SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 139
Baixar para ler offline
2
LêI NãI §ÇU
Sau sù kiÖn träng ®¹i - th¸ng 6 n¨m 2000 khi tr×nh tù ph¸c th¶o bé gen ng­êi ®· ®­îc c«ng bè
, tÊt c¶ mäi ng­êi trªn hµnh tinh ®Òu chê ®îi mét ngµy nµo ®ã con ng­êi cã thÓ trÞ ®­îc c¸c
bÖnh nan y vµ ngµy ®ã ®· ®Õn . HiÖn nay ng­ßi ta cã thÓ chÈn ®o¸n vµ ®iÒu trÞ ®­îc c¸c bÖnh
b»ng c«ng nghÖ DNA . Sù xuÊt hiÖn cña ®Çu dß DNA cïng víi PCR ®· gi¶i quyÕt ®­îc nhiÒu
vÊn ®Ò bøc thiÕt cña Y häc , ch¼ng h¹n nh­ thay v× ph¶i chê ®îi hµng tuÇn lÔ ®Ó cã mét xÐt
nghiÖm vÒ vi khuÈn lao th× nay c«ng viÖc ®ã chØ mÊt vµi giê thËm chÝ cã thÓ sím h¬n n÷a .
§iÒu nµy gióp Ých cho c¸c bÖnh nh©n ®­îc ®iÒu trÞ sím h¬n vµ tr¸nh ®­îc sù l©y lan trong
céng ®ång . Víi ph­¬ng ph¸p ch÷a bÖnh b»ng gen hay gäi v¾n t¾t lµ gen trÞ liÖu ®· ch÷a
®­îc nhiÒu bÖnh di truyÒn nh­ bÖnh x¬ nang , bÖnh ®au c¬ Duchenne , bÖnh
Huntington , Héi chøng gÉy nhiÔm s¾c thÓ X , U nguyªn bµo vâng m¹c , bÖnh
Alzheimer , bÖnh x¬ cøng teo c¬ cét bªn , bÖnh tiÓu ®­êng , bÖnh ung th­ v.v..
Trong t­¬ng lai c¸c bÖnh nh­ Cholesterol cao cã tÝnh chÊt gia ®×nh, c¸c bÖnh vÒ gan
, bÖnh Lesh- Nyhan , bÖnh Gaucher vµ bÖnh ­a ch¶y m¸u còng sÏ ®­îc xö lý b»ng
gen trÞ liÖu .
Míi ®©y nhãm nghiªn cøu t¹i Tr­êng §¹i häc California , Los Angles ®· sö dông liposom
®­îc bao bëi polyethylen glycol (PEG) ®Ó ®­a vµo tËn c¸c tÕ bµo n·o . ViÖc chuyÓn gen vµo
n·o lµ mét thµnh c«ng rÊt cã ý nghÜa , nã t¹o tiÒm n¨ng cho viÖc trÞ c¸c bÖnh Parkinson
(New Scientist . Com-March 20, 2003)
§iÒu mµ mäi ng­êi ®ang chê ®îi nhÊt cã lÏ lµ c¸c bÖnh ung th­ vµ c¨n bÖnh thÕ kû HIV-
AIDS . Cho tíi th¬× ®iÓm nµy nhiÒu bÖnh ung th­ ®· ®­îc trÞ b»ng gen trÞ liÖu vµ ®· ®em l¹i
nh÷ng kÕt qu¶ kh¶ quan . Víi bÖnh AIDS , ng­êi ta còng thu ®­îc nh÷ng kÕt qu¶ rÊt khÝch lÖ .
Ch¼ng nh÷ng thÕ c¸c thÕ hÖ vac xin AIDS ®ang ®­îc thö nghiÖm , ch¾c chóng ta ai còng chê
®îi c¸i gi©y phót mµ vac xin AIDS sÏ thµnh c«ng nh­ c¸c lo¹i vac xin Viªm gan B , vac
xin Cóm hay mét lo¹i vac xin hiÖn ®¹i nµo ®ã ®ang ®­îc l­u hµnh .
Cuèn s¸ch nµy dµnh cho c¸c b¸c sÜ l©m sµng , nh÷ng ng­êi ®ang ngµy ®ªm theo dâi c¸c c¨n
bÖnh ë tõng bÖnh nh©n , lóc nµo hä còng chê ®îi mét ph­¬ng ph¸p h÷u hiÖu nhÊt ®Ó cøu sèng
ng­êi bÖnh . Tuy vËy , s¸ch còng gióp Ých cho tÊt c¶ nh÷ng ai quan t©m tíi Gen trÞ liÖu
mét ph­¬ng phÊp ch÷a bÖnh míi hiÖn ®ai vµ ®Çy tiÒm n¨ng . S¸ch còng giíi thiÖu
c¸c d­îc phÈm ®­îc bµo chÕ theo kiÓu C«ng nghÖ DNA . Ph©n tö Antisene lµ mét chÕ
phÈm thuèc hoµn toµn míi chøa ®ùng nhiÒu tiÒm n¨ng ®¸ng ®­îc quan t©m . §©y kh«ng chØ
®¬n thuÇn lµ vÊn ®Ò khoa häc mµ cßn lµ mét lÜnh vùc kinh tÕ hÊp dÉn mµ c¸c nhµ ho¹ch ®Þnh
chÝnh s¸ch cÇn quan t©m v× lîi nhuËn thu ®­îc tõ c«ng nghÖ gen lµ khæng lå .
S¸ch còng ®Ò cËp tíi viÖc lµm trong s¹ch m«i tr­êng , ph¸ vì chu kú dÞch bÖnh cña c¸c c«n
trïng vµ c¸c t¸c nh©n g©y bÖnh nguy hiÓm kh¸c v.v..
PhÇn cuèi cña cuèn s¸ch chóng t«i cã ®Ò cËp tíi mét sè lÜnh vùc míi trong c«ng nghÖ DNA
nh­ Tin -Sinh häc . Sù xuÊt hiÖn cña tin sinh häc lµm chóng ta an t©m r»ng , mÆc dï ta cßn
nghÌo , trang thiÕt bÞ thiÕu thèn , nh­ng chóng ta vÉn cã thÓ b¾t tay ngay vµo lÜnh vùc gen trÞ
liÖu ®Ó ch÷a trÞ bÖnh cho c¸c bÖnh nh©n . §iÒu ®ã thËt dÔ hiÓu , v× thêi ®¹i ngµy nay tÊt c¶
mäi c«ng viÖc ®Òu mang tÝnh chÊt toµn cÇu , c«ng nghÖ DNA nãi chung hay Gen trÞ liÖu nãi
riªng còng kh«ng ngoµi quy luËt Êy .
Víi lßng mong mái chuyÓn t¶i c¸c th«ng tin cËp nhËt nhÊt trong lÜnh vùc gen trÞ liÖu tíi tÊt c¶
c¸c b¹n ®äc , mÆc dï ®· cè g¾ng rÊt nhiÒu nh­ng ch¾c ch¾n kh«ng tr¸nh khái c¸c thiÕu sãt ,
mong b¹n ®äc l­îng thø .
Nh©n ®©y , chóng t«i xin chan thµnh c¸m ¬n Gi¸o s­ §µo §×nh §øc , nguyªn Phã ViÖn
Tr­ëng ViÖn Y häc l©m sµng nhiÖt ®íi ®· ®äc b¶n th¶o vµ ®ãng gãp nhiÒu ý kiÕn bæ Ých ®Ó hoµn
thiÖn cuèn s¸ch . Chóng t«i còng ch©n thµnh c¸m ¬n Nhµ xuÊt b¶n Y häc ®· t¹o mäi ®iÒu
kiÖn thuËn lîi ®Ó cuèn s¸ch sím tíi tay ®äc gi¶ .
T¸c gi¶ xin ch©n thµnh c¸m ¬n nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp x©y dùng ®Ó cuèn s¸ch ngµy cµng ®­îc
hoµn chØnh h¬n . Hµ néi th¸ng 7 n¨m 2005.
T¸c gi¶
3
Môc lôc
Lêi nãi ®Çu
Môc lôc
Ch­¬ng I : Nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ gen trÞ liÖu
1.1.S¬ l­îc vÒ gen trÞ liÖu
1.2.Kh¸i niÖm vÒ phÐp ch÷a bÖnh b»ng gen
1.3.C¬ chÕ cña gen trÞ liÖu
1.4.C¸c lo¹i gen trÞ liÖu
1.5. Nh÷ng bÖnh cã thÓ sö dông ®­îc gen trÞ liÖu
1.5.1.§iÒu trÞ c¸c bÖnh di truyÒn
1.5.1.1.C¸c bÖnh di truyÒn g©y nªn bëi c¸c locut gen ®¬n
1.5.1.2.C¸c bÖnh do rèi lo¹n di truyÒn c¸c locut ®a gen
1.5.2. §iÒu trÞ c¸c bÖnh do nhiÔm trïng
Ch­¬ng II : Nguyªn lý c¬ b¶n cña gen trÞ liÖu
2.1.Nguyªn lý cña gen trÞ liÖu
2.1.1.C¸c tÕ bµo chñ
2.1.1.1.NhiÔm s¾c thÓ cña vi khuÈn
2.1.1.2.Virut
2.1.2.C¸c Enzym giíi h¹n
2.1.3. Ligaza
2.1.4.Plasmid
2.2. C¸c thÝ nghiÖm vÒ DNA t¸i tæ hîp
2.3. Nh÷ng bµn c·i vÒ tÝnh an toµn trong gen trÞ liÖu
2.4. T­¬ng lai cña c«ng nghÖ DNA t¸i tæ hîp
2.5. Nh÷ng tiÕn bé ®¸ng kÓ trong GTL hiÖn nay
Ch­¬ng III : c¸c ph­¬ng ph¸p cña c«ng nghÖ DNA
3.1. Thu thËp gen
3.2. Sù lùa chän c¸c Vec t¬
3.3. Sù lùa chän c¸c tÕ bµo chñ
3.4. Sù biÓu hiÖn cña gen
3.5. TËp hîp c¸c s¶n phÈm cña gen
3.6. Th­ viÖn gen
3.6.1.ThiÕt lËp mét th­ viÖn gen
3.6.2.Sµng läc th­ viÖn gen
3.6.3. Th­ viÖn cDNA
Ch­¬ng IV : Ph©n tÝch vµ chÈn ®o¸n b»ng DNA
4.1. Më ®Çu
4.2. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch DNA
4.2.1. §Çu dß DNA
4.2.2.Ph¶n øng tæng hîp chuçi (PCR)
4.2.3. KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu
4.2.4. Ph©n tÝch RFLP
4.3. ChÈn ®o¸n c¸c bÖnh truyÒn nhiÔm
4.3.1. ChÈn ®o¸n Héi chøng thiÕu hôt miÔn dÞch m¾c ph¶i
4.3.2. ChÈn ®o¸n bÖnh Lao
4.3.3. ChÈn ®o¸n bÖnh Lyme
4.3.4. ChÈn ®o¸n bÖnh u nhó vµ c¸c bÖnh kh¸c
4.4. Ph¸t hiÖn c¸c bÖnh do di truyÒn
4.4.1. BÖnh x¬ nang
4.4.2.BÖnh ®au c¬ Duchenne
4.4.3.BÖnh Huntington
4.4.4. Héi chøng gÉy nhiÔm s¾c thÓ X
4.4.5. U nguyªn bµo vâng m¹c
4.4.6. BÖnh Alzheimer
4.4.7. BÖnh s¬ cøng teo c¬ cét bªn
4.4.8. BÖnh tiÓu ®­êng
4.4.9. BÖnh ung th­
4.4.10. Ng©n hµng gen
4.5. øng dông gen trÞ liÖu trong l©m sµng
4.5.1. §iÒu trÞ bÖnh thiÕu hôt miÔn dich tæ hîp trÇm träng (SCID)
4
4.5.2. Gen trÞ liÖu trong chèng ung th­
4.5.3. Nh÷ng nç lùc hiÖn t¹i vµ t­¬ng lai
4.5.3.1.Thay thÕ gen khiÕm khuyÕt trong bÖnh x¬ nang
4.5.3.2. BÖnh Cholesterol cao cã tÝnh chÊt gia ®×nh
4.5.3.3. GTL víi c¸c tÕ bµo gan
4.5.3.4. GTL trong Héi chøng thiÕu hôt miÔn dÞch m¾c ph¶i
4.5.3.6. BÖnh Lesh-Nyhan
4.5.3.7. BÖnh Gaucher vµ bÖnh ­a ch¶y m¸u
4.6. B¶o hiÓm an toµn trong gen tril liÖu
Ch­¬ng V : C¸c D­îc phÈm chÕ t¹o theo c«ng nghÖ DNA
5.1. më ®Çu
5.2.Thay thÕ c¸c protein ng­êi
5.2.1. Insulin
5.2.2. Hormon sinh tr­ëng cña ng­êi
5.2.3. YÕu tè VIII
5.3. TrÞ liÖu trªn ng­êi
5.3.1. ChÊt ho¹t ho¸ Plasminogen cña m«
5.3.2. Interferon
5.3.3. C¸c ph©n tö Antisene
5.4.Vac xin
5.4.1. Vac xin viªm gan B
5.4.2. Vac xin AIDS
5.4.3. C¸c lo¹i vac xin kh¸c
5.5. §éng vËt chuyÓn gen vµ nh÷ng øng dông thùc tiÔn cña §VCG
5.5.1. Nh÷ng kh¸i niÖm vÒ ®éng vËt chuyÓn gen vµ nh÷ng øng dông cña chóng
5.5.2. §­a DNA vµo c¸c tÕ bµo ®éng vËt cã vó
5.5.3. T¹o c¸c ®éng vËt theo ý muèn
5.5.3.1. Chuét mang hÖ thèng miÔn dÞch cña ng­êi
5.5.3.2. Chuét mang ung th­
5.5.3.3. C¸c ®éng vËt chuyÓn gen kh¸c
5.5.3.4. C¸c chÊt ph¶n øng sinh häc tõ ®éng vËt
5.5.3.5. Hemoglobin ng­êi tõ lîn
5.5.3.6. C¸c s¶n phÈm kh¸c cña ®éng vËt chuyÓn gen
5.5.4.c¸c chÊt thay thÕ m«i tr­êng
Ch­¬ng VI : Dù ¸n bé gen ng­êi
6.1 ý nghÜa Y sinh häc
6.2. Dù ¸n bé gen ng­êi cã nhiÒu môc ®Ých
6.3.Tr×nh tù ph¸c th¶o cña bé gen ng­êi ®· ®­îc th«ng b¸o th¸ng 6 n¨m 2000.
