khi ú ch mi cú 5 loi GMC c a ra th nghim.
n nm 1992 s GMC ó tng lờn n 675 loi. Trong vũng 12 nm (1987-1999)
riờng Hoa K ó a vo thớ nghim ng rung 4779 loi GMC (!). Din tớch gieo
trng GMC trờn th gii vo nm 1995 la 1,2 triu ha, nm 1996 l 2,84 triu ha,
nm 1997 l 12,55 triu ha, nm 1998 l 27,80 triu ha, nm 1999 l 39,9 triu ha.
Trong tng s din tớch gieo trng GMC (1998) thỡ Hoa K chim 72,8%,
Argentina- 15,3%; Canaa- 9,9%; Trung Quc- 0,7%; Australia- o,4%; Mexico-
0,4%; cỏc nc khỏc- 0,5%. Trong cỏc loi GMC thỡ u tng chim 51,7%, ngụ-
30,1%; bụng- 9,1%; ci du- 8,7%; khoai tõy- 0,3%. V c tớnh chuyn gen thỡ ch
yu nhm mc tiờu khỏng vi thuc tr c- 71,0%; khỏng vi sõu hi- 27,6%;
khỏng vi c hai- 1,1%; ch cú 0,3% l nhm mc tiờu nõng cao cht lng sn
phm. Cỏc nc hin cú cỏch nhỡn khụng thng nht v GMC. Hoa K m rng rt
nhanh chng loi v din tớch gieo trng GMC. Trung Quc thn trng hn nhng
riờng loi bụng khỏng sõu hi cng ó c a ra din tớch ti 5 triu mu TQ (15
mu TQ = 1ha). Nhiu nc Chõu u chng li ch trng phỏt trin cỏc loi
GMC. Cng cú th cũn do cú c cỏc lý do cnh tranh th trng. Vit Nam ch
trng tụn trng cỏc quy c quc t v an ton sinh hc nhng mt khỏc cng cn
y mnh cỏc nghiờn cu v ng dng trong phm vi cú th kim soỏt c.
Nhiu cụng trỡnh nghiờn cu ca cụng ngh sinh hc ó c ng dng
thnh cụng trong y dc, c bit l trong sn xut thuc v trong chun oỏn bnh.
Phm vi ng dng ca khỏng th n dũng trong ngnh y t ngy cng tng nh
phõn tớch min dch, nh v cỏc khi u, phỏt hin mt s protein cú liờn quan n s
hỡnh thnh khi u, xỏc nh s cú mt ca cỏc loi vi khun khỏc nhau, giỳp cho
cỏc bỏc s xỏc nh bnh mt cỏch nhanh chúng v chớnh xỏc. Khỏng th n dũng
l tp hp cỏc phõn t khỏng th ng nht v mt cu trỳc v tớnh cht. Khỏng th
n dũng c to ra bng cỏch cho lai t bo lympho trong h min dch ca ng
vt hoc ca ngi vi t bo ung th. Mt s th lai cú kh nng to ra khỏng th
c hiu i vi khỏng nguyờn. Chn cỏc th lai ú nhõn lờn v sn xut khỏng th
n dũng. Cỏc t bo lai cú kh nng tng sinh vnh vin trong mụi trng nuụi cy
6
- tớnh cht ny nhn c t t bo ung th. Nh cụng ngh s dng DNA tỏi t
hp m ngi ta cú th sn xut mt s protein cú hot tớnh sinh hc dựng cha
bnh nh insulin cha bnh tiu ng, interferon cha bnh ung th, cỏc hormon
tng trng cho con ngi. Bn cht ca cụng ngh ny l lm thay i b mỏy di
truyn ca t bo bng cỏch a gen mó húa cho mt protein c hiu v bt nú
hot ng to ra mt lng ln loi protein m con ngi cn.
