Động vật chuyển gen: ứng dụng và thành tựu

Động vật chuyển genứng dụng và thành tựuNhóm 1:Trần Thị AnHoàng Đức AnhGiáp Thị Ngọc ÁnhBùi Ngọc ÁnhLê Thị Kiều ChangĐỗ Thị ChiếnTrần Thị Kim DungMột số hình ảnh về động vật chuyển genI. Khái niệm động vật chuyển genÐộng vật chuyển gen là động vật có gen ngoại lai (gen chuyển) xen vào trong DNA genome của nó. Gen ngoại lai này phải được truyền lại cho tất cả mọi tế bào, kể cả các tế bào mầm. Việc chuyển gen ngoại lai vào động vật chỉ thành công khi các gen này di truyền lại cho thế hệ sau.II. Công nghệ tạo động vật chuyển gen. 1. Các PP chuyển gen vào tế bào động vật.1.1. PP hấp thụ ngẫu nhiên ADN là sự hấp thụ ngẫu nhiên hỗn hợp cADN vào tế bào động vật theo cơ chế hấp thu của hiện tượng thực bào1.2. PP thấm điện: dùng xung điện thế cao để giúp ADN ngoại lai xâm nhập vào bên trong tế bào và ghép vào NST của tế bào.1.3. PP sử dụng vector là virus : như retrovirus (virus có nhân là ARN) có khă năng ghép vào NST của tế bào động vật chủ. Có thể sử dụng virus này làm vector chuyển gen vào tế bào động vật1.4. PP vi tiêm: tiêm trực tiếp ADN ngoại lai vào nhân tế bào động vật nhờ dụng cụ vi tiêm. PP này thường dùng để đưa ADN vào hợp tử hoặc các tế bào phôi sớm.2. Quy trình tạo động vật chuyển genCông nghệ tạo động vật chuyển gen là một quá trình phức tạo bao gồm các bước chính sau: Hình 4.1: Sơ đồ tạo động vật chuyển gen2. 1. Tách chiết, phân lập gen mong muốn và tạo tổ hợp gen biểu hiện trong tế bào động vật2.2. Tạo cơ sở vật liệu biến nạp gen2.3 Chuyển gen vào động vật2.4 Nuôi cấy phôi trong ống nghiệm ( đối với động vật bậc cao)2.5 Kiểm tra động vật được sinh ra từ phôi chuyển gen.2.6 Tạo nguồn ĐV chuyển gen một cách liên tụcIII. Một số thành tựu trong lĩnh vực tạo động vật chuyển gen: Bằng kỹ thuật vi tiêm DNA vào tiền nhân người ta đã tạo ra nhiều động vật chuyển gen như chuột, thỏ, lợn, cừu, bò, gà, cá... Các gen dùng để chuyển vào độngvật:Người ta đã chuyển khá nhiều gen lạ có nguồn gốc từ người, động vật, thực vật và vi sinh vật vào các loại động vật như chuột, thỏ, cá và các loại vật nuôi như bò, cừ, dê, lợn , gà, chim thậm chí cả vào muỗi.Động Vật nhậnGen và chức năngCá -Gen sinh trưởng và yếu tố sinh trưởng (fGH, hGH, bGH) -crystallin (gà), -gallactosidase, kháng hygromycine, protein chống đông lạnh, ÀP, -globin.Lợn-Các loại gen hóc môn sinh trưởng và yếu tố sinh trưởng (mMT, hGH, mMT-bGH, PRL-bGH )ChuộthGH, rGH, hGRF, gen mã hoá luciferase Cừusmt-sGH5, sMT-sGH9.1-antitripsin (trong điều trị viêm phổi), tạo albumin, yếu tố trong quá trình đông máu. Bò b_ GH2. 1. Chuột chuyển genVào năm 1982, Palmiter và Brinster đã thành công trong việc tạo ra động vật chuyển gen đầu tiên trên thế giới, bằng cách chuyển gen của loài chuột này sang phôi loài chuột khác. Gen chuyển đã biểu hiện ở chuột nhắt và các thế hệ con cháu sau khi lấy gen của chuột cống.Hình 4.6: Chuột chuyển gen horrmone sinh trưởng (bên phải) và chuột đối chứng (bên trái)Chuột chuyển gen đã cung cấp những công cụ để khám phá nhiều câu hỏi sinh học.Nó thể hiện tất cả những triệu trứng của con người mà chuột bình thường không làm được.Tất cả những vấn đề liên quan đến con người đều được nghiên cứu ở chuột trước. Phôi thai chuột khi chuyển gen2. 