6.4.Hai nhãm sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau
6.5. ViÖc x¸c ®Þnh tr×nh tù bé gen ng­êi ®· ®em l¹i Ých lîi cho c¸c ph¸t hiÖn míi
6.6. HÇu hÕt bé gen ng­êi ®· ®­îc x¸c ®Þnh tr×nh tù
6.7. §· x¸c ®Þnh ®­îc r»ng bé gen ng­êi m· cho kho¶ng 30.000-40.000 protein
6.8. ChØ cã 1,1% ®Õn 1,5% bé gen ng­êi dïng ®Ó m· cho protein
6.9. CÊu tróc cña c¸c nhiÔm s¾c thÓ ng­êi thay ®æi rÊt lín
6.10. C¸c gen cña ng­êi ho¹t ®éng nhiÒu h¬n c¸c gen cña c¸c tæ chøc ®¬n gi¶n h¬n .
6.11. HÖ protein ng­êi phøc t¹p h¬n ®éng vËt cã x­¬ng sèng
6.12. C¸c tr×nh tù lÆp chiÕm trªn 50% bé gen ng­êi
6.13. Nh÷ng ph¸t hiÖn kh¸c ®¸ng quan t©m
6.14 .LËp kÕ ho¹ch cho nh÷ng c«ng viÖc tiÕp theo vÒ bé gen ng­êi vµ c¸c tæ chøc kh¸c
6.15 Nh÷ng liªn quan tíi hÖ protein , c«ng nghÖ sinh häc vµ tin sinh häc
6.16. Nh÷ng liªn quan tíi Y häc
Gi¶i thÝch mét sè tõ chuyªn m«n
Phô lôc
Tin-Sinh häc : Kh¸i niÖm vµ øng dông
MÉu dß Axit Nucleic
Nh÷ng s¸ch tham kh¶o chÝnh
5
Ch­¬ng I
Nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ Gen trÞ liÖu
(ph­¬ng ph¸p ch÷a bÖnh b»ng gen) .
1.1.Lù¬c sö vÒ gen trÞ liÖu:
C¸i mèc lÞch sö lµ ngµy 14 th¸ng 9 n¨m 1990 khi c¸c nhµ khoa häc viÖn søc khoÎ quèc gia
Hoa kú tr×nh bµy ph­¬ng ph¸p gen trÞ liÖu (GTL) trªn mét c« bÐ 4 tuæi tªn lµ Ashanti Desiva
.Khi míi sinh ra em ®· m¾c mét bÖnh di truyÒn hiÕm gÆp - bÖnh thiÕu hôt miÔn dÞch tæ hîp
trÇm träng (severe combined immune deficiency –SCID) ,v× em bÞ tæn th­¬ng hÖ miÔn dÞch
ngay tõ ph«i thai . TrÎ em m¾c chøng bÖnh nµy th­êng ph¸t triÓn rÇm ré c¸c bÖnh nhiÔm trïng
vµ hiÕm khi tån t¹i tíi tuæi tr­ëng thµnh . Mét bÖnh th«ng th­êng nh­ bÖnh thuû ®Ëu còng cã
thÓ ®e do¹ tÝnh m¹ng , v× thÕ Ashanti ph¶i giam m×nh trong mét phßng kÝn , tr¸nh tiÕp sóc víi
mäi ng­êi trõ nh÷ng ng­êi trong gia ®×nh . Em ®­îc gi÷ trong m«i Tr­êng v« trïng vµ ph¶i
dïng mét l­îng lín kh¸ng sinh ®Ó chèng träi l¹i c¸c bÖnh th«ng th­êng .
H×nh 1.1. .¶nh 2 bÖnh nh©n ®Çu tiªn ®­îc ®iÒu trÞ bÖnh b»ng gen . C« g¸i phÝa bªn tr¸i lµ
Cynthia cßn phÝa bªn ph¶i lµ Ashanti. C¶ hai c« g¸i nµy ®Òu cã cuéc sèng b×nh th­êng do ®·
nhËn ®­îc c¸c tÕ bµo biÕn ®æi gen ®Ó ®Èy lui bÖnh do thiÕu hôt ADA vµo cuèi 1990 vµ ®Çu
1991 . TÊm ¶nh ¶nh nµy xuÊt hiÖn trªn t¹p chÝ Time vµo gi÷a 1993.
Trong tiÕn tr×nh gen trÞ liÖu , c¸c b¸c sÜ ph¶i rót hÕt b¹ch cÇu ra khái c¬ thÓ Ashanti , råi ®Ó c¸c
tÕ bµo nµy ph¸t triÓn ë phßng thÝ nghiÖm vµ ®­a c¸c gen ®· bÞ mÊt vµo . C¸c tÕ bµo ®· ®­îc söa
®æi di truyÒn sÏ ®­îc thÊm nhËp qua m¹ch m¸u bÖnh nh©n . §iÒu thËt vui mõng lµ c¸c test
phßng thÝ nghiÖm (labor) cho thÊy hÖ thèng miÔn dÞch cña Ashanti sau khi ®­îc trÞ liÖu ®· kh¸
h¼n lªn , em kh«ng cßn bÞ c¶m cóm th­êng xuyªn n÷a vµ ®­îc phÐp tíi Tr­êng råi ®­îc tiªm
chñng c¶ vacxin ho gµ n÷a .
Sau Ashanti lµ Cynthia 9 tuæi còng m¾c bÖnh suy gi¶m miÔn dÞch tæ hîp trÇm träng còng ®­îc
cøu ch÷a b¨ng GTL vaß cuèi 1990 ®Çu 1991.
Tuy nhiªn, víi GTL th× kh«ng thÓ chÜ xö lý mét lÇn v× c¸c b¹ch cÇu ®· d­îc xö lý di truyÒn chØ
cã thÓ ho¹t ®éng ®­îc trong vßng vµi th¸ng nªn liÖu tr×nh ph¶i lËp ®i lËp l¹i nhiÒu lÇn .
Còng cÇn ph¶i nhÊn m¹nh r»ng ,tuy ®· ®¹t ®­îc mét sè thµnh tùu trong GTL, nh­ng nh÷ng g×
mµ ta thu ®­îc vÉn cßn rÊt bÐ nhá so víi sù l¹c quan trong mét c©u chuyÖn dµi.
N¨m 1999 vÊp ph¶i mét khã kh¨n v« cïng lín víi sù cè Jesse Gelsinger 18 tuæi bÞ chÕt khi
tham gia GTL v× bÖnh di truyÒn do thiÕu hôt enzym Ornithin Transcarboxylaza (OTCD) .Jesse
bÞ chÕt sau 4 ngµy trÞ liÖu v× cã sù ®¸p øng miÔn dÞch m·nh liÖt víi vËt mang Adenovirut dÉn
®Õn c¬ thÓ bÞ huû ho¹i nghiªm träng .
Mét sù kiÖn träng ®¹i n÷a lµ th¸ng 1 n¨m 2003 , FDA ra lÖnh t¹m dõng tÊt c¶ c¸c GTL cã sö
dông vec t¬ Retrovirut trong c¸c tÕ bµo nguån cña m¸u. Së dÜ cã sù cè nµy lµ do sau khi mét
em bÐ ng­êi Ph¸p khi xö lý b»ng GTL l¹i ph¸t bÖnh gièng nh­ bÖnh b¹ch cÇu (Leukemia) .
§iÒu ®¸ng nãi lµ c¶ 2 em bÐ ®Òu ph¸t bÖnh gièng nhau khi dïng GTL ®iÒu trÞ thµnh c«ng bÖnh
6
thiÕu hôt miÔn dÞch tæ hîp nghiªm träng SCID hay cßn gäi lµ héi chøng “Bubble Baby” vµo
th¸ng 8 n¨m 2003.
Còng v× lý do nµy nªn Uû ban cè vÊn sinh häc cña FDA còng bµn luËn vÒ kh¶ n¨ng cã thÓ ®Þnh
l­îng sè gen trÞ liÖu cã sö dông Retrovirut ®Ó ®¶m b¶o sù an toµn cho GTL.
Con ®­êng ®i tíi sù phª chuÈn ®Ó thùc hiÖn mét qui tr×nh GTL gÆp biÕt bao khã kh¨n trë ng¹i
v× cßn rÊt nhiÒu vÊn ®Ò cÇn tranh c·i. KhÝa c¹nh Sinh häc cña GTL rÊt phøc t¹p vµ nhiÒu kü
thuËt cßn ph¶i ph¸t triÓn thªm còng nh­ c¸c bÖnh cÇn ph¶i ®­îc hiÓu ®Çy ®ñ h¬n n÷a tr­íc khi
muèn øng dông phÐp trÞ bÖnh b»ng gen .
ViÖc tranh c·i c«ng khai xung quanh vÊn ®Ò liÖu cã nªn sö dông nh÷ng chÊt liÖu (material) do
c«ng nghÖ gen cho con ng­êi hay kh«ng th× qu¶ lµ qu¸ phøc t¹p .Tham gia tranh luËn vÒ vÊn ®Ò
nµy cã ®ñ c¸c chuyªn gia ë nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau nh­ Sinh häc , Qu¶n lý nhµ n­íc, Y häc ,
TriÕt häc , ChÝnh trÞ vµ T«n gi¸o v.v.. Mçi lÜnh vùc nh×n nhËn mét kh¸c v× thÕ cã rÊt nhiÒu vÊn
®Ò cÇn ph¶i tranh luËn .
MÆc dï gÆp nhiÒu trë ng¹i , nh­ng GTL vÉn cã nh÷ng b­íc tiªn ®¸ng ghi nhËn . ChØ tÝnh ®Õn
cuèi 1994 ®· cã h¬n 500 bÖnh nh©n ®­îc ®iÒu trÞ b¨ng GTL víi nhiÒu lo¹i bÖnh kh¸c nhau ,
trong ®ã sè ng­êi bÞ ung th­ ®­îc ®iÒu trÞ víi liÖu ph¸p nµy chiÕm tíi 69% ( n¨m 2001) , bÖnh
HIV-AIDS 11,8%.