@ Những giai đoạn phát triển của CNSH Việt Nam
Giai đoạn trớc 1945:
1891 Calmette thành lập Viện Pasture Sài Gòn: Vaccine đậu mùa, chống
dại, men làm rợu nếp, bệnh ở vùng nhiệt đới Yersin nghiên cứu về dịch
hạch và sáng lập Viện Pasture Nha Trang
1887 Nhà máy rợu SàI Gòn ra đời
Giai đoạn 1945-1954:
1949 BS Ng Văn Hởng sản xuất vaccine đậu mủa, tả, thơng hàn, làm các
xét nghiệm và đào tạo đợc KTV và đội tiêm trủng
1950 GS BS. Phạm Ngọc Thạch và GS TS. Đặng V Ngữ sản xuất penicillin
tử nấm penicillin để rửa vết thơng cho các chiến sỹ
Giai đoạn 1955 đến nay:
Công nghệ vaccine
Công nghệ rợc bia
Nhà máy bột ngọt (60)
1995 đến nay: Lập bản đồ gen, chẩn đoán phân tử, tạo sinh vật chuyển gen,
vaccin táI tổ hợp
Trong khi CNSH trên th gii phát trin rt nhanh, chúng ta cn coi
trng c CNSH truyn thng, CNSH cn i, nhng phi tp trung lc
lng tin thng vo CNSH hin i. Đó l các công ngh: di truyn, t
bo, enzym - protein, vi sinh vt lên men, sinh h c môi trng. Mun
7
làm c nh vy, trc ht phi lo ào to nhanh mt i ng tr và
gii v công ngh sinh học.
Cõu 2: Mt s thnh tu cụng ngh VSV trong ngnh y t, nng nghip v
BVMT khi b ụ nhim.
Sinh khối vi sinh vật: sản xuất bánh mì, phân vi sinh, protein đơn
bào, chế phẩm diệt côn trùng, vaccin, chế phẩm trơn sinh
Enzyme vi sinh vật: amylase, glucanase, glucose isomerase, glucose
oxidase, cellulase, hemicellulase, protease, lactase, lipase.
Các sản phẩm trao đổi chất: các sản phẩm sơ cấp: rợu, bia, amino
acid, vi tamin, axit citric, ethanol các sản phẩm thứ cấp: kháng
sinh
Sản phẩn chuyển gen: các proten táI tổ hợp nh insulin, interferol,
yếu tố VIII, vaccin táI tổ hợp
Sản phẩm của chuyển hóa sinh học: vitamin, steroid, acrylamid
Các đại phân tửu sinh học và các chất hoạt động bề mặt: alginat,
xanthan, lipoprotein, glicoprotein
2.3. Sn xut enzyme
ng dng thng mi chớnh ca cỏc enzyme vi sinh vt l trong cụng
nghip thc phm l sn xut bia mc dự enzyme ó c tha nhn trong cỏc ng
dng phõn tớch v chn oỏn bnh, cng nh trong sn xut bt git. Cỏc enzyme cú
th c sn xut t ng-thc vt cng nh cỏc ngun vi sinh vt, nhng sn xut
bng lờn men vi sinh vt l phng phỏp kinh t v thớch hp nht. Hn na, hin
nay nh cụng ngh DNA tỏi t hp ngi ta cú th chuyn gen vo cỏc t bo vi
sinh vt sn xut cỏc enzyme ca ng-thc vt.
8
Cỏc tin b ca cụng ngh DNA tỏi t hp ó m rng phm vi cỏc sn
phm lờn men tim tng ca vi sinh vt. Cú kh nng a cỏc gen t cỏc c th bc
cao vo cỏc t bo vi sinh vt nh l cỏc t bo nhn tng hp cỏc protein (bao
gm enzyme) ngoi lai. Cỏc t bo vt ch dựng trong nhng trng hp ny l E.
coli, Sac. cerevisiae v mt s loi nm men khỏc.
