Giáo trình sinh học biến đổi gen

Chương 1: Các vector sử dụng trong công nghệ chuyển gen ở động vật và thực vật

• Định nghĩa và Đặc tính của Vector: Vector là các phân tử DNA mang DNA ngoại lai, có khả năng tự tái bản trong tế bào chủ. Chúng cần đủ lớn để mang DNA ngoại lai, chứa các trình tự kiểm soát (khởi điểm tái bản, promoter) và các gen chọn lọc.
• Các Bước trong Tạo Dòng Phân Tử: Gồm nối vector với DNA ngoại lai, biến nạp DNA tái tổ hợp vào tế bào chủ, chọn lọc thể biến nạp và tách dòng DNA tái tổ hợp.
• Vector Sử dụng để Chuyển Gen ở Động vật:
  • Vector thẳng tối thiểu: Sử dụng các đoạn genome chứa gen, ít nhạy với hiệu quả câm của trình tự prokaryote.
  • Vector chứa trình tự lặp lại: Tăng tần số hợp nhất nhờ các trình tự lặp lại cao trong genome chủ (ví dụ: trình tự Alu ở chuột).
  • Vector transposon: Đoạn DNA có khả năng tự tái bản và xen vào vị trí mới trong nhiễm sắc thể. Có tiềm năng cao để hợp nhất gen ngoại lai vào genome.
  • Vector retrovirus: Virus RNA, sau khi xâm nhiễm sẽ sao chép ngược thành DNA sợi kép và hợp nhất vào genome tế bào chủ. Các vector này được thiết kế để không có khả năng tái bản, an toàn sinh học và được ứng dụng rộng rãi trong liệu pháp gen và tạo động vật chuyển gen.
  • Vector episome: DNA ngoại lai được truyền ổn định cho thế hệ sau nhưng tần số hợp nhất thấp. Các vector episome phổ biến là plasmid, cosmid, phage, BAC và YAC. Chúng thường không hoạt động hiệu quả ở eukaryote bậc cao.
  • Vector Adenovirus: Virus không vỏ, chứa genome DNA sợi kép. Không hợp nhất vào genome vật chủ mà tồn tại như các yếu tố episome. An toàn, hiệu quả trong việc xâm nhiễm tế bào phân chia và không phân chia.
• Vector Thay thế gen và Sắp xếp lại gen đích: Sử dụng tái tổ hợp tương đồng để hợp nhất hoặc thay thế chính xác một vùng genome. Các hệ thống như Cre-LoxP và Flp-FRT cho phép kiểm soát sự tái tổ hợp gen.
• Vector Sử dụng để Chuyển Gen ở Thực vật:
  • Sử dụng Agrobacterium: Agrobacterium tumefaciens và A. rhizogenes gây bệnh khối u và lông rễ ở thực vật. Chúng chuyển T-DNA (từ Ti-plasmid hoặc Ri-plasmid) vào tế bào thực vật và hợp nhất vào genome. Các vector từ Agrobacterium được thiết kế để không gây ung thư, có hai loại chính:
    • Cis vector (vector liên hợp): Gen gây độc và T-DNA nằm trên cùng một plasmid.
    • Trans vector (vector nhị thể): Gen gây độc và T-DNA nằm trên hai plasmid khác nhau.

Chương 2: Các phương pháp chuyển gen

• DEAE-dextran: Phương pháp hóa học sử dụng polycation để đưa DNA vào tế bào động vật nuôi cấy. Hiệu quả biểu hiện nhất thời.
• Kỹ thuật Calcium Phosphate: Ủ tế bào với các chất đồng kết tủa DNA và calcium phosphat. Phổ biến, đơn giản, ít tốn kém, nhưng hiệu quả biến nạp và mức độ biểu hiện gen thấp.
• Chuyển gen qua Liposome: Sử dụng túi phospholipid nhân tạo (liposome) mang DNA tích điện âm. Hiệu quả chuyển gen cao đối với tế bào nuôi cấy, không hợp nhất vào genome chủ, an toàn sinh học.
• Phương pháp Vi tiêm: Tiêm trực tiếp DNA vào nhân tế bào phôi hoặc tế bào nguyên vẹn. Hiệu quả cao đối với động vật có vú và được sử dụng rộng rãi, nhưng đòi hỏi kỹ thuật tinh vi và tỉ mỉ.

Tóm lại, tài liệu cung cấp kiến thức nền tảng về các công cụ (vector) và kỹ thuật được dùng để đưa gen mong muốn vào tế bào động vật và thực vật, mở ra nhiều ứng dụng trong sinh học biến đổi gen, liệu pháp gen và tạo ra các sinh vật chuyển gen.