Cho tíi nay sè bÖnh ®­îc ®iÒu trÞ b»ng GTL ngµy cµng nhiÒu , ngoµi c¸c bÖnh ung th­, SCID,
hµng lo¹t bÖnh kh¸c còng ®· sö dông GTL nh­ x¬ nang, thiÕu m¸u do hång cÇu h×nh l­ìi liÒm,
bÖnh l·o ho¸ sím , bÖnh m¸u khã ®«ng, bÖnh thiÕu hôt trÇm träng enzym OTG ( do mét gen
trªn NST giíi tÝnh X ), bÖnh Huntington ( ch÷a b»ng antisens RNA) (New scientist .Com-
march 13.2003) . Kü thuËt t¹o ra c¸c Liposom cã kÝch th­íc siªu nhá (kho¶ng 25 nm) dÔ dµng
mang c¸c gen qua lç mµng nh©n , hoÆc sö dông vec t¬ Liposom ®­îc bao bëi mét líp vá
polyethylen glycol –PEG ®­a c¸c gen vµo tÕ bµo n·o ®Ó ch÷a c¸c bÖnh Parkinson.v.v..(New
Scientist .Com –May 12-2002)
1.2.Kh¸i niÖm vÒ phÐp ch÷a bÖnh b»ng gen:
Gen lµ ®¬n vÞ c¬ së cña th«ng tin di truyÒn .ThuËt ng÷ gen dïng nh­ mét ®o¹n cña th«ng tin di
truyÒn ®­îc phiªn m· sang mét RNA ®¬n lÎ vµ tiÕp ®ã th«ng tin tõ ph©n tö nµy ®­îc dÞch m·
sang mét protein nhÊt ®Þnh .
Gen n»m trªn c¸c nhiÔm s¾c thÓ (NST) (vÞ trÝ trªn NST n¬i mét gen cô thÓ ®Þnh vÞ gäi lµ locut
cña gen ®ã) . ë c¸c sinh vËt l­ìng béi , c¸c NST s¾p xÕp thµnh c¸c cÆp t­¬ng ®ång t¹i c¸c vÞ trÝ
t­¬ng øng tån t¹i c¸c d¹ng kh¸c nhau cña cïng mét gen gäi lµ ALEN.
CÊu tróc cña mét gen bao gåm 3 vïng chÝnh : Vïng ®iÒu khiÓn , vïng mang m· di truyÒn vµ
vïng kÕt thóc . Vïng ®iÒu khiÓn cã mét sè tr×nh tù ®Æc hiÖu ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña gen.
Vïng mang m· chøa c¸c th«ng tin dØ truyÒn , ®­îc phiªn m· sang RNA th«ng tin (mRNA) .
Gen cÊu tróc cã thÓ ®­îc dÞch m· t¹o nªn c¸c s¶n phÈm lµ protein . Vïng kÕt thóc mang c¸c
tr×nh tù ph©n biÖt gi÷a c¸c gen vµ c¸c tr×nh tù kÕt thóc qu¸ tr×nh phiªn m· . CÊu tróc cña gen
cßn bao gåm mét sè cÊu tróc ®Æc thï n»m ë tr­íc,sau hoÆc trong gen nh­ c¸c tr×nh tù ®iÒu hoµ,
vïng t¨ng c­êng , vïng bÊt ho¹t (silencer) , vïng ®Öm (spacer).
S¶n phÈm cña gen lµ protein mang nh÷ng chøc n¨ng quan träng nhÊt cña sù sèng vµ t¹o nªn cÊu
tróc cña c¸c tÕ bµo . Khi gen bÞ biÕn ®æi th× c¸c protein ®­îc m· ho¸ bëi c¸c gen ®ã kh«ng cã
kh¶ n¨ng thùc hiÖn nh÷ng chøc n¨ng th«ng th­êng cña chóng - ®ã lµ nguyªn nh©n cña c¸c bÖnh
di truyÒn .
PhÐp ch÷a bÖnh b»ng gen hay cßn gäi lµ gen trÞ liÖu –gen liÖu ph¸p v.v.. lµ mét kü thuËt nh»m
chuÈn x¸c l¹i c¸c gen bÞ khiÕm khuyÕt (lµ nguyªn nh©n ph¸t sinh ra bÖnh ). C¸c nhµ nghiªn cøu
®­a ra mét sè ph­¬ng ph¸p ®Ó chuÈn x¸c l¹i c¸c gen lçi nh­ sau :
*§­a mét gen ho¹t ®éng b×nh th­êng vµo mét vÞ trÝ kh«ng ®Æc hiÖu trongbé gen (genome) ®Ó
thay thÕ c¸c gen kh«ng cßn chøc n¨ng . §©y lµ c¸ch phæ biÕn nhÊt .
*Mét gen dÞ th­êng cã thÓ ®­îc ®æi b»ng mét gen b×nh th­êng th«ng qua t¸i tæ hîp t­¬ng ®ång
.
*Mét gen dÞ th­êng cã thÓ ®­îc söa ch÷a th«ng qua ®ét biÕn chän läc ng­îc (selective reserse
mutation) ®Ó chuyÓn gen trë l¹i chøc n¨ng b×nh th­êng cña nã .
*§iÒu hoµ mét gen ®Æc biÖt nµo ®ã ®· bÞ biÕn ®æi (møc ®é ®ãng, më gen).
* §­a mét gen b×nh th­êng vµo tÕ bµo ho¹t ®éng ®ång thêi víi c¸c gen g©y bÖnh ®Ó h¹n chÕ t¸c
®éng cña gen g©y bÖnh hoÆc hç trî cho c¸c gen bÞ h­ háng ,
*§­a mét gen bÊt ho¹t vµo tÕ bµo thay thÕ cho mét gen b×nh th­êng nµo ®ã nh»m h¹n chÕ c¸c
s¶n phÈm kh«ng cÇn thiÕt cña gen lµnh nh»m t¹o mét tr¹ng th¸i míi cho tÕ bµo.
1.3. C¬ chÕ cña Gen trÞ liÖu:
Trong hÇu hÕt c¸c nghiªn cøu vÒ gen trÞ liÖu , mét gen “b×nh th­¬ng” ®uîc ®­a vµo bé
gen(genome) ®Ó thay thÐ mét gen “kh«ng b×nh th­êng”-gen g©y bÖnh .Ph©n tö chuyªn chë
“Carrier” ®­îc gäi lµ Vec t¬ lµm nhiÖm vô chuyÓn gen trÞ liÖu tíi c¸c tÕ bµo ®Ých cña bÖnh nh©n
. HiÖn nay, Vec t¬ th«ng th­êng lµ c¸c Virut ®· ®­îc biÕn ®æi gen mang DNA cña ng­êi khoÎ
m¹nh . Virut ph¸t triÓn dÇn dÇn vµ c¸c gen cña chóng ®­îc chuyÓn tíi c¸c tÕ bµo ng­êi ®·
7
nhiÔm bÖnh . Ng­êi ta cè g¾ng t¹o ra c¸c lîi thÕ cña kh¶ n¨ng nµy vµ vËn dông genome virut ®Ó
lo¹i bá c¸c gen g©y bÖnh vµ ®­a c¸c gen trÞ liÖu vµo c¬ thÓ ng­êi bÖnh .
C¸c tÕ bµo ®Ých cña bÖnh nh©n (ch¼ng h¹n nh­ c¸c tÕ bµo gan hoÆc phæi ) sÏ bÞ nhiÔm víi c¸c
vec t¬ virut . C¸c vec t¬ sau ®ã l¹i “bèc dì”c¸c vËt liÖu di truyÒn cña nã cã chøa c¸c gen trÞ liÖu
vµo c¸c tÕ bµo ®Ých. Sù sinh s«i n¶y në cña c¸c protein “cã chøc n¨ng”®­îc t¹o ra tõ c¸c gen trÞ
liÖu sÏ hoµn tr¶ tr¹ng th¸i b×nh th­êng cña tÕ bµo ®Ých .
1.4.C¸c lo¹i gen trÞ liÖu :
VÒ mÆt lý thuyÕt cña GTL , ng­êi ta ph©n biÖt gi÷a GTL ®èi víi tÕ bµo Soma vµ GTL
®èi víi c¸c tÕ bµo mÇm (germ) lµm nhiÖm vô sinh s¶n .
DÜ nhiªn chØ cã c¸c tÕ bµo mÇm th× míi cã thÓ mang c¸c gen truyÒn tõ thÕ hÖ nµy sang thÕ hÖ
kh¸c
Xung quanh vÊn ®Ò nµy cã nhiÒu ý kiÕn kh¸c nhau:
Mét sè ng­êi ph¶n ®èi bÊt kú mét thao t¸c nµo cña GTL cho dï lµ cã ý ®Þnh tèt (VII , Rifkin
1983) .
Mét sè kh¸c th× ®ång ý TLG ®­îc dïng cho c¸c tÕ bµo soma nh­ng l¹i do dù ®èi víi c¸c tÕ bµo
mÇm v× ch­a nh×n tr­íc ®­îc c¸c hËu qu¶ ®èi víi c¸c thÕ hÖ t­¬ng lai .
Cßn mét sè kh¸c l¹i cho r»ng ®é an toµn còng nh­ sù ®iÒu hoµ trong GTL còng cÇn ph¶i uèn
n¾n th­êng xuyªn theo n¨m th¸ng vµ ph¶i ®­îc sù chÊp thuËn cña lu©n lý .
LiÖu ph¸p gen Soma (Somatic Gene Therapy) lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu trÞ thay hoÆc s­a ch÷a
c¸c gen háng, gen g©y bÖnh cña c¸c tÕ bµo soma trong c¬ thÓ bÖnh nh©n.
LiÖu ph¸p gen soma cã thÓ sö dông mét sè lo¹i tÕ bµo nh­ lympho(lymphocyte),nguyªn bµo
sîi(Fibroblast),tÕ bµo gèc (stem cells), tÕ bµo m¸u(hematocyte), tÕ bµo biÓu b×(keratinocyte)...
LiÖu ph¸p nµy ®· ®­îc ¸p dông víi mét sè lín bÖnh nh©n m¾c c¸c bÖnh hiÓm nghÌo nh­ ung
th­ ,thiÕu hôt miÔn dÞch tæ hîp trÇm träng (SCID) , thiÕu m¸u do hång cÇu h×nh l­ìi liÒm, x¬
nang v.v..
LiÖu ph¸p gen tÕ bµo mÇm (Germline Gene Therapy) lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu trÞ , söa ch÷a
hay thay thÕ c¸c gen háng cho giao tö (tinh trïng hoÆc tÕ bµo trøng) ®­a c¸c tÕ bµo mÇm trë l¹i
tr¹ng th¸i sinh lý b×nh th­êng . TLG tÕ bµo mÇm cã thÓ theo 2 c¸ch :
a.§iÒu trÞ c¸c ph«i ë giai ®o¹n ®Çu (pre embryo) cã c¸c khuyÕt tËt di truyÒn nghiªm träng.
b.§iÒu trÞ c¸c tÕ bµo mÇm (tinh trïng hay tÕ bµo trøng ) cña nh÷ng ng­êi cã khuyÕt tËt vÒ mÆt
di truyÒn mµ nh÷ng khuyÕt tËt nµy cã thÓ truyÒn l¹i cho c¸c thÕ hÖ sau . C¸ch tiÕp cËn nµy ®ßi
hái sù thµnh th¹o vÒ kü thuËt . Tuy nhiªn, vÊn ®Ò nµy cßn nhiÒu tranh c·i chñ yÕu v× lý do ®¹o
®øc vµ cã sù liªn quan tíi viÖc nh©n b¶n ng­êi .
1.5.Nh÷ng bÖnh cã thÓ sö dông ®­îc GTL.
HiÖn nay nh÷ng bÖnh nµo cã thÓ øng dông ®­îc ph­¬ng ph¸p ch÷a bÖnh b»ng gen ? §©y lµ mét
c©u hái mµ nhiÒu ng­êi quan t©m . Chóng ta nhí l¹i r»ng cuèi n¨m 1993 GTL ®· ®­îc sö dông
cho c¸c bªnh thiÕu hôt miÔn dÞch tæ hîp nghiªm träng ,bÖn¾utng Cholesterol cã tÝnh chÊt gia
®×nh,bÖnh nang x¬ vµ bÖnh Gaucher. Cho tíi nay phÇn lín c¸c protocol ®­îc ¸p dông cho c¸c
bÖnh ung th­ vµ mét sè Ýt h­íng tíi bÖnh AIDS . Còng cã mét sè bÖnh ®­îc bµn luËn ®Ó sö
dông GTL nh­ bÖnh Parkinson vµ bÖnh Alzheimer, bÖnh viªm khíp , c¸c bÖnh vÒ tim (VII,
Wolff 1993).