2.4. Sn xut khỏng sinh
Penicillin l khỏng sinh c tỡm ra u tiờn v c sn xut sm nht dựng
cha mt s bnh nhim khun vo nhng nm u ca Th chin th 2. Nhng
vi sinh vt sinh penicillin thuc cỏc ging nm mc Penicillum v ergillus. Nhng
cỏc chng ca Penicillum notatum v Pen. chrysogenum cú hot lc cao v c
dựng trong cụng nghip khỏng sinh. Tuy nhiờn, nhng chng Penicillum cú hot lc
cao li thng kộm n nh. Do ú, mt vn khú khn c t ra l to c
kh nng sinh khỏng sinh cao nht, gi c n nh trong quỏ trỡnh nghiờn cu v
sn xut. Nhim v ny cú mt ý ngha rt ln trong cụng nghip. Ngy nay, nh k
thut di truyn hc ngi ta ó to c nhng ging n nh, ớt nht sau sỏu th h
vn khụng gim hot tớnh khỏng sinh. Quỏ trỡnh lờn men penicillin thuc vo loi
lờn men hai pha: pha sinh trng v pha sinh penicillin. Ngun carbon trong lờn
men penicillin bng nm Pen. chrysogenum cú th l glucose, saccharose, lactose,
tinh bt, dextrin, cỏc acid hu c (lactic, acetic, formic), cỏc amino acid Tuy
nhiờn, ng lactose cho hiu sut penicillin cao nht v thng c dựng trong
cụng nghip.
II. Cụng ngh tỏi t hp vi sinh vt v lờn men
Mt trong nhng ng dng u tiờn ca cụng ngh di truyn l to ra mt
chng Pseudomonas syringae. Chng hoang di (wild type) ca vi khun ny thụng
thng cha mt gen to bng, gen ny kớch thớch s to bng trờn cỏc b mt lnh
v m. S bin i gen ny to ra mt th tỏi t hp cú kh nng ngn nga s to
thnh bng giỏ (frost). c to ra di tờn gi l Frostban, vi khun ny ó mang
li mt thnh cụng khiờm tn trong vic chng li vic to thnh bng giỏ trờn cỏc
cõy dõu tõy v khoai tõy ngoi ng rung. Trong mt thớ nghim khỏc, mt chng
9
virus cú kh nng dit sõu o bp ci c th vo mt tha rung bp ci. Nú ó
c thit k cú th t phỏ hy sau mt thi k nht nh. Pseudomonas
fluorescens ó c tỏi t hp vi cỏc gen sn sinh cht dit cụn trựng sinh hc
Bac. thuringiensis. Cỏc vi khun ny c th vo t, chỳng s bỏm vo r v giỳp
tiờu dit cỏc cụn trựng ang tn cụng. Núi chung, mi s phúng thớch cỏc th tỏi t
hp vo mụi trng u phi c cỏc c quan bo v mụi trng chun y v c
giỏm sỏt cht ch. n nay, nhiu nghiờn cu ó cho thy cỏc vi sinh vt ny khụng
sng sút hoc sinh sụi trong mụi trng v chc chn khụng gõy ra nhiu him ha.
Cỏc virus c thit k di truyn c bit cú ớch trong cỏc ng dng y hc, chng
hn sn xut vaccine.
Mt iu lm cụng ngh di truyn tr nờn c bit hp dn l cỏc k thut
ca nú cú th kt hp vi cỏc k thut ca cụng ngh lờn men sn xut ra nhng
s lng ln cỏc cht ging khỏng sinh hoc steroid. Hu ht cỏc protein tỏi t hp
ang bỏn trờn th trng hin nay u rt hu ớch trong y hc. Di õy l mt s
trong cỏc sn phm ny:
- Insulin, cht thay th hormone dựng trong iu tr bnh tiu ng type I. -
Hormone sinh trng ca ngi, c s dng iu tr nhng tr em b bnh lựn
hoc bnh gi trc tui.
- Interferone, mt cht min dch c s dng iu tr mt s loi ung
th, viờm gan mn tớnh.
- Interleukin-2, mt cht hot húa t bo T v B c dựng trong iu tr ung
th.
- Erythropoietin (EPO), mt cht kớch thớch cỏc t bo ty sng sinh hng
cu, dựng iu tr mt s bnh thiu mỏu.
- Hot t plasminogen ca mụ (tPA), mt enzyme tham gia vo quỏ trỡnh lm
tan cỏc cc mỏu ụng (huyt khi).
- Nhõn t VIII, mt protein gõy ụng mỏu cho nhng ngi a chy mỏu. -
Cỏc vaccine tỏi t hp cho bnh viờm gan, v bnh viờm mng nóo do Hemophilus
influenza B gõy ra.
10
- Octolon, mt cht c ch min dch dựng cho cỏc bnh nhõn cy ghộp ni
tng.
Hỡnh 3: S sn xut insulin cụng nghip
11
12
13
14