Giáo trình Công nghệ sinh học đại cương

CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG BM CNSH-TV 1 LIÊN HỆ Giảng Viên: Th.S Ninh Thị Thảo Bộ môn CNSH Thực Vật; Khoa CNSH • Địa chỉ: Phòng 208, giảng đường B • Điện thoại: 0969344280 Email: ninhthao85@gmail.com BM CNSH-TV 2 ĐÁNH GIÁ • Điểm chuyên cần: 10% (điểm danh) • Điểm giữa kỳ: 30% (kiểm tra giữa kỳ 30’) Thi cuối kỳ: 60% (thi trắc nghiệm 45 phút) BM CNSH-TV 3 NỘI DUNG • Chương I: Lịch sử phát triển Công Nghệ Sinh Học (2 tiết) • Chương II: Các kỹ thuật nền của CNSH hiện đại (9 tiết) • Chương III: Các phương pháp và ứng dụng của CNSH thực vật (8 tiết) • Chương IV: Các phương pháp và ứng dụng của CNSH động vật, người và y sinh (8 tiết) • Chương V: Các phương pháp và ứng dụng của CNSH vi sinh vật và môi trường (3 tiết) • Chương VI. Sở hữu trí tuệ và an toàn sinh học trong CNSH (0 tiết) BM CNSH-TV 4 Tài Liệu Tham Khảo • Giáo trình CNSH nông nghiệp, Nguyễn Quang Thạch chủ biên. • Bài giảng ppt • Mạng internet BM CNSH-TV 5 Chương 1: Lịch sử phát triển Công Nghệ Sinh Học • Những khái niệm về CNSH • CNSH truyền thống, CNSH cận đại • CNSH hiện đại (CNSH phân tử) • Đối tượng, mục tiêu nghiên cứu của CNSH BM CNSH-TV 6 Các cuộc cách mạng công nghệ trên thế giới BM CNSH-TV 7 BM CNSH-TV 8 CÔNG NGHỆ SINH HỌC LÀ GÌ? BM CNSH-TV 9 Định nghĩa CNSH • 1919: Karoly Ereky: “Sản phẩm được sản xuất ra từ các nguyên liệu thô với sự giúp đỡ của các vật chất sống” • 1992, Công ước đa dạng sinh học : bất kỳ ứng dụng công nghệ sử dụng các hệ thống sinh vật, các cơ thể sống hoặc bắt nguồn từ đó để tạo mới hoặc biến đổi sản phẩm hoặc một quá trình. • Chấp nhận bởi 168 nước, + FAO + WHO BM CNSH-TV 10 DEFINITIONS BM CNSH-TV 11 Biotechnology là các công cụ Sử dụng các quá trình sinh học và phân tử Nhằm giải quyết những vấn đề hoặc tạo ra các sản phẩm có ích BM CNSH-TV 12 Biology + chemistry + engineering BM CNSH-TV 13 Sơ lược lịch sử phát triển BM CNSH-TV 14 Một số mốc quan trọng trong sự phát triển của CNSH CNSH truyền thống (CNSH Thế hệ 1) (từ 1750 BC) • Thuần hóa cây trồng, vật nuôi • Các sản phẩm lên men (sữa chua, phomat, • Sản xuất rượu, bia (Saccaromyces cerevisieae; Actinomyces, Leuconostoc) BM CNSH-TV 15 CNSH cận đại(CNSH Thế hệ 2)(từ 1863) • Chọn tạo giống cây trồng, vật nuôi • Sản xuất vaxcin, kháng thể, kháng sinh • Công nghệ tế bào: nhân giống cây trồng, vật nuôi BM CNSH-TV 16 CNSH hiện đại (CNSH Thế hệ 3)(từ 1972) • Genetic engineering • Recomninant DNA technology • Gene technology • Modern biotechnology BM CNSH-TV 17 Một số mốc phát triển của CNSH Biotechnology Timeline 8000-4000 B.C.E. Loài người thuần hóa cây trồng, vật nuôi Khoai tây được trồng lần đầu tiên làm thực phẩm BM CNSH-TV 18 2000 B.C.E. Biotechnology được sử dụng trong làm bánh mỳ, lên men bia sử dụng nấm men (Egypt). Sản xuất cheese, lên men rượu(Sumeria, China, Egypt). BM CNSH-TV 19 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 500 B.C.E. Chất kháng sinh đầu tiên: đậu phụ được dùng để trị ung nhọt (China). BM CNSH-TV 20 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 100 B.C.E. Thuốc diệt côn trùng đầu tiên: bột hoa cúc (China) BM CNSH-TV 21 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH • Sinh học kính hiển vi bắt đầu năm 1665 • Robert Hooke (1635-1703) phát hiện sinh vật được cấu tạo từ các tế bào (1965). • Matthias Schleiden (1804- 1881) and Theodor Schwann (1810-1882); Rudolf Virchow với các nghiên cứu về tế bào những năm 1830s • Robert Hooke • Theodor Schwann • Matthias Schleiden Rudolf Virchow CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1830-1833 1830 Phát hiện Proteins 1833 Phát hiện và Phân lập enzyme BM CNSH-TV 23 Model of a 5-peptide protein. CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH Miasma Theory 1857 Louis Pasteur; vi khuẩn là nguyên nhân gây ra sự lên men. Sau đó ông đã thực hiện thí nghiệm chứng minh “germ theory of disease”. BM CNSH-TV 24 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1859 Charles Darwin xuất bản “theory of evolution by natural selection”. BM CNSH-TV 25 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH • 1865: Gregor Mendel phát hiện các qui luật di truyền cơ bản ở cây đậu. • 1869: Johann Friedrich Miescher phát hiện DNA và đặt tên là nuclein. Mendel: The Father of Genetics Johann Miescher CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1941- 1 gene-enzyme, Beadle & Tatum CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1944- DNA là vật chất di truyền ( Avery, Mcleod& McCarty) CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1953- cấu trúc của DNA; Watson, Crick, Franklin, Wilkins 1955 Frederick Sanger phát hiện trình tự amino acid của insulin . 