Dù ¸n bé gen ng­êi ®ang nç lùc x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña tÊt c¶ c¸c gen trong bé gen ng­i¬× , sau ®ã
tiÕp tôc x¸c ®Þnh c¸c gen g©y bÖnh di truyÒn . Còng trong dù ¸n nµy Eve Nichols ®· ®­a ra c¸c
tiªu chuÈn lùa chän c¸c bÖnh sö dông GTL nh­ sau :
1.C¸c bÖnh nÆng ®ang ®e do¹ sù sèng mµ kh«ng cã c¸ch cøu ch÷a
2.Ph¶i x¸c ®Þnh râ rµng c¸c tæ chøc, m« vµ c¸c tÕ bµo bÞ nhÔm bÖnh .
3.B¶n sao b×nh th­êng cña c¸c gen khuyÕt tËt ph¶i ®­îc ph©n lËp vµ t¸ch dßng .
4.C¸c gen b×nh th­êng cã thÓ ®­îc ®­a vµo tõng bé phËn nhá cña tÕ bµo m« bÞ bÖnh. HoÆc khi
®­a mét gen vµo mét m« ®Ých nh­ tuû x­¬ng ch¼ng h¹n th× nã sÏ lµm thay ®æi qu¸ tr×nh diÔn
tiÕn ë c¸c m« bÞ bÖnh .
5. Gen cã thÓ ®­îc chuyÓn tíi mét vÞ trÝ thÝch hîp khi ®ã nã sÏ chØ ®¹o viÖc tæng hîp mét l­îng
protein cã chøc n¨ng b×nh th­êng ®Ó t¹o nªn mét sù kh¸c biÖt ®Æc biÖt.
6.C¸c kü thuËt ®­îc ¸p dông ph¶i ®­îc x¸c nhËn lµ an toµn ( III,Nichols 1988,p.18)
Cho tíi nay GTL cã thÓ ®­îc øng dông trong c¸c bÖnh cô thÓ nh­ sau :
1.5.1.§iÒu trÞ c¸c bÖnh di truyÒn ( inherited disorders) .
1.5.1.1.Víi c¸c bÖnh di truyÒn g©y nªn bëi c¸c locut gen ®¬n (monogenic).
Nh÷ng bÖnh nµy th­êng g©y tö vong ë giai ®o¹n sím vµ ®Ó l¹i c¸c di chøng cho c¸c thÕ hÖ sau.
Møc ®é di truyÒn lµ 100% . Mét sè bÖnh ®iÓn h×nh lµ :
-ThiÕu hôt miÔn dÞch tæ hîp trÇm träng (SCID)
-ThiÕu m¸u do hång cÇu h×nh l­ìi liÒm (Sickle cell anemia)
-BÖnh ­a ch¶y m¸u (Hemophilia)
8
-BÖnh x¬ nang (cystic fibrosis) vµ viªm phæi cÊp.
-BÖnh Parkinson
-BÖnh Gaucher.
-BÖnh rèi lo¹n m·n tÝnh chøc n¨ng tæ chøc h¹t (chronic granulomatoses disease)
1.5.1.2. C¸c bÖnh do rèi lo¹n di truyÒn c¸c locut ®a gen (polygenic)
§©y lµ nhãm bÖnh g©y bëi nhiÒu gen thuéc c¸c locut kh¸c nhau . Tuú theo møc ®é h­ háng
hoÆc mÊt chøc n¨ng gen cña mét hay nhiÒu gen (alelle) mµ møc ®é biÓu hiÖn bÖnh cã kh¸c
nhau . Nh÷ng bÖnh nµy chØ di truyÒn l¹i cho thÕ hÖ sau d­íi 100%.Cã thÓ kÓ qua c¸c bÖnh sau
®©y:
-BÖnh tim bÈm sinh (Congenital Heart disease)
-Ung th­
-BÖnh tiÓu ®­êng (Diabetes)
-BÖnh nghiÖn r­îu (Alcoholism)
-BÖnh t©m thÇn ph©n liÖt (Schizophrenia)
-BÖnh cã hµnh vi ph¹m téi (Criminal behavior)
1.5.2.§iÒu trÞ c¸c bÖnh do nhiÔm trïng :
GTL ®· ®¹t hiÖu qu¶ cao trong viÖc ®iÒu trÞ c¸c bÖnh nhiÔm trïng do vi khuÈn vµ virut nh­ ung
th­ gan, lao , HIV-AIDS ,viªm gan B ... Trong t­¬ng lai kh¶ n¨ng GTL sÏ ®iÒu trÞ ®­îc nhiÒu
bÖnh truyÒn nhiÔm víi hiÖu qu¶ vµ chÊt l­îng cao , cøu sèng ®­îc nhiÒu ng­êi bÖnh .
PhÐp ch÷a bÖnh b»ng gen lµ mét ph­¬ng ph¸p míi ,cã hiÖu qu¶ cao nh­ng hiÖn nay vÉn bÞ h¹n
chÕ v× nã qu¸ phøc t¹p, tèn kÐm vµ b¾t buéc ®ßi hái ph­¬ng tiÖn kü thuËt hiÖn ®¹i. ChÝnh v× vËy
cho tíi nay ph­¬ng ph¸p nµy chØ míi giíi h¹n trong c¸c bÖnh hiÓm nghÌo vµ chØ cã c¸c n­íc
ph¸t triÓn víi tiÒm lùc kinh tÕ cao míi cã ®iÒu kiÖn ¸p dông. DÜ nhiªn cßn nhiÒu vÊn ®Ò kh¸c
n÷a nh­ hÖ sè an toµn vµ nh÷ng hËu qu¶ ngoµi ý muèn cña gen trÞ liÖu ...còng lµm cho ng­êi ta
thËn träng h¬n khi sö dông kü thuËt nµy .
Víi c¸c n­íc ®ang ph¸t triÓn th× gen trÞ liÖu míi chØ giíi h¹n ë nh÷ng thùc nghiÖm, ch­a cã
chiÕn l­îc ph¸t triÓm rÇm ré .N­íc ta còng vËy, liÖu ph¸p gen cßn rÊt xa l¹ víi c¸c thÇy thuèc ,
chóng ta ch­a s½n sµng tiÕp nhËn mét “vò khÝ” míi hiÖn ®¹i ,hiÖu qu¶ v­ît tréi h¬n h¼n c¸c
ph­¬ng ph¸p kh¸c .§· ®Õn lóc chóng ta ph¶i ®Æt ra mét chiÕn l­îc ph¸t triÓn cã ®Þnh h­íng cô
thÓ vÒ gen trÞ liÖu , v× nã cã nhiÒu lîi thÕ v­ît tréi vµ ch¾c ch¾n sÏ mang l¹i h¹nh phóc cho tÊt
c¶ mäi ng­êi .
9
Ch­¬ng II
Nguyªn lý c¬ b¶n cña Gen trÞ liÖu
2.1. Nguyªn lý cña gen trÞ liÖu
GTL lµ ®­a mét gen míi (cßn gäi lµ gen liÖu ph¸p) vµo trong tÕ bµo ng­êi lµm cho nã g¾n ®óng
vµo vÞ trÝ cÇn söa ch÷a cña bé gen vµ ho¹t ®éng mét c¸ch b×nh th­êng trong tÕ bµo .C¸c gen trÞ
liÖu nµy t¹o ®­îc c¸c s¶n phÈm cã kh¶ n¨ng h¹n chÕ hoÆc k×m h·m sù t¸c ®éng cña c¸c gen
háng , do ®ã lµm gi¶m c¸c biÓu hiÖn cña bÖnh .§©y chÝnh lµ kü thuËt di truyÒn (genetic
engineering) hay cßn gäi lµ thao t¸c gen (gene manipulation) hay t¸ch dßng gen (gene cloning),
c«ng nghÖ DNA t¸i tæ hîp (recombitant DNA technology) , s÷a ®æi di truyÒn (genetic
modification) hoÆc cßn gäi lµ di truyÒn häc míi (new genetics).
MÆc dï nhiÒu kü thuËt ®a d¹ng vµ phøc t¹p ®­îc sö dông nh­ng c¸c nguyªn lý cña kü thuËt di
truyÒn kh¸ ®¬n gi¶n . C¬ së cña c«ng nghÖ nµy lµ th«ng tin di truyÒn m· ho¸ trong DNA tån t¹i
ë d¹ng c¸c gen . C¸c th«ng tin nµy cã thÓ söa ®æi theo nhiÒu c¸ch kh¸c nhau ®Ó ®¹t tíi nh÷ng
môc ®Ých nhÊt ®Þnh trong nghiªn cøu c¬ b¶n còng nh­ øng dông trong y sinh häc . §iÓm mÊu
chèt cña kü thuËt di truyÒn lµ t¸ch chiÕt mét ®o¹n DNA riªng biÖt tõ hÖ gen ( ®ã lµ b¶n chÊt
cña t¸ch dßng gen ). Víi GTL qu¸ tr×nh nµy bao gåm 4 b­íc sau ®©y :
1.T¸ch dßng gen trÞ liÖu (t¹o ra c¸c ®o¹n DNA).
2. Chän vec t¬ chuyÓn gen phï hîp víi gen trÞ liÖu vµ nèi chóng l¹i víi nhau .
3. T¹o c¸c vec t¬ t¸i tæ hîp vµ ®­a c¸c vec t¬ mang gen trÞ liÖu vµo tÕ bµo chñ vµ nh©n lªn .
4. Chän läc c¸c tr×nh tù (sequence) quan t©m ,theo dâi sù ho¹t ®éng vµ nh÷ng biÓu hiÖn cña
gen trÞ liÖu.
Chóng ta h·y l­ít qua ®«i nÐt vÒ
c¬ së sinh häc cña c«ng nghÖ DNA .
2.1.1.C¸c tÕ bµo chñ (organnisms) :
C«ng nghÖ DNA míi ®· t¹o dùng ®­îc kh¶ n¨ng nghiªn cøu trªn vi khuÈn vµ virut (H×nh 2.1.)
H×nh 2.1.Vi khuÈn phôc vô con ng­êi. ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö mét mÉu Pseudomonas. Anad
Chakrabarty ®· sö dông Pseudomonas biÕn ®æi gen s¶n xuÊt ra c¸c enzym ph©n huû dÇu vµ
lµm s¹ch m«i tr­êng.
Nh÷ng sinh vËt nµy cã thÓ nu«i cÊy ®­îc mét c¸ch dÔ dµng vµ viÖc kh¶o s¸t Ho¸ sinh còng
®­îc thùc hiªn mét c¸ch dÔ dµng trong èng nghiÖm.Vi khuÈn ®­îc dïng phæ th«ng nhÊt trong
10
c«ng nghÖ DNA lµ Escherichia Coli.ViÖc sö dung réng r·i ®Çu dß vi khuÈn lµ mét biÕn cè lÞch
sö .Nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu trªn nh÷ng sinh vËt nµy qua hµng mÊy thËp kû ®· cho phÐp
c¸c nhµ sinh häc hiÓu râ h¬n vª mÆt Ho¸ sinh, h×nh th¸i, sinh lý,vµ di truyÒn häc cña chóng h¬n
bÊt cø sinh vËt nµo kh¸c (kÓ c¶ con ng­êi) v× chóng dÔ dµng ®­îc nu«i cÊy vµ kh«ng ph¶i lµ
yÕu tè g©y bÖnh cho con ng­êi . E. Coli ®· trë thµnh con ngùa thå cho c¸c thÝ nghiÖm trong
c«ng nghÖ DNA .
2.1.1.1.NhiÔm s¾c thÓ cña vi khuÈn ®Æc biÖt thÝch hîp cho c¸c thÝ nghiÖm DNA bëi v×
nã chØ thuÇn cã DNA , cßn ë c¸c tÕ bµo nh©n chuÈn nh­ c¸c tÕ bµo ®éng vËt th× phøc t¹p h¬n v×
NST cã chøa nhiÒu protein g¾n chÆt vµo DNA . H¬n n÷a , NST cña vi khuÈn lµ hoµn toµn ®¬n lÎ
nªn nã cã thÓ tù biÓu hiÖn ®­îc mµ kh«ng bÞ lÊn ¸t bëi NST thø hai . Ng­îc l¹i NST cña c¸c tÕ
bµo nh©n chuÈn l¹i lµ cÆp ®«i vµ th­êng mét trong sè ®ã lµ tréi . Thªm n÷a lµ NST cña vi
khuÈn th­êng n»m tù do trong tÕ bµo chÊt v× thÕ nghiªn cøu nã dÔ dµng h¬n . Trong khi ®ã
NST cña c¸c tÕ bµo nh©n chuÈn th× l¹i cã mµng nh©n bao quanh nh©n nªn c«ng viÖc kh¶o s¸t
gÆp nhiÒu khã kh¨n h¬n . Mét lý do kh¸c n÷a lµ m· di truyÒn cña c¸c sinh vËt nµy lµ rÊt phæ
th«ng nªn vi khuÈn cã thÓ biÓu hiÖn DNA ngo¹i lai tõ bÊt kú c¬ thÓ nµo dï dµi ®Õn mÊy nÕu
nh­ ®· g¾n ®­îc vµo DNA cña vi khuÈn . Trªn thùc tÕ, mét gen ngo¹i lai khi ®· g¾n vµo NST
cña vi khuÈn th× nã sÏ ®­îc sao chÐp vµ phiªn m· chÜnh x¸c gièng y nh­ DNA vi khuÈn mÑ.