2. Thỏ chuyển genViệc tạo ra thỏ chuyển gen thành công đã được công bố vào năm 1985.Vào năm 2001, đã tạo một con thỏ chuyển gen có khả năng phát ra ánh sáng màu lục ở trong tốiHình 4.7: Elba, thỏ chuyển gen protein huỳnh quang màu xanh lá cây_ Còn có loài thỏ chuyển gen người lấy sữa thì đã được vắt sữa trên quy mô công nghiệp tại công ty sinh học Phamging có cơ sở ở Hà Lan_ Sữa thỏ chứa protein người được dùng để bào chế thành một loại thuốc mới điều trị bệnh angioedema do di truyền, một bệnh rối loạn máu hiếm gặp có thể dẫn việc sưng phồng các mô của cơ thể. 2. 3. Lợn chuyển genHình 4.8: Lợn chuyển gen siêu nạcLợn chuyển gen được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau đặc biệt là trong việc tăng tỉ nạc/mỡ, tăng khối lượng để đem lại hiệu quả kinh tế. Trong y học, sử dụng một số nội tạng để thay thế cho người.2.4 Cừu, dê chuyển genTạo ra cừu chuyển gen mà trong sữa của chúng có chứa protein Lactoferrin có tác dụng như một chất kháng sinh. Tạo ra dê chuyển gen mà trong máu của chúng có chứa yếu tố antitrombine, một glucoprotein có chức năng điều hòa sự đông máu. Protein trị liệu từ động vật chuyển gen là những protein có cấu hình đúng, đảm bảo hoạt tính cần thiết và an toàn hơn.2.5. Khỉ chuyển genBằng PP vi tiêm đã tạo được khỉ chuyển gen phát ra ánh sáng xanhHình 4.10: ANDi - chú khỉ rhesus chuyển gen được chào đời vào ngày 2 tháng 10 năm 20002. 6. Gà chuyển genGà chuyển gen được phát triển nhằm các mục đích: phát triển, cải tiến các phương pháp, kỹ thuật thí nghiệm; sản xuất dược phẩm và protein trong trứng để sử dụng trong y học người và vật nuôi; nhận biết và khai thác các tính trạng sinh học có lợi cho sản xuất thịt gia cầm; nghiên cứu sự phát triển phôi.Hình 4.9: Gà chuyển gen để nghiên cứu quá trình phát triển phôi2.7. Cá chuyển gen Có rất nhiều PP chuyển gen vào cá,PP có hiệu quả nhất là vi tiêm trực tiếp DNA vào phôi.Chuyển gen vào phôi và cá bột thành công bằng phương pháp xung điện, chuyển gen ngoại lai vào cá bằng phương pháp biến nạp bằng xung điện,gen luciferase đom đóm và lacZ của E. coli và chuyển vào trứng thụ tinh đã loại bỏ màng chorion của cá trê Châu Phi và cá mú vằn bằng phương pháp xung điện. Cá chép (Common carp) chuyển gen hormone sinh trưởngCá trê Châu Phi (Channel catfish) chuyển gen hormone sinh trưởng Cá hồi chuyển gen hormone sinh trưởng (phải) và cá hồi đối chứng (trái)***Kết luận: _ Mục tiêu chính là tăng khả năng sinh sản, hiệu quả chăn nuôi, tăng năng suất sản phẩm và tăng khả năng chống bệnh _ Những ứng dụng của động vật chuyển gen nhờ vi tiêm như sau: Tăng cường khả năng sinh trưởng và thay đổi đặc tính cơ thể: _ Khả năng sinh trưởng và chất lượng sản phẩm động vật cao do sự kiểm soát bởi các gen tăng cường sinh trưởng. _ Chuyển gen hoocmon sinh trưởng của chuột hoặc người vào động vật đã tăng tỉ lệ và kích thước cơ thể lên hai lần. _ Ở lợn được chuyển gen 9 tháng tuổi nặng hơn 28% và có mức hoocmon sinh trưởng gấp 50 lần._Ở chuột nhắt sau khi nhận gen (hGH, rGH)của chuột cống thì có kích thước và khối lượng tăng gấp 10 lần._Ở cá, chuyển gen GH hay gen mã hóa protein đông lạnh từ cá hương vào cá chép thì có độ tăng trưởng nhanh 22% so với cá đối chứng. Tăng sản lượng và chất lượng sữa, thịt: Machlin(1979) thấy rằng tăng hoocmon sinh trưởng HGH có nguồn gốc ngoại sinh làm tăng 18% sản lượng sữa. Nếu bò được chuyển gen hoocmon sinh trưởng không gây tác dụng xấu như tiêm nhiều hoocmon sinh trưởng.Viện nghiên cứu Nông