Nội dung chính Sinh học 12 Cánh diều bài 11: Hệ gene, công nghệ gene và ứng dụng

CHỦ ĐỀ 3. ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC

BÀI 11: HỆ GENE, CÔNG NGHỆ GENE VÀ ỨNG DỤNG

I. KHÁI NIỆM HỆ GENE:

- Khái niệm: là toàn bộ lượng vật chất di truyền trong tế bào của sinh vật.

+ Ở sinh vật nhân sơ: hệ gene là phân tử DNA vòng trong vùng nhân và plasmid.

+ Ở sinh vật nhân thực: hệ gene gồm tập hợp phân tử DNA trên nhiễm sắc thể trong nhân tế bào và trong các bào quan như ti thể, lục lạp hoặc plasmid.

- Hệ gene chứa các gene mã hóa RNA, protein cần cho các hoạt động sống của sinh vật.

II. THÀNH TỰU VÀ ỨNG DỤNG CỦA VIỆC GIẢI MÃ HỆ GENE NGƯỜI:

1. Một số thành tựu của việc giải trình tự hệ gene người:

* Dự án: Giải trình tự hệ gene người:

- Thời gian: 1990 – 2003.

- Mục tiêu:

+ Xác định bản đồ gene đầy đủ của hệ gene người.

+ Biết được vị trí và chức năng của hầu hết các gene của người.

- Kết quả: Năm 2022, hệ gene người được giải trình tự hoàn chỉnh với kích thước 3055 triệu cặp nucleotide, với 63 494 gene, trong đó có 19 969 gene mã hóa protein.

2. Một số ứng dụng của việc giải trình tự hệ gene người:

* Nghiên cứu tiến hóa:

- Thông tin di truyền từ hệ gene người được ứng dụng trong nghiên cứu sự tiến hóa loài người.

- So sánh thông tin từ hệ gene người hiện đại với các hệ gene người cổ cho thấy mối quan hệ họ hàng giữa người hiện đại với người Neanderthal, Denisovans, H.heidelbergensis, H. ecratus,…

* Bảo vệ sức khỏe con người:

- Trình tự hệ gene người được sử dụng để phát hiện các đột biến gene gây bệnh di truyền, từ đó đưa ra phương pháp điều trị thích hợp.

- Các thông tin về các đột biến có thể được sử dụng trong tư vấn di truyền, giúp các vợ chồng đưa ra quyết định phù hợp về các lựa chọn sinh con.

- Một số loại thuốc điều trị ung thư tác động đến gene hoặc protein để tiêu diệt hoặc ức chế tế bào ung thư đã được phát triển nhờ thành tựu giải mã hệ gene người.

III. CÔNG NGHỆ DNA TÁI TỔ HỢP:

1. Khái niệm công nghệ DNA tái tổ hợp:

- DNA tái tổ hợp: là phân tử DNA hình thành từ sự nối hai hay nhiều đoạn DNA cùng nguồn hoặc khác nguồn.

- Công nghệ DNA tái tổ hợp là quy trình kĩ thuật dựa trên nguyên lí tái tổ hợp DNA và nguyên lí biểu hiện gene, tạo ra các phân tử DNA tái tổ hợp và protein tái tổ hợp.

2. Nguyên lí của công nghệ DNA tái tổ hợp:

* Nguyên lí tái tổ hợp DNA:

- Kĩ thuật tái tổ hợp DNA bao gồm các bước: thu nhận đoạn DNA, ghép nối (gắn) đoạn DNA vào vector để tạo ra vector tái tổ hợp, biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào nhận.

- Vector tái tổ hợp: vector nhân dòng mang đoạn DNA ngoại lại có thể xâm nhập vào tế bào nhận và nhân lên độc lập hoặc cài đoạn DNA ngoại lại vào nhiễm sắc thể của tế bào nhận.

* Nguyên lí biểu hiện gene:

- Kĩ thuật biểu hiện gene gồm các bước tương tự như kĩ thuật tái tổ hợp DNA, tuy nhiên cần cài đoạn DNA ngoại lai vào vector biểu hiện tạo thành vector tái tổ hợp.

- Vector biểu hiện: vector chứa các trình tự điều hòa cho phép tạo sản phẩm phiên mã của gene ngoại lai, từ đó tạo ra protein tái tổ hợp trong tế bào nhận.

3. Một số thành tựu của công nghệ DNA tái tổ hợp:

- Sử dụng để tạo các sinh vật chuyển gene mang các tính trạng tốt như có năng suất và giá trị dinh dưỡng cao, sức chống chịu tốt hơn.

- Giúp chuyển gene mã hóa insulin của người vào vi khuẩn E.coli, dùng trong điều trị bệnh tiểu đường.

- Giúp sản xuất vaccine phòng bệnh viêm gan B, vaccine phòng bệnh HPV, vaccine phòng bệnh COVID-19,…

- Giúp chữa trị các rối loạn di truyền.

IV. THỰC VẬT VÀ ĐỘNG VẬT BIẾN ĐỔI GENE:

1. Tạo thực vật biến đổi gene:

* Nguyên lí tạo thực vật biến đổi gene:

- Tạo thực vật biến đổi gene thực hiện theo nguyên lí chung tạo sinh vật biến đổi gene.

* Thành tựu tạo thực vật biến đổi gene:

- Tạo ra các loại cây trồng biến đổi gene có khả năng kháng sâu, bệnh, thuốc diệt cỏ.

- Sản xuất vaccine dựa trên thực vật.

- Thực vật chuyển gene được sử dụng để sản xuất các loại protein dùng trong công nghiệp và y học.

2. Tạo động vật biến đổi gene:

* Nguyên lí tạo thực vật biến đổi gene:

- Tạo động vật biến đổi gene thực hiện theo nguyên lí chung tạo sinh vật biến đổi gene.

* Thành tựu tạo động vật biến đổi gene:

- Tạo ra một số động vật biến đổi gene có một số tính trạng mong muốn như tốc độ sinh trưởng nhanh, sữa có hàm lượng -lactoglobulin cao.

- Sử dụng động vật biến đổi gene để sản xuất một số hợp chất phục vụ cho y học.

- Sử dụng các động vật mang DNA tái tổ hợp làm mô hình nghiên cứu một số bệnh ở người.

V. SẢN XUẤT, SỬ DỤNG SẢN PHẨM BIẾN ĐỔI GENE VÀ ĐẠO ĐỨC SINH HỌC:

- Sinh vật biến đổi gene và sản phẩm của chúng có nhiều lợi ích nhưng cũng tồn tại nhiều nguy cơ đối với con người và môi trường.

- Cần tuân thủ đạo đức sinh học trong nghiên cứu, sản xuất và sử dụng sinh vật biến đổi gene.