2.1.1.2.Virut : C¸c virut th­êng ®­îc dïng trong c¸c thÝ nghiÖm c«ng nghÖ DNA . Nh÷ng
h¹t siªu vi nµy bao gåm Ýt hoÆc nhiÒu ®o¹n RNA hoÆc DNA ®­îc bao trong mét c¸i ¸o protein
vµ tuú thuéc vµo tõng lo¹i virut mµ cã lo¹i cßn cã c¶ mét líp lipid bao quanh. Virut sao chÐp
mét c¸ch ®¬n ®éc trong c¸c tÕ bµo sèng. ë ®ã chóng lét bá phÇn vá protein cña m×nh vµ sö
dông cç m¸y ph©n tö cña tÕ bµo ®Ó t¹o nªn c¸c virut míi .Virut DNA hay RNA ho¹t ®éng nh­
mét gen vµ chØ ®¹o sù tæng hîp c¸c h¹t virut míi . Khi ®ã c¸c virut RNA hay DNA t¸c ®éng
nh­ mét RNA th«ng tin cung cÊp c¸c m· (Codon) cho c¸c protein enzym vµ c¸c thµnh phÇn
cÊu tróc cña virut .
§«i khi virut kh«ng tù sao chÐp tøc kh¾c mµ nã l¹i g¾n vµo NST cña tÕ bµo chñ vµ trë thµnh
mét bé phËn cña bé gen tÕ bµo . DNA cña Herpesvirus ch¼ng h¹n , nã cã thÓ héi nhËp vµo bé
gen cña tÕ bµo thÇn kinh vµ ë l¹i ®ã nhiÒu n¨m g©y nªn sù x©m nhiÔm tuÇn hoµn herpes .Còng
t­¬ng tù nh­ vËy, virut g©y héi chøng thiÕu hôt miÔn dich trªn ng­êi HIV chóng lét bá ¸o trªn
tÕ bµo råi RNA cña chóng ho¹t ®éng nh­ mét c¸i khu«n tæng hîp DNA. DNA nµy tù cµi vµo
genome cña tÕ bµo chñ. Nh­ vËy, tÕ bµo ®· trë thµnh vËt mang virut DNA vµ bÞ bÖnh HIV.
Kh¶ n¨ng virut cµi ®­îc vµo bé gen cña tÕ bµo chñ ®· lµm c¸c nhµ c«ng nghÖ DNA chó ý , hä
nh×n nhËn nã nh­ lµ mét c¸ch ®Ó mang gen vµo trong tÕ bµo .
Nh÷ng nghiªn cøu ë nh÷ng n¨m 1950 còng chøng minh r»ng t¸i tæ hîp gen còng cã thÓ x¶y ra
gi÷a c¸c vi khuÈn vµ virut.
C¸c thÝ nghiÖm cña Griffith víi vi khuÈn vµo n¨m 1928 ®· lµm râ sù t¸i tæ hîp gen vµ dÉn tíi
sù ph¸t hiÖn cña Avery vÒ DNA lµ mét ph©n tö cã liªn quan trong t¸i tæ hîp. Còng trong
nh÷ng n¨m 1950 , c¸c nhµ vi khuÈn häc ®· ph¸t hiÖn ra c¸c vËt chÊt di truyÒn tõ c¸c m¶nh vì vi
khuÈn cã thÓ ®­a ®uîc vµo c¸c vi khuÈn sèng , ®ã lµ mét hiÖn t­îng tù nhiªn . HiÖn t­îng nµy
chÝnh lµ sù biÕn n¹p (transforrmation). MÆc dï sù biÕn n¹p chØ x¶y ra víi tû lÖ Ýt h¬n 1% trong
mét quÇn thÓ vi khuÈn , nh­ng ®iÒu nµy ®· dÉn ®Õn nh÷ng thay ®æi s©u s¾c trong di truyÒn häc .
Trong sù biÕn n¹p, mét sè vi khuÈn cho (donnor) bÞ vì ra vµ DNA cña chóng ®­îc lé ra thµnh
c¸c m¶nh . Khi cã mét vi khuÈn nhËn (recipient) th× mét ®o¹n DNA chuçi kÐp chøa kho¶ng 10-
20 gen cã thÓ ®i qua v¸ch vµ mµng tÕ bµo cña chóng . Mét enzym lµm hoµ tan mét chuçi cña
DNA vµ chuçi cßn l¹i th× ®æi chç cho ®o¹n DNA chuçi ®¬n trong NST vi khuÈn nhËn . C¸c gen
ngo¹i lai nµy sau ®ã tù biÓu lé trong qu¸ tr×nh tæng hîp protein ®Ó hoµn tÊt sù biÕn n¹p.
D­íi c¸c ®iÒu kiÖn tù nhiªn, sù biÕn n¹p x¶y ra ë nh÷ng c¬ thÕ cã DNA t­¬ng tù .Mét trong sè
c¸c hÖ qu¶ cã thÓ lµ lµm t¨ng tÝnh g©y bÖnh cho c¬ thÓ nhËn (trong thÝ nghiÖm Griffith’s
pneumococci) . Mét hÖ qu¶ kh¸c cã thÓ lµ ph¸t triÓn tÝnh kh¸ng thuèc . §iÒu ®ã , cã thÓ gi¶i
thÝch ®­îc mét sè vi khuÈn ®· kh¸ng thuèc trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y nh­ thÕ nµo .
11
H×nh 2.2. CÊu tróc cña c¸c Virut (a) Virut thùc vËt (virut kh¶m cñ c¶i ®á). (b) Virut kh¶m
thuèc l¸ .(c) Bacteriophage .
TiÕp tôc nh÷ng nghiªn cøu trong nh÷ng n¨m 1950 ng­êi ta ®· chØ râ r»ng vi khuÈn còng cã
thÓ ®­îc t¸i tæ hîp bëi qu¸ tr×nh liªn hîp (conjugation) .
12
H×nh 2.3, C¬ chÕ trong ®ã mét Retrovirut nh­ HIV cã liªn quan víi tÕ bµo vËt chñ . Acid
Nucleic cña Retrovirut lµ RNA.Enzymphiªn m· ng­îc tæng hîp mét ph©n tö DNA chuèi kÐp
th¼ng (ds DNA), sau ®ã hîp nhÊt víi vµo bé gen tÕ bµo chñ nh­ mét Provirut. ë nh÷ng thêi
®iÓm sau ®ã (giê, ngµy , tuÇn hoÆc dµi h¬n nòa) RNA polymeraza tõ vËt chñ sÏ sao chÐp
provirut thµnh d¹ng genome RNA cña Retrovirut .Khi ®ãng gãi víi protein th× genome nµy t¹o
nªn mét bé c¸c Virut míi ra khái tÕ bµo nµy ®Ó g©y nhiÔm c¸c tÕ bµo míi vµ tiÕp tôc chu
tr×nh.
Sù ph¸t hiÖn cña Joshua Lederberg, Francois Jacob vµ Elie Wollman ®· cã ¶nh h­ëng
s©u s¾c tíi viÖc nghiªn cøu . Trong khi liªn hîp 2 vi khuÈn , mét cho vµ mét nhËn tiÕn l¹i gÇn
nhau vµ nèi víi nhau bëi mét cÇu bµo chÊt (cytoplasmic) . Sau ®ã DNA chuçi ®¬n tõ vi khuÈn
cho ®i qua cÇu bµo chÊt ®Ó tíi vi khuÈn nhËn .
H×nh 2.4. BiÕn n¹p trong tÕ bµo vi khuÈn .(a) Mét ®o¹n DNA gi¶i phãng tõ mét tÕ bµo cho ®·
chÕt .(b)§o¹n DNA ®i vµo c¸c tÕ bµo nhËn ®ang sèng. (c)Mét chuçi bÞ hoµ tan vµ (d) chuçi
cßn l¹i thÕ mét ®o¹n cña chuçi trong NST tÕ bµo nhËn vµ biÕn n¹p tÕ bµo nµy. BiÕn n¹p ®­îc
nghiªn cøu s©u tõ nh÷ng n¨m 1950 vµ ®· ®­îc chøng minh nh÷ng ®iÒu x¶y ra trong phßng thÝ
nghiÖm vµo nh÷ng n¨m 1970.
ë ®©y nã cã thÓ hîp nhÊt víi NST vi khuÈn nhËn (rÊt hiÕm) , hoÆc cã thÓ tån t¹i ë tÕ bµo chÊt
d­íi d¹ng mét vßng DNA di ®éng tù do (xem phÇn Plasmid).
Nh÷ng gen míi thu nhËn tõ vi khuÈn cho sau nµy tù nã biÓu hiÖn (H×nh 2.5.)
13
H×nh 2.5. Sù hîp nhÊt trong vi khuÈn. Hai tÕ bµo Escherichia Coli nèi víi nhau qua cÇu t­¬ng
bµo .Nh÷ng tÕ bµo phÝa bªn ph¶i cã l«ng trªn bÒ mÆt ®ã lµ c¸c tÕ bµo cho . C¸c tÕ bµo phÝa
bªn tr¸i lµ c¸c tÕ nhËn .Sù hîp nhÊt t¹o thuËn lîi cho viÖc vËn chuyÓn c¸c chÊt liÖu di truyÒn tõ
tÕ bµo nµy sang tÕ bµo kh¸c .§ã lµ mét ph­¬ng ph¸p mµ vi khuÈn thu ®­îc c¸c gen cho phÐp
nã kh¸ng l¹i nhiÒu lo¹i thuèc .
Sù liªn hîp nh­ ®· m« t¶ x¶y ra gi÷a c¸c tÕ bµo tõ c¸c loµi kh¸c nhau cña vi khuÈn , ch¼ng
h¹n nh­ gi÷a Salmonella vµ Shigella .(ng­îc l¹i, sù biÕn n¹p chØ x¶y ra gi÷a c¸c tÕ bµo cã
bé gen gièng nhau). Nh­ v©y, sù liªn hîp cã thÓ coi nh­ viÖc ®­a mét gen vµo c¸c vi khuÈn
kh«ng cã quan hÖ di truyÒn vµ coi nh­ ®ã lµ sù t¸i tæ hîp cña c¸c mÉu ph©n kú (divergent)
réng.
D¹ng thø ba cña t¸i tæ hîp ®­îc ph¸t hiÖn vµo nh÷ng n¨m 1950 lµ cña Joshua Ledeberg
vµ Norton Zinder. Nh÷ng nhµ nghiªn cøu nµy ®· ph¸t hiÖn ra r»ng virut cã thÓ truyÒn DNA
cho c¸c tÕ bµo vi khuÈn vµ t¸i tæ hîp cã hiÖu qu¶ c¸c tÕ bµo nµy . Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ sù
chuyÓn n¹p (transduction).
Trong chuyÓn n¹p , mét virut lµ bacteriophage (®¬n gi¶n gäi lµ phage) chui vµo mét tÕ bµo vi
khuÈn vµ trao ®æi DNA cña nã víi NST vi khuÈn .Råi c¸c virut nµy cã thÓ ®­îc th¸o gì khái
NST vi khuÈn , nh­ vËy nã cã thÓ mang theo mét ®o¹n nhá DNA cña vi khuÈn . Khi virut sao
chÐp nã tù t¸i b¶n DNA cña chÝnh nã còng nh­ DNA vi khuÈn vµ ®ãng gãi DNA vµo trong c¸c
phage míi .Vµ khi virut chui nµo trong mét vi khuÈn míi nã sÏ tù g¾n vµo NST vi khuÈn vµ
mang theo DNA cña vi khuÈn
®· ®­îc g¾n tõ tr­íc . Nh­ vËy vi khuÈn míi nµy ®· ®­îc t¸i tæ hîp , hay cßn gäi lµ sù chuyÓn
n¹p (transduction).