nghiệp quốc gia Pháp đã tạo ra giống bò tiết sữa chua do chuyển gen sản sinh các sản phẩm lên men sữa chua vào bộ máy di truyền của bò sữa ( đấy là bò BUBU)Tạo các biệt dược, mô và phủ tạng thay thế cho người._ Đã tạo ra con cừu chuyển gen mà trong sữa có chứa protein lactofein có tác dụng như chất kháng sinh. _ Dê chuyển gen mà trong máu của chứng chứa chất antitrombine có chức năng điều hoà sự đông máu._ Ngày nay phủ tạng lợn dễ tìm và có kích thước tương tự như của người nên được sử dụng nhiều để ghép nội tạng.ĐV chuyển genDược phẩm/ proteinSử dụngMáu và hệ tuần hoànLợnHemoglobin ở ngườiTạo ra 3 lợn chuyển gen từ phôi 1ngay tuổi.Gen được chuyển tạo ra hemoglobin của người có KN vận chuyển oxi bình thường.Cừu,lợn, bòChống đông máu VIII,IXĐiều trị bệnh ưa chảy máu và giảm nguy cơ PƯ truyền máuCừu, bòFibrinogen Điều trị vết thươngBò Albumin huyết thanh ngườiDuy trì thể tích máu và chống sốc khi mất máu.Dê Chống đông máu nhóm IIIXuất hiện thường xuyên trong cơ thể, có vai trò chống đông máu.cty CNSH massachusess đã tạo ra dê chuyển gen này, hàng năm tạo ra 500-800l/con.CừuAlpha-1-antitripsinThiếu hụt dẫn tới hội chứng “Emphysema”. Protein này giúp tăng quá trình vận chuyển qua màng của dưỡng khí và chất thải. Các nhà KH ở Scottlen đã tạo ra cừu biến đổi gen sản xuất >35g alpha-1-antitripsin trong 1 lít sữa=1/5 nhu cầu điều trị cho 1 bệnh nhân/năm Cừu,dê,lợnYếu tố hoạt hoá plasminogen của mô bàoEnzyme chống đông vón sử dụng điều trị một số bệnh tim mạch, ngẽn mạchĐiều trị và phòng chống lây nhiễm.Dê Pro 542Điều trị HIVDê, cừuYếu tố vận chuyển xuyên màngBò Alpha-lactabuminChống nhiễm trùngBò colagenI và IISửa chữa mô bào, điều trị thấp khớpKháng thểGà Kháng thể, dinh dưỡng ,protein máuTrứng với hàm lượng dinh dưỡng phù hợp với nhu cầu con người ChuộtKháng thể ngườiKháng thể động vật có phản ứng quá mẫn nhưng kháng thể người được tổng hợp từ chuột thì không. Gà, bò, dêKháng thể đơn dòngCác loại vaccine được tạo ra như vaccine viêm gan B.Các loại khácDê Protein chống sốt rétSữa dê có chứa 1 loại protein giống với protein của ký sinh trùng số rét, vì vậy sữa này có thể được dùng như một loại vaccine chống bệnh sốt rét. ThỏAlpha-glucosidaseChống bệnh Pompe’s, bệnh rối loạn tế bào gan-> không có khả năng chuyển hoá glycogen –> đái đường. Bò LactoferinDê Acide glutamic decarboxylaseĐiều trị tiểu đường nhóm 1ChuộtHoocmon sinh trưởng ở người Ngoài ra còn một số khi chuyển gen vào động vật lấy sữa có thể thu được sữa có thành phần thay đổi hay mang protein kháng khuẩn: Ở Mỹ chuyển gen cho dê Alpine để sản xuất sữa chứa protein đặc hiệu điều trị ung thư: BR96.dược liệu protein liên quan đến máu được quan tâm nhiều và quan trọng Giá trị thương mạiViệc tạo một con vật chuyển gen trong giai đoạn hiện tại còn đắt (100.000-200.000 USD năm 1999) và hy vọng vài năm sau chỉ có 5000 USDHiệu quả của động vật chuyển gen đem lại khá cao, công ty Winscosin dự tính một con bò chuyển gen trong vòng đời của nó có thể tạo ra 200-300 triệu USD trị giá dược phẩmThống kê giá một số SP thuốc của cty Animal pharmingThuốc ĐộngvậtGiá/con/nămAAT(a-1antitrypsin,thiếu hụt di truyền dẫn tới hội chứng emphysema)Cừu15.000 USDTPA(điều trị đông máu)Dê75.000 USDYếu tố VIII(đông máu,chống chảy máu XI)Cừu 37.000 USDHemoglobin(máu thay thế)Lợn3.000 USDLactoferin(chất thay thế bỏ sung cho trẻ nhỏ)Bò20.000 