1982 Insulin được sản xuất nhờ biến đổi di truyền vi sinh vật. BM CNSH-TV 30 3D model of insulin CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1958 ● DNA được tổng hợp nhân tạo trong ống nghiệm lần đầu tiên ● Phát hiện hồng cầu Lưỡi liềm do đột biến 1 amino acid. BM CNSH-TV 31 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1966 Phát hiện mã di truyền của DNA Three scientists shared the 1968 Nobel Prize in Physiology or Medicine for the discovery. BM CNSH-TV 32 Marshall Nirenberg Robert Holley Har Gobind Khorana CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1971 ● Hoàn tất tổng hợp gen nhân tạo. ● Phát hiện restriction enzymes, mở đường cho kỹ thuật tách và nhân dòng gen. BM CNSH-TV 33 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1973 Stanley Cohen and Herbert Boyer hoàn thiện kỹ thuật di truyền sử dụng RE để cắt và nối DNA . (1977 sees the first expression of a human gene in bacteria.) BM CNSH-TV 34 Stanley Cohen Herbert Boyer and a recombinant bacterium Cohen won a Nobel Prize in 1986 for an unrelated discovery! CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1975 Georges Kohler and Cesar Milstein Sản xuất kháng thể đơn dòng They shared the 1984 Nobel Prize in Physiology or Medicine with Neils Jerne. BM CNSH-TV 35 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1981 Động vật chuyển gen đầu tiên (mice). Bản quyền được cấp lần đầu tiên cho vi khuẩn biến đổi gen có khả năng phân giải dầu thô . BM CNSH-TV 36 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1983 Phát minh kỹ thuật PCR để nhân bản DNA . Kary Mullis, who was born in Lenoir, N.C., wins the 1993 Nobel Prize in Chemistry for the discovery. He became interested in science as a child when he received a chemistry set for Christmas. BM CNSH-TV 37 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1986 Vacxin tái tổ hợp đầu tiên đuợc dùng cho người : hepatitis B. Sản xuất interferon dùng trong trị bệnh ung thư. BM CNSH-TV 38 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1987 Thử nghiệm đồng ruộng cây cà chua kháng virus 1994 Cà chua biến đổi gen được bán tại Mỹ lần đầu tiên BM CNSH-TV 39 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1990 The Human Genome Project — nỗ lực quốc tế để lập bản đồ toàn bộ gen người được khởi động . 2002 Công bố bản nháp đầu tiên BM CNSH-TV 40 Francis Collins, M.D., Ph.D. Director, Human Genome Project CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1997 Nhân bản vô tính thành công cừu Dolly từ tế bào trưởng thành. BM CNSH-TV 41 Dolly (1996-2003) as an adult Dolly and her surrogate mother CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 1998 Dòng tế bào gốc phôi người được thiết lập . BM CNSH-TV 42 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 2003 The SARS (severe acute respiratory syndrome) virus được đọc trình tự 3 tuần sau khi được phát hiện . BM CNSH-TV 43 SARS, which began in China, spreads quickly — and spreads fear throughout the Far East and the world. The last reported cases occurred in 2004 and resulted from laboratory-acquired infections. CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 2004 Nhân bản vô tính mèo thành công . She is called CopyCat (or Cc for short). BM CNSH-TV 44 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH 2006 Vaxcin tái tổ hợp chống lại human papillomavirus (HPV) được đưa vào sử dụng. The virus causes genital warts and can cause cervical cancer. BM CNSH-TV 45 CÁC MỐC PHÁT TRIỂN CHÍNH Sự phát triển của cây CNSH BM CNSH-TV 46 BM CNSH-TV 47 Sự phát triển của cây CNSH Đối tượng, mục tiêu nghiên cứu của CNSH BM CNSH-TV 48 Phân loại Công nghệ sinh học Xét về các tác nhân sinh học tham gia vào quá trình CNSH: •CNSH thực vật (Plant Biotechnology) •CNSH động vật (Animal Biotechnology) •CNSH vi sinh vật (Microbial Biotechnology) •CNSH enzyme hay công nghệ enzyme (Enzyme Biotechnology) BM CNSH-TV 49 Dựa trên các đối tượng phục vụ: • CNSH nông nghiệp • CNSH y tế • CNSH môi trường • CNSH năng lượng • CNSH vật liệu • CNSH chế biến thực phẩm • CNSH hoá học... Phân loại Công nghệ sinh học BM CNSH-TV 50 C¸c lÜnh vùc cña c«ng nghÖ sinh häc trong nông nghiệp BM CNSH-TV 51 Các ứng dụng của CNSHNN BM CNSH-TV 52 Tại sao cần đến CNSH ??? • An ninh lương thực: • Tăng năng suất, sản lượng với diện tích đang bị giảm • Tăng chất lượng thực phẩm • Tăng tính cạnh tranh trong bối cảnh kinh tế toàn cầu BM CNSH-TV 53 CNSH có thể mang lại những lợi ích gì? • Sản lượng được tăng lên $$$$$$ • Lãi nhiều hơn/ đơn vị đầu tư $$$$$$ • Giảm thuốc trừ sâu • Các lợi ích xã hội: sức khỏe, thời gian, giá thực phẩm BM CNSH-TV 54 Economy Social acceptability Ecology Sustainability Tính bền vững BM CNSH-TV 55