ChuyÓn n¹p lµ mét sù kiÖn Ýt x¶y ra ë c¸c tÕ bµo vi khuÈn , khã t×m ®­îc c¸c vÝ dô . Tuy nhiªn,
tiÒm n¨ng cña chuyÓn n¹p th× rÊt to lín bëi v× nhiÒu virut cã thÓ trao ®æi trong c¸c tÕ bµo vËt
chñ khi phage chuyÓn n¹p .Ch¼ng h¹n nh­ Bacillus diphteria lµ nh÷ng bÕn c¶ng cho
bacteriophage m· ho¸ cho viÖc t¹o ra c¸c ®éc tè cña chÝnh sinh vËt nµy . Salmonnella g©y
nhiÔm trïng thùc phÈm còng ®­îc hiÓu lµ vËt vËn chuyÓn bacteriophage . §èi víi ng­êi th× c¸c
herpesvirus cã thÓ tån t¹i trong c¸c tÕ bµo thÇn kinh nh­ ®· ®Ò cËp ë trªn .Virut g©y thuû
®Ëu, virut g©y nhiÔm mononucleosis vµ HIV lµ c¸c virut ®· ®­îc nghiªn cøu kü l­ìng , nã cã
thÓ cµi a xit nucleic cña chóng vµo trong c¸c tÕ bµo cña ng­êi.
14
H×nh 2.6. ¶nh qua hiÓn vi ®iÖn tö cña mét Bacteriophage vµ vi khuÈn chñ cña nã- E.Coli
.NhiÒu Bacteriophage cã thÓ g¾n vµo bÒ mÆt tÕ bµo vi khuÈn . Trong h×nh phage ®ang sao chÐp
trong vi khuÈn vµ cã thÓ nh×n thÊy nhiÒu thø trong tÕ bµo chñ .
Qu¸ tr×nh biÕn n¹p, liªn hîp, vµ chuyÓn n¹p cho phÐp vi khuÈn thu ®­îc nh÷ng mÊu DNA míi
vµ duy tr× ®­îc c¸c ®Æc tÝnh di truyÒn .
Trong nh÷ng n¨m 1950 , c¸c nhµ sinh häc ph©n tö lÇn ®Çu tiªn sö dông tõ “t¸i tæ hîp-
recombined” ®Ó chØ c¸c vi khuÈn ®· biÕn ®æi gen vµ cã DNA míi .DÇn dÇn, tõ “recombinant
DNA” trë thµnh thuËt ng÷ Ho¸ sinh . Cho tíi nay, DNA t¸i tæ hîp dïng ®Ó chØ c¸c ph©n tö
DNA cã chøa c¸c thµnh phÇn DNA tù nhiªn còng nh­ mét sè DNA ngo¹i lai g¾n vÜnh viÔn vµo
ph©n tö gèc . Nh÷ng thùc nghiÖm víi vi khuÈn trong nh÷ng n¨m 1950 ®· chøng minh r»ng t¸i
tæ hîp lµ mét kh¶ n¨ng x¶y ra trong tù nhiªn . C¸c nhµ khoa häc b¾t ®Çu ®Æt ra vÊn ®Ò lµ cã thÓ
thùc hiÖn sù t¸i tæ hîp t­¬ng tù trong phßng thÝ nghiÖm kh«ng ?
2.1.2.C¸c enzym giíi h¹n:
C«ng tr×nh ®­îc quan t©m lín trong nh÷ng n¨m 1950 vÒ DNA lµ c«ng tr×nh cña Salvador
Luria cïng céng t¸c ®· cung cÊp b»ng chøng lµ E.Coli cã thÓ kh¸ng l¹i sù ph¸ huû bëi
bacteriophage . Tøc lµ nã cã thÓ”h¹n chÕ” sù sao chÐp bëi virut . N¨m 1962, Werner Arber
vµ nhãm céng t¸c ®É chøng minh r»ng cã mét hÖ thèng enzym h¹n chÕ sù sao chÐp cña virut do
nã c¾t bá DNA cña phage tr­íc khi nã tíi tÕ bµo chÊt cña vi khuÈn . Hä ®· ph©n lËp ®­îc
enzym ®ã tõ E.Coli vµ ®Æt tªn lµ endonucleaza. Enzym nµy c¾t DNA cña virut nh­ng kh«ng c¾t
DNA cña vËt chñ vi khuÈn bëi v× nã ®· cã sù c¶i biÕn tr­íc tiªn ë DNA vi khuÈn b»ng c¸ch
g¾n thªm c¸c nhãm metyl vµo DNA vi khuÈn . V× endonucleaza”h¹n chÕ” sù sao chÐp cña virut
(vµ bëi v× nã lµm khëi ®éng vÞ trÝ”h¹n chÕ” sù sao chÐp trªn ph©n tö DNA) nªn dÇn dÇn ®­îc
gäi lµ enzym c¾t giíi h¹n (restriction enzyme).
Nhãm nghiªn cøu cña Arber ®· ph¸t hiÖn ra r»ng enzym c¾t giíi h¹n cña hä Ýt cã gi¸ trÞ thùc
tiÔn trong thao t¸c DNA v× nã c¾t DNA ë nhiÒu vÞ trÝ . V× thÕ cho tíi n¨m 1970 Hamilton
Smith vµ céng t¸c l¹i ph©n lËp ®­îc mét enzym giíi h¹n míi tõ vi khuÈn Haemophilus
influenzae . Enzym nµy c¾t ph©n tö DNA ë nh÷ng ®iÓm cã thÓ ®o¸n tr­íc ®­îc v× vÞ trÝ t¸c
®éng cña nã chÝnh x¸c h¬n enzym cña Arber. Khi sö dông enzym nµy Daniel Nathan vµ
nhãm nghiªn cøu cña «ng ®· ph©n lËp ®­îc DNA tõ mét virut trªn khØ gäi lµ Simian virut 40
(hay SV40) vµ chøng minh r»ng enzym cña vi khuÈn nµy cã thÓ dïng ®Ó c¾t DNA virut ë mét
vµi vÞ trÝ nµo ®ã (H×nh 2.7.).
15
H×nh 2.7.C¸c Enzym giíi h¹n . (a) Werner Arber , Hamilton Smith vµ Daniel Nathans nhËn
gi¶i Nobel n¨m 1978 vÒ Sinh lý häc vµ y häc víi c«ng tr×nh vÒ c¸c enzym giíi h¹n . (b) Ho¹t
tÝnh cña c¸c enzym giíi h¹n (hoÆc Endonucleaza) . Enzym giíi h¹n c¸t 2 chuçi cña ph©n tö
DNA ®Ó t¹o thµnh 2 m¶nh . (c)VÞ trÝ nhËn d¹ng cña mét vµi enzym giíi h¹n. Mòi tªn chØ chøc
n¨ng cña nh÷ng enzym giíi h¹n kh¸c nhau . L­u ý r»ng ë vÞ trÝ nhËn d¹ng ®Æc biÖt tr×nh tù
nucleotit cña 2 chuçi DNA ch¹y theo h­íng ®èi nghÞch nhau . Sù ®èi xøng nµy gäi lµ ®èi xøng
quay 2 chiÒu .Còng l­u ý r»ng 2 enzym HaeIII vµ Smal t¹o ra c¸c m¶nh víi c¸c ®Çu kh«ng s¾c
(blunt) trong khi ®ã enzym EIoRIvµ HindIII t¹o nªn c¸c ®Çu ®ung ®­a . Nh÷ng ®Çu ®ung ®­a
nµy cÇn cho kü thuËt g¾n gen . Do nh÷ng c«ng tr×nh nµy mµ Arber,Smith vµ Nathan ®· ®­îc
nhËn gi¶i th­ëng Nobel vÒ sinh lý häc vµ y häc n¨m 1978.
Nhê c¸c thµnh tùu nghiªn cøu trong nhiÒu n¨m , c¸c nhµ c«ng nghÖ DNA thÊy r»ng hä cã thÓ
sö dông c¸c enzym giíi h¹n ®Ó c¾t nhá ph©n tö DNA theo ý muèn bÊt kÓ tõ nguån gèc nµo .
ThËt vËy, enzym c¾t giíi h¹n tõ vi khuÈn cã thÓ dïng ®Ó c¾t mét ph©n tö DNA ë ®iÓm X , bÊt
chÊp nã lµ DNA cña thùc vËt, ®éng vËt hay ng­êi. Ch¼ng h¹n nh­ ®èi víi mét sè c¸c virut th×
mét enzym cã thÓ c¾t ®­îc DNA cña c¸c virut kh¸c nhau ë r©t nhiÒu vÞ trÝ .Thùc tÕ lµ cã trªn
1.200 enzym c¸t giíi h¹n ®· ®­îc ph©n lËp vµ lµm tinh khiÕt tõ vi khuÈn .Enzym thuéc nhãm
16
nµy t¸c ®éng vµo nhiÒu tr×nh tù nucleotit kh¸c nhau : cã kho¶ng 75 enzym ®· trë thµnh th­¬ng
phÈm .
C¸c enzym c¾t giíi h¹n gäi tªn theo quy ­íc quèc tÕ nh­ sau: Ch÷ ®Çu tiªn viÕt ch÷ in hoa chØ
tªn chi hoÆc loµi vi khuÈn mµ tõ ®ã c¸c enzym giíi h¹n ®­îc ph©n lËp (ch÷ nghiªng)
B¶ng.2.1.
Hai ch÷ tiÕp theo viÕt ch÷ th­êng chØ gièng vi khuÈn (còng ch÷ nghiªng) , tiÕp theo lµ lµ mét
ch÷ hoa chØ chñng vi khuÈn vµ cuèi cïng lµ sè La m· chØ thø tù enzym giíi h¹n ®­îc t×m ra .
Ch¼ng h¹n nh­ c¸c enzym d­íi ®©y :
EcoRI tõ Escherichia (E)
co(co)
chñng RY13(R)
Endonucleaza thø nhÊt (I)
BamHI tõ Bacillus(B)
amyloliquifaciens(am)
chñng H(H)
endonucleaza thø nhÊt (I)
HindIII tõ Haemophilus (H)
influenzae(in)
chñng Rd(d)
endonucleaza thø III (III)
Víi mét c¬ chÕ ch­a ®­îc x¸c ®Þnh , enzym giíi h¹n quÐt trªn ph©n tö DNA vµ dõng l¹i khi nã
nhËn d¹ng ®­îc mét tr×nh tù cña 4 hay 6 nucleotit . Tr×nh tù nhËn d¹ng (recognition sequence)
nh­ tªn gäi cña nã lµ n¬i mµ ph©n tö DNA bÞ ph©n c¾t .Tr×nh tù nhËn d¹ng biÓu lé sù ®èi xøng
2 vßng , ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ c¸c nucleotit ë ®u«i tr×nh tù nµy lµ bæ cøu cho c¸c nucleotit ë mét
®Çu kh¸c (H.4.8c).
Thùc chÊt 2 chuçi cña xo¾n kÐp l¹i cã cïng mét tr×nh tù nucleotit ch¹y theo h­íng ®èi nghÞch
däc theo chiÒu dµi cña tr×nh tù . NhiÒu enzym giíi h¹n chØ c¾t ë c¸c vÞ trÝ ë phÇn ®u«i , nh­ng
17
mét sè enzym giíi h¹n kh¸c l¹i c¾t c¶ nh÷ng vÞ trÝ ë cuèi cña nh÷ng chuçi ®¬n , tøc lµ kh«ng
cè ®Þnh (h 4.8c).
Sù s¾p xÕp ®éc quyÒn nucleotit trªn 2 chuçi cã 2 t¸c dông:
1. V× tr×nh tù nhËn d¹ng lµ gièng nhau trªn c¶ 2 chuçi (mÆc dï ch¹y tr¸i chiÒu nhau), nªn
c¸c enzym giíi h¹n nhËn d¹ng vµ c¾t ®­îc ë c¶ 2 chuçi cña DNA v× thÕ nã c¾t ®­îc c¶ 2 chuçi
xo¾n kÐp .
2. Nh÷ng vÞ trÝ mµ 2 chuçi ®­îc c¾t th­êng kh«ng ph¶i lµ ®èi nghÞch trùc tiÕp v× thÕ nã cã
thÓ c¾t ®­îc mét vµi nucleotit ë c¸c ®Çu cuèi cïng .
C¬ së cña sù xª dÞch nµy lµ sù bæ cøu lÉn nhau cña c¸c nucleotit .
Mét ®iÒu quan träng cÇn nhí lµ bÊt kú mét c¾t bá nµo bëi enzym giíi h¹n ®Òu x¶y ra ë cïng
mét vÞ trÝ nhËn d¹ng bÊt kÓ nguån gèc cña DNA tõ ®©u (H×nh 2.8.)
H×nh 2.8. ThiÕt lËp mét ph©n tö DNA t¸i tæ hîp ®i tõ 2 vßng DNA xa l¹ . Enym giíi h¹n EcoRI
t¸ch DNA ë c¶ 2 vßng bëi v× mÆc dÇu chóng kh«ng cã quan hÖ víi nhau nh­ng nh÷ng vßng nµy
vÉn cã c¸c vÞ trÝ nhËn d¹ng gièng nhau . C¸c vßng b©y giê trë nªn th¼ng . T¹i ®iÓm nµy c¸c
®Çu cã thÓ nèi víi nhau ®Ó t¹o nªn ph©n tö DNA ®¬n dµi . Sù g¾n kÕt nµy ®­îc xóc t¸c bëi
DNA Ligaza . Nh÷ng sù liªn kÕt nh­ thÕ lµ c¬ së cho sù t¸i tæ hîp gen tæng hîp .
Mét ®iÒu n÷a còng rÊt quan träng ®ã lµ vÞ trÝ nhËn d¹ng cã Ýt nhÊt lµ mét trªn bÊt kú mét DNA
nµo ®Ó cho bÊt kú nguån DNA nµo còng cã thÓ sö dông ®­îc . Mçi m¶nh DNA cã c¸c nucleotit
®u ®­a (dangling) gäi lµ “®Çu dÝnh-stickly ends” lµ kÕt qu¶ cña sù t¸c ®éng bëi enzym.
Vµ bëi v× c¸c ®Çu cña chuçi ®¬n lµ bæ cøu cho nhau nªn chóng cã thÓ cÆp ®«i víi nhau hoÆc víi
c¸c ®o¹n DNA kh¸c cã ®Çu dÝnh bæ cøu. §Æc tÝnh thø hai nµy t¹o cho enzym giíi h¹n trë thµnh
mét c«ng cô v« gi¸ ®èi víi c«ng nghÖ gen –tøc lµ dï nguån gèc DNA cã thÓ lµ cña vi khuÈn,
chim, hoÆc cña c©y mao l­¬ng vµ dï dµi ®Õn mÊy ®i n÷a th× thÝ c¸c ®Çu dÝnh cña c¸c ®o¹n
DNA nµy vÉn lµ bæ cøu.
2.1.3.Ligaza :
C¸c ®o¹n DNA bæ cøu kh«ng thÓ tù liªn kÕt víi nhau . §iÒu ch¾c ch¾n lµ liªn kÕt hydro sÏ
®­îc h×nh thµnh gi÷a c¸c baz¬ bæ cøu . Nh­ng nh÷ng liªn kÕt nµy kh«ng ®ñ bÒn ®Ó kÕt nèi c¸c
®u«i nµy víi nhau mét c¸ch v« tËn ®Æc biÖt lµ trong c¸c ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é sinh lý . §Ó thùc
hiÖn viÖc g¾n l©u dµi c¸c ®Çu cuèi cña DNA th× ph¶i sö dông mét enzym , ®ã lµ DNA ligaza.
18
LÇn ®Çu tiªn ng­êi ta ph©n lËp ®­îc mét DNA ligaza tõ bacteriophage T4, nã cã thÓ g¾n c¸c
bé khung ho¸ häc cña c¸c chuçi DNA do h×nh thµnh mét liªn kÕt ho¸ häc gi÷a nhãm phot phat
5’tù do cña c¸c ®o¹n nucleotit víi ph©n tö deoxy ribozacña nucleotit kÕ tiÕp. §ã chÝnh lµ liªn
kÕt phot pho dieste (phosphodiesster bond)-mét liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ bÒn v÷ng h¬n liªn kÕt
hydro gi÷a c¸c baz¬ ni t¬ ®èi nghÞch . Liªn kÕt phot pho dieste tån t¹i ë tÊt c¶ c¸c nucleotit t¹o
nªn c¸c ph©n tö DNA míi (H×nh 2.9.)
H×nh 2.9. C¸c liªn kÕt ®Ó dÝnh c¸c ®o¹n DNA víi nhau trong ph©n tö DNA t¸i tæ hîp . Liªn kÕt
hydro lµ liªn kÕt yÕu gi÷a c¸c baz¬ bæ cøu , cßn liªn kÕt bÒn v÷ng ®­îc t¹o bëi Ligaza . Liªn
kÕt nµy nèi c¸c bé khung cña chuçi DNA .
DNA ligaza ®­îc ph©n lËp lÇn ®Çu tiªn vµo n¨m1960. Nã ch¼ng nh÷ng cã trong c¸c virut mµ
cßn cã c¶ trong c¸c tÕ bµo nh©n chuÈn vµ E.Coli. Nã nèi c¸c ®o¹n DNA víi nhau vµ tham gia
cïng c¸c enzym kh¸c trong sù tæng hîp DNA .
Enzym nµy còng gióp cho viÖc söa ch÷a DNA do nã g¾n l¹i c¸c m¶nh vì cña DNA, nhê vËy
mµ lµm håi phôc l¹i c¸c vÕt th­¬ng cña tÕ bµo . Trong c«ng nghÖ DNA nã ®ãng vai trß lµ sù
g¾n kÕt cuèi cïng trong c¸c chuçi sù kiÖn dÉn ®Õn sù h×nh thµnh mét ph©n tö DNA t¸i tæ hîp
(H4.11)
2.1.4.Plasmid
Nh÷ng n¨m ®Çu cña nh÷ng n¨m 1970, Paul Berg vµ céng t¸c t¹i Tr­êng §¹i häc Stanford ®·
kh¶o s¸t kh¶ n¨ng sö dông c¸c enym giíi h¹n ®Ó lµm thay ®æi cÊu tróc cña DNA. Nhãm nghiªn
cøu cña Berg ®· ph©n lËp ®­îc NST cña E.Coli vµ c¾t nhá ph©n tö DNA b»ng enzym giíi h¹n .
Tuy nhiªn , DNA cã c¸c ®u«i ®¬n gi¶n nªn rÊt khã g¾n vµo c¸c DNA ngo¹i lai ch¼ng h¹n nh­
virut (còng t­¬ng tù nh­ viÖc g¾n mét viªn g¹ch vµo cuèi mét bøc t­êng) .
MÆc dÇu v©þ, nguêi ta ®· th¾ng lîi trong viÖc t¹o ra ph©n tö DNA t¸i tæ hîp ®Çu tiªn. Sau ®ã
Berg ®· ®­îc chia gi¶i Nobel ho¸ häc n¨m 1980 do nh÷ng cèng hiÕn cña m×nh .
Còng vµo thêi ®iÓm ®ã cã 2 sù kiÖn ®· x¶y ra lµm mét cuéc c¸ch m¹ng trong c«ng nghÖ DNA
. Sù kiÖn thø nhÊt lµ Herbert Boyer t¸ch chiÕt ®­îc enzym gݬi h¹n EcoRI c¾t bá c¸c
®u«i nh­ kiÓu th¸o c¸c lç méng . Sù kiÖn thø hai x¶y ra ë Labo Stanley Cohen thuéc
Tr­êng §¹i häc Stanford . Cohen ®· thu thËp ®­îc c¸c d÷ liÖu trªn c¸c vßng DNA nhá bÐ thÊy
ë tÕ bµo chÊt cña vi khuÈn (kh«ng thÊy ë c¸c sinh vËt cã cÊu tróc phøc t¹p) . C¸c vßng DNA ®ã
chÝnh lµ Plasmid . Plasmid n»m ngoµi NST vi khuÈn vµ chøc n¨ng cña nã ch­a ®­îc hiÓu râ
®Çy ®ñ . Plasmid chøa Ýt th× mét t¸ mµ nhiÒu th× hµng hµng tr¨m gen (vi khuÈn cã kho¶ng vµi
ngµn gen trong NST) nã chiÕm kho¶ng 20% th«ng tin di truyÒn cña c¬ thÓ . Mét ®iÒu râ rµng lµ
plasmid kh«ng cÇn thiÕt cho sù sinh tr­ëng cña vi khuÈn vµ khi lo¹i bá nã ®i th× còng ch¼ng
g©y h¹i g× cho vi khuÈn .
19
H×nh 2.10. Ho¹t tÝnh cña DNA Ligaza . DNA Ligaza g¾n c¸c ®o¹n DNA víi nhau b»ng c¸ch
liªn kÕt gèc phot phat ë vÞ trÝ 5 cña ®o¹n nµy víi vÞ trÝ 3 cña ph©n tö Deoxyriboza tiÕp theo.
§ã chÝnh lµ liªn kÕt photphodieste. Liªn kÕt nµy ch¾c h¬n liªn kÕt Hydro , nã h×nh thµnh gi÷a
c¸c nucleotit ®èi dÊu .
N¨m 1972, Cohen thiÕt lËp ®­îc mét plasmid míi tõ mét plasmid cã tõ tr­íc ë E.Coli. Plasmid
míi nµy cã 3 ®Æc tÝnh quan träng :
1.Nã cã mét vÞ trÝ nhËn d¹ng ®¬n lÎ ë chç EcoRI ph©n c¾t , v× thÕ mµ x¸c ®Þnh ®­îc n¬i mµ
plasmid sÏ më ra .
2.Cã mét tr×nh tù nucleotit gäi lµ ®iÓm gèc sao chÐp (origin of replication) , tr×nh tù Êy thóc
®Èy sù sao chÐp cña plasmid trong c¬ thÓ tóc chñ .
3.Chøa mét gen kh¸ng tetraxyclin .
V× vËy c¸c vi khuÈn chøa plasmid nµy th× kh¸ng l¹i tetraxyclin , cßn nh÷ng vi khuÈn kh¸c
kh«ng cã plasmid ®ã sÏ chÕt khi cã mÆt tetraxyclin .Cohen ®Æt tªn plasmid ®ã lµ pSC101
(“SC”tøc lµ Stankey Cohen).
Mét ®Æc tr­ng quan träng kh¸c cña plasmid Cohen lµ dÔ dµng cµi vµo tÕ bµo tóc chñ .
Cohen ®· ph¸t hiÖn ra r»ng cã thÓ cµi c¸c plasmid vµo c¸c vi khuÈn míi b»ng c¸ch treo nã
trong dung dÞch Canxi clorua , sau ®ã l¹i nhanh chãng lµm nãng vi khuÈn tíi 42o
C . Víi c¸ch
xö lý nh­ vËy th× v¸ch vµ mµng sinh chÊt cña vi khuÈn sÏ më ra , cho phÐp plasmid ®i qua ®Ó
vµo tÕ bµo chÊt cña vi khuÈn . Khi ë bªn trong vi khuÈn th× mét plasmid ®¬n tù nã nh©n lªn ®Ó
t¹o nªn hµng t¸ plasmid míi . NÕu plasmid chøa mét gen ngo¹i lai th× gen nµy ®­îc sao chÐp
cïng víi nh÷ng phÇn cßn l¹i cña ph©n tö . V× c¸c vi khuÈn cã chøa c¸c plasmid còng ®­îc nh©n
lªn – th­êng cø 20 phót mét lÇn vµ mçi mét vi khuÈn míi l¹i cã vµi plasmid míi . DÜ nhiªn lµ
tr­íc ®ã vi khuÈn ®· s¶n sinh hµng triÖu thÕ hÖ con ch¸u råi . Mét quÇn thÓ nh­ thÕ xuÊt ph¸t tõ
mét tÕ bµo cha mÑ ®­îc gäi lµ mét dßng (clone). TÊt c¶ c¸c tÕ bµo trong cïng mét dßng ®Òu cã
c¸c plasmid ®ång nhÊt . Còng t­¬ng tù nh­ vËy, hiÖn nay cã hµng triÖu b¶n sao cña cïng mét
gen ngo¹i lai. V× thÕ gen còng ph¶i t¸ch dßng .
Kh«ng ph¶i t­ëng t­îng nhiÒu còng hiÓu ®­îc r»ng plasmid lµ c¸c vËt mang hay lµ c¸c vec t¬
®èi víi gen ng­êi trong c¸c thÝ nghiÖm c«ng nghÖ DNA.
Giai ®o¹n hiÖn t¹i lµ tËp hîp c¸c thÝ nghiÖm DNA t¸i tæ hîp ®· lµm thay ®æi tiÕn tr×nh lÞch sö
Ho¸ sinh .
2.2. c¸c thÝ nghiÖm vÒ DNA t¸i tæ hîp
Theo mét sè sö gia th× nguyªn lý cña c«ng nghÖ DNA gièng nh­ chiÕc b¸nh sanwich ë bê biÓn
Waikiki .N¨m 1972, x¶y ra sù kiÖn nh­ sau : khi Herbert Boyer ph¸t biÓu trong mét héi nghÞ
20
khoa häc ë Hawai vÒ enzym giíi h¹n EcoRI th× Stanley Cohen còng tham gia héi nghÞ nh­ng
víi c­¬ng vÞ lµ thÝnh gi¶ . Sau khi kÕt thóc diÔn thuyªt Cohen mêi Boyer ¨n tr­a vµ béc b¹ch
r»ng hä cã thÓ céng t¸c víi nhau trong hµng lo¹t c¸c thÝ nghiÖm . Sau ®ã 2 nhµ nghiªn cøu ®·
ngåi l¹i víi nhau vµ xem xÐt c¸c thÝ nghiÖm ®Ó ®­a cång nghÖ DNA vµo mét kû nguyªn míi .
Cohen chØ ®¹o thµnh c«ng c¸c thÝ nghiÖm víi plasmid , nh­ng «ng l¹i gÆp khã kh¨n khi c¾t më
réng c¸c plasmid vµ enzym EcoRI cña Boyer d­êng nh­ lµ mét gi¶i ph¸p lý t­ëng v× thÕ Cohen
ngá ý cïng hîp t¸c nghiªn cøu . Hä dïng plasmid cña Cohen vµ enzym cña Boyer ®Ó thùc hiÖn
t¸i tæ hîp DNA plasmid .
Tr­íc tiªn, hä sÏ tiÕn hµnh tæ hîp 2 plasmid ®Ó t¹o nªn mét plasmid ®¬n.NÕu thµnh c«ng hä sÏ
®­a DNA ngo¹i lai vµo plasmid ®Ó t¹o nªn mét ph©n tö DNA t¸i tæ hîp . Boyer ®ång ý vµ b¾t
®Çu vµo c«ng viÖc .
C¸c thÝ nghiÖm cña Boyer vµ Cohen ®­îc tiÕn hµnh vµo n¨m 1973, sau 20 n¨m Watson vµ
Crick c«ng bè trªn b¸o vÒ lÞch sö cÊu tróc DNA . Plasmid mµ Boyer vµ Cohen sö dông lµ
pSC101 (H×nh 2.11.).
H×nh 2.11. ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö cña Plasmid vi khuÈn . L­u û r»ng DNA ë d¹ng vßng khÐp kÝn .
Mét sè vßng l¹i níi láng , trong khi ®ã cã c¸c vßng l¹i so¾n chÆt .
Trong c¸c thÝ nghiÖm ®Çu tiªn, Boyer vµ Cohen ®· tæ hîp thµnh c«ng pSC101 víi pSC102 vµ
t¸ch dßng víi c¸c tÕ bµo E.Coli. C¸ch tiÕp cËn cña hä thËt lµ thó vÞ . Plasmid pSC101 cã mét
gen kh¸ng chÊt kh¸ng sinh kanamyxin . Khi c¸c plasmid t¸i tæ hîp ®· hîp nhÊt ®­îc víi vi
khuÈn th× vi khuÈn nµy béc lé kh¶ n¨ng di truyÒn míi tøc lµ h¹n chÕ ®­îc t¸c dông cña c¶
tetraxyclin vµ kanamyxin.
Råi tíi l« thÝ nghiÖm thø hai víi DNA ngo¹i lai (H×nh 2.12)
21
H×nh 2.12. C¸c thÝ nghiÖm cña Boyer-Cohen n¨m 1973 .(a) Plasmid pSC101 ®­îc më ra b»ng
enzym giíi h¹n EcoRI ë ®iÓm chØ mòi tªn .Plasmid cã chøa gen kh¸ng tetracyclin ®­îc m« h×nh
lµ tetr
.(b)DNA tõ cãc Xenopus Laevi còng ®­îc xö lý víi EcoRI vµ ®· thu ®­îc c¸c ®o¹n DNA
ngo¹i lai .L­u ý r»ng EcoRI t¸c ®éng ë nh÷ng vÞ trÝ nhËn d¹ng gièng nhau ë vec t¬ Plasmid vµ
ë DNA cho .(c)C¸c ®o¹n DNA cho g¾n víi plasmid ®· më vµ x¶y ra sù bæ cøu c¸c baz¬ . (d)
Khi thªm DNA Ligaza , plasmid sÏ ®ãng l¹i vµ h×nh thµnh ph©n tö DNA t¸i tæ hîp. (e) Plasmid
®­îc ®­a vµo c¸c tÕ bµo E.Coli nhËy c¶m víi tetracyclin (tets) b»ng c¸ch xö lý tÕ bµo víi hîp
chÊt can xi . C¸c tÕ bµo E.Coli ®· biÕn n¹p . C¸c plasmid sÏ nh©n lªn trong tÕ bµo vµ m· cho
c¸c protein chuyªn ho¸ bëi DNA cña cãc .(f) Khi vi khuÈn ®­îc nu«i cÊy trong m«i Tr­êng cã
tetracyclin th× c¸c tÕ bµo cã chøa plasmid t¸i tæ hîp sÏ ph¸t triÓn vµ t¹o c¸c khuÈn l¹c . §iÒu
®ã x¶y ra bëi v× nã cã gen kh¸ng l¹i tetracyclin .Vi khuÈn cã chøa plasmid b×nh th­êng kh«ng
cã gen kh¸ng tetracyclin sÏ kh«ng t¹o ®ù¬c khuÈn l¹c trong m«i tr­êng .
Boyer vµ Cohen thu thËp mét gen tõ c¸c tÕ bµo cãc Ch©u Phi Xenopus Laevis .Gen nµy m· ho¸
cho mét ®o¹n protein dïng ®Ó tæng hîp RNA riboxom . Hä sö dông EcoRI ®Ó c¾t DNA cña cãc
, sau ®ã còng dïng enzym nµy ®Ó më plasmid pSC101. Së dÜ dïng EcoRI cho c¶ hai bëi v× c¸c
®u«i cña chóng ®Òu t­¬ng tù nhau. C¸c ®o¹n DNA cña cãc ®­îc trén víi DNA plasmid vµ sù
cÆp ®«i gi÷a c¸c baz¬ bæ cøu x¶y ra trªn c¶ 2 ®o¹n DNA . Thªm DNA ligaza vµo th× c¸c
plasmid ®­îc t¸i sinh tuÇn hoµn trõ tr­êng hîp b©y giê plasmid l¹i chøa c¸c DNA ®· ®­îc cµi
vµo tõ cãc .C¸c nhµ nghiªn cøu gäi plasmid t¸i tæ hîp nµy lµ Chimera.
TiÕp theo , ng­êi ta xem xÐt kh¶ n¨ng m· ho¸ protein cña c¸c DNA ngo¹i lai . B»ng c¸ch sö
dông c¸c kü thuËt tiªu chuÈn Cohen ®· ®­a plasmid vµo trong c¸c tÕ bµo E.Coli vµ ®Æt vi khuÈn
vµo m«i tr­êng ®Ó ph¸t triÓn .Vi khuÈn vµ plasmid t¸i tæ hîp cña chóng ®­îc sao chÐp tõng
phót vµ tr­íc ®ã c¸c tÕ bµo E.Coli ®· t¹o ra thªm mét protein cho RNA riboxom mµ th«ng
th­êng protein nµy chØ ®­îc t¹o nªn tõ c¸c tÕ bµo cña cãc .ë ®©y E.Coli ®· tæng hîp nªn
protein cña nã vµ tæng hîp thªm c¶ protein cña c¬ thÓ kh¸c (X .laevis) .
C¸c ph­¬ng tiÖn truyÒn th«ng quèc gia ®· cæ ®éng cho nh÷ng thµnh c«ng cña Boyer vµ
Cohen.Thùc chÊt hai nhµ khoa häc nµy ®· ph¸ vì hµng rµo ng¨n c¸ch gi÷a c¸c mÉu sinh häc
t¸ch biÖt vµ më ra mét kû nguyªn míi hiÖn ®¹i cña cång nghÖ DNA . V× vËy mét quan s¸t
22
viªn ®· ghi chó nh­ sau C«ng nghÖ sinh häc tr­íc Cohen ( BBC Before Boyer-Cohen) vµ
nay lµ sau Cohen ( ABC tøc lµ After Boyer-Cohen)
C¸c nhµ sinh häc ®· nhanh chãng xem xÐt c¸c mèi liªn quan cña c«ng nghÖ DNA t¸i tæ hîp vµ
khÈn tr­¬ng tiÕn hµnh c¸c thÝ nghiÖm thao t¸c gen .Vµ chØ trong mÊy tuÇn c¸c nhµ khoa häc ®·
ph¸t hiÖn ra sù chuyÓn gen vµ cè g¾ng v­ît qua c¸c ph©n c¸ch vÒ mÉu .Trong mét thÝ nghiÖm
ng­êi ta ®· chuyÓn gen cña Staphylococcus Aureus cho E.Coli. C¸c nhµ khoa häc kh¸c l¹i cã ý
®Þnh ph©n lËp c¸c gen ng­êi vµ ®­a vµo plasmid cña vi khuÈn . Cßn sè kh¸c th× ®i s©u vµo c¸c
mèi liªn quan chÆt chÏ gi÷a c¸c thÝ nghiÖm trong c«ng nghÖ DNA . Ch¼ng h¹n nh­ ng­êi ta suy
luËn r»ng c¸c gen cã thÓ ®­îc ®­a vµo c¸c tÕ bµo sèng ®Ó gi¶i to¶ sù thiÕu hôt di truyÒn còng
nh­ cã thÓ t¹o ®­îc mét l­îng lín protein d­îc phÈm hiÕm .
Ng­êi ta ­íc väng cã ®­îc nh÷ng nguån n¨ng l­îng sinh häc rÎ tiÒn hay trÎ em sinh ra kh«ng
bÞ khuyÕt tËt. D­êng nh­ kh«ng cã giíi h¹n trong nÒn c«ng nghÖ míi nµy .
VÒ ph­¬ng diÖn kü thuËt Trong Gen trÞ liÖu ng­êi ta sö dông 2 ph­¬ng ph¸p chuyÓn gen :
Ph­¬ng ph¸p chuyÓn gen ngoµi c¬ thÓ (ex vivo ) vµ ph­¬ng ph¸p chuyÓn gen trùc tiÕp vµo c¬
thÓ (in vivo) .
Mét sè kü thuËt th­êng dïng trong gen trÞ liÖu lµ : Kü thuËt vi tiªm , Kü thuËt ®iÖn xung , kü
thuËt b¾n gen , kü thuËt liposom , kü thuËt viªn gen v.v.. Nh÷ng vÊn ®Ò nµy chóng ta sÏ bµn
luËn sau .
2.3.Nh÷ng bµn c i vÒ tÝnh an toµn trong gen trÞ liÖu.
MÆc dï sèt s¾ng víi c«ng nghÖ DNA nh­ng nhiÒu nhµ khoa häc ®· c¶nh b¸o vÒ nh÷ng hËu qu¶
nguy hiÓm cña c«ng nghÖ nµy ®· gîi ý cÇn ph¶i thËn träng h¬n víi c¸c xu h­íng nghiªn cøu .
Ch¼ng h¹n nh­ ®· cã sù b¸o ®éng khi nhãm nghiªn cøu cña Paul Berg dù ®Þnh ®­a mét gen tõ
virut g©y ung th­ vµo E.Coli.C¸c ®ång nghiÖp cña «ng ®· v¹ch ra rµnh m¹ch r»ng c¸c tÕ bµo
E.Coli t¸i tæ hîp tõ phßng thÝ nghiÖm khi ®· vµo c¬ thÓ ng­êi (ë ®ã chóng vÉn sèng mét c¸ch
b×nh th­êng) th× nã sÏ biÓu lé c¸c gen ung th­ . Berg ®· ph¶i xem xÐt nh÷ng lêi ph¶n ®èi ®ã vµ
®· huû bá thÝ nghiÖm nµy .
Nh­ng nh÷ng vÊn ®Ò vÒ tÝnh an toµn vÉn lu«n ®­îc ®Æt ra . ChØ míi gÇn ®©y th«i c¸c nhµ sinh
häc ph©n tö l¹i b¾t ®Çu th¶o luËn vÒ c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn c«ng nghÖ DNA trong mét héi
nghÞ ®­îc tæ chøc d­íi sù b¶o trî cña viÖn hµn l©m khoa häc quèc gia .Tíi n¨m 1974 , mét sù
kiÖn ch­a hÒ thÊy ®· x¶y