USDCFTR(điều trị nang xơ)Cừu,dê, chuột75.000 USDHuman protein C,chống đông máu,điều trị đông máuLợn1.000.000 USDSản xuất nội tạng thay thế:Khoa học tiến bộ đã sử dụng nội tạng đặc biệt của lợn để thay thế cho người.Trường ĐH Cambridge đã tạo ra lợn chuyển gen có tim được bao bọc protein người có thể ghép cho người mà không gây PƯ đào thải.Tạo côn trùng kháng các tác nhân gây bệnh cho người.Chuyển gen vào muỗi để chống lại bệnh sốt rét với 2 hướng:Tạo muỗi có khả năng đề kháng với ký sinh trùng sốt rét.Tạo muỗi mẫn cảm với với ký sinh trùng sốt rét.Tạo các sản phẩm kinh tế khác:Chuyển gen làm tăng tốc độ mọc lông, làm tăng tổng hợp collagen và làm tăng độ bền của da. Tạo ra được giống cừu chuyển gen mà có thể tự thay bộ lông khi ăn một loại thức ăn đặc biệt mà không cần cắt xén. Một giống cừu chuyển gen khác có thời gian cho lông chỉ bằng 1/3 so với cừu không được chuyển gen.Khả năng ứng dụng tại Việt NamThực vật chuyển có khả năng kháng bệnh, chịu hạn, chịu lạnh, kháng chất diệt cỏ, bất thụ đực, gạo có tiền chất caroten, cà chua chín chậm.đã được đưa vào ứng dụng rộng rãi.Triển vọng của động vật chuyển gen cũng không có giới hạn.Ở Việt nam, công nghệ gen được phát triển khá mạnh mẽ.NC chuyển gen thực vật và động vật đã được tiến hành ở nhiều cơ sở nghiên cứu như Viện Di truyền nông nghiệp, Viện Công nghệ sinh học,Trung tâm công nghệ sinh học -Đại học quốc gia Hà nộiỞ động vật, nghiên cứu chuyển gen mới được bắt đầu. Chuyển gen trên cá có nhiều thuận lợi hơn rất nhiều so với chuyển gen vào động vật.Động vật chuyển gen đã và đang trở thành một xu hướng nghiên cứu và phát triển thay vì chỉ cung cấp thực phẩm đơn thuần, phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người.IV. An toàn sinh học sau chuyển genMặc dầu những thành tựu của kỹ thuật chuyển gen rất to lớn và dễ nhận thấy nhưng những nguy hại từ nó cũng không nhỏ, thật khó nắm bắt và đề phòng. Nhìn lại dưới góc độ tiến hoá,chuyển gen nhân tạo làm đảo lộn dòng gen trong tự nhiên, dễ sinh ra một sự ưu chuyển dòng gen hỗn độn trong tự nhiên mà con người khó kiểm soát hết được, gây hiểm họa cho môi trường sinh thái và bệnh ung thư tiềm ẩn.Gây mất cân bằng hệ sinh thái, có khả năng sinh sản thấp, nếu lai với động vật tự nhiên có thể làm giảm khả năng sinh sản, giảm số lượng, đe doạ sự tồn tại của loài. Một số có khả năng kháng bệnh kém hoặc có biểu hiện bệnh lý. Một số thực phẩm gây dị ứng.Hocmôn tăng trưởng của người, cừu, lợn và bò đã đượcchèn vào nhiễm sắc thể tế bào để chúng tăng trưởng nhanh, tăng tỷ lệ nạc/mỡ và tăng chuyển hóa thức ăn... Tuy nhiên, chi phí tương đối cao để tạo ra các giống vật nuôi chuyển gen và chúng dễ bị bệnh, như lợn chuyển gen hocmôn tăng trưởng đã lớn rất nhanh nhưng sau đó chúng bị loét dạ dày, hư thuận và gan, nhạy cảm với viêm phổi, dễ bị viêm da và mất khả năng sinh sản. Cừu chuyển gen tăng trưởng người và bò cũng dễ bị bệnh tiểu đường, dẫn đến chết sớm.Động vật biến đổi gen để sản xuất các sản phẩm phi thực phẩm, chẳng hạn như con bò sản xuất thuốc trong sữa.Nhưng dược phẩm này có thể gây tác dụng phụ.Trong khi đó, những ứng dụng trong y học của động vật chuyển gen dễ dàng được chấp nhận hơn bởi đó là giải pháp ít rủi ro. Trong tương lai không xa, các nhà khoa học hy vọng sẽ làm tăng nhận thức của công chúng và sự chấp nhận những sản phẩm chuyển gen. Xin chân thành cảm ơn