Giáo án Sinh học 12 kết nối Bài 5: Công nghệ di truyền

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu về công nghệ gene - công nghệ DNA tái tổ hợp

- GV chia lớp thành các nhóm, mỗi nhóm khoảng 4 - 6 HS.

- GV yêu cầu HS đọc thông tin mục I, quan sát Hình 5.1 SGK tr.27, ghi ý kiến cá nhân vào vị trí của mình trong bảng nhóm. Sau đó cả nhóm thảo luận, thống nhất ý kiến để hoàn thành Phiếu học tập số 1:

(1) Em hiểu thế nào là công nghệ gene? Có những công nghệ gene phổ biến nào hiện nay?

(2) Mô tả quá trình tạo DNA tái tổ hợp, từ đó cho biết DNA tái tổ hợp là gì?

(3) Giải thích các khái niệm: vector chuyển gene, đầu dính, vai trò của các enzyme sử dụng trong quá trình tạo DNA tái tổ hợp.

(4) Các kĩ thuật nào được sử dụng trong quá trình tạo DNA tái tổ hợp?

Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu các thành tựu của công nghệ DNA tái tổ hợp

-GV tổ chức trò chơi, chia lớp thành 3 nhóm. mỗi nhóm nhận các tấm bìa mang tên các thành tựu: Chế phẩm insulin; E.coli mang gene sản xuất somatostatin; tạo chủng vi sinh vật lành tính có mang một số gene gây bệnh; Cừu sản xuất protein huyết thanh; Bò sản xuất protein người; vi sinh vật sản xuất ethanol; vi sinh vật xử lí nước thải; vi sinh vật xử lí các hóa chất độc hại; vi sinh vật tách chiết các kim loại nặng; vi sinh vật thu hồi dầu; Vi khuẩn mang gene cố định nitrogen; giống cây trồng biến đổi gene có khả năng kháng bệnh; Cà chua được bất hoạt gene sản xuất ethylene; Giống lúa có gene sản xuất β-carotene; dưa hấu tứ bội; nho không hạt.

- GV yêu cầu các nhóm HS trao đổi nhanh trong 3 phút, dán các thành tựu tương ứng với ba lĩnh vực dược phẩm, công nghiệp và bảo vệ môi trường, nông nghiệp vào trong bảng nhóm. 

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- Nhiệm vụ 1: Nhóm HS đọc thông tin mục I SGK tr.27, thảo luận thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

- Nhiệm vụ 2: Các nhóm có thời gian 3 phút, tham gia trò chơi theo hướng dẫn của GV.

- GV quan sát các nhóm HS tiến hành nhiệm vụ, hướng dẫn, lưu ý HS phân biệt sản phẩm lai tạo, gây đột biến với công nghệ gene.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Nhiệm vụ 1: GV sử dụng https://wheelofnames.com/ để chọn nhóm đại diện trình bày kết quả thảo luận.

Gợi ý: Kĩ thuật được dùng trong quá trình tạo DNA tái tổ hợp:  

+ Kĩ thuật di truyền tách chiết gene ra khỏi tế bào.

+ Kĩ thuật nhân bản gene.

+ Kĩ thuật cắt và ghép nối các đoạn DNA với nhau.

- Nhiệm vụ 2: Các nhóm báo cáo sản phẩm.

- HS khác nhận xét, đánh giá và bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV nhận xét sản phẩm của các nhóm, đánh giá thái độ làm việc của HS trong nhóm.

- GV tuyên dương nhóm thắng cuộc, khuyến khích các nhóm HS chưa có đưa ra được câu trả lời đúng hoặc chưa hoàn thành đúng thời gian quy định.

-   GV chuẩn hóa kiến thức, yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

- GV chuyển sang hoạt động tiếp theo.

- Công nghệ gene là quy trình kĩ thuật sử dụng công nghệ DNA tái tổ hợp để thay đổi kiểu gene và kiểu hình của sinh vật, tạo ra các sản phẩm protein ứng dụng trong thực tiễn.

- Công nghệ gene gồm:

+ Công nghệ DNA tái tổ hợp.

+ Công nghệ tạo thực vật và động vật biến đổi gene.

I. CÔNG NGHỆ DNA TÁI TỔ HỢP

1. Khái niệm

- Công nghệ DNA tái tổ hợp là quy trình kĩ thuật tạo ra phân tử DNA từ hai nguồn khác nhau (thường từ hai loài) rồi chuyển vào tế bào nhận với mục đích tạo ra được nhiều sản phẩm protein của gene chuyển.

2. Nguyên lí

(1) Tách chiết DNA ra khỏi tế bào và tinh sạch;

(2) Sử dụng enzyme cắt giới hạn (restrictase) cắt vector và tách gene chuyển ra khỏi DNA từ nguồn cho gene. 

- DNA của vector và gene chuyển được gắn với nhau qua sự bắt đôi bổ sung ở các đầu dính.

- Liên kết phosphodiester được nối lại bằng enzyme ligase để tạo DNA tái tổ hợp.

- Chuyển DNA tái tổ hợp vào tế bào nhận và sàng lọc tuyển chọn dòng tế bào mang vector tái tổ hợp.

Hình 5.1. Tóm tắt nguyên lí tạo DNA tái tổ hợp ở vi khuẩn E.coli

3. Một số thành tựu

Trong ngành dược phẩm:

- Chế phẩm insulin (1979) nhờ công nghệ DNA tái tổ hợp trong tế bào vi khuẩn; 

- E.coli mang gene sản xuất somatostatin (hormone điều hòa các hormone khác ở người);

- Tạo chủng vi sinh vật lành tính có mang một số gene gây bệnh, phục vụ nghiên cứu, sản xuất vaccine;

- Cừu sản xuất protein huyết thanh;

- Bò sản xuất protein người;...

Trong ngành công nghiệp và bảo vệ môi trường

- Vi sinh vật sản xuất ethanol; 

- Vi sinh vật xử lí nước thải; 

- Vi sinh vật xử lí các hóa chất độc hại; 

- Vi sinh vật tách chiết các kim loại nặng; 

- Vi sinh vật thu hồi dầu;

Trong nông nghiệp:

- Một số loại vi khuẩn biến đổi gene giúp cây trồng tăng cường hấp thụ nitrogen, ức chế các vi khuẩn và nấm gây bệnh cho cây;

- Tạo ra các giống cây trồng biến đổi gene, có khả năng kháng bệnh;

- Giống cà chua được bất hoạt gene sản xuất ethylene giúp tăng thời gian bảo quản;

- Giống lúa có gene sản xuất β-carotene;...

Thông tin bổ sung

Việc gắn gene vào thể truyền chỉ được thực hiện ở vị trí nằm sát với một promoter trên thể truyền để sao cho gene chuyển gắn vào sẽ được RNA polymerase phiên mã. Như vậy, vị trí cắt của enzyme cắt giới hạn nằm trong một gene của vi khuẩn ở trong thể truyền và gene chuyển được gắn vào vùng mã hóa của gene vi khuẩn. Khi trộn hai loại DNA từ hai nguồn khác nhau để tạo ra DNA tái tổ hợp thì có thể xảy ra các khả năng:

- Gene chuyển được gắn vào vector tạo ra DNA tái tổ hợp.

- Vector là plasmid sau khi được enzyme cắt giới hạn cắt thành dạng mạch thẳng lại tự đóng vòng mà không có gene chuyển cài vào.

Như vậy, khi cho DNA biến nạp vào vi khuẩn thì có khả năng DNA tái tổ hợp vào được tế bào vi khuẩn tạo ra tế bào chuyển gene nhưng cũng có thể tế bào vi khuẩn chỉ nhận được vector không chứa gene. Để nhận biết được vi khuẩn chuyển gene, các nhà khoa học thường phải sử dụng vector có gene đánh dấu. Gene đánh dấu là gene có sản phẩm dễ dàng nhận biết hoặc gene kháng thuốc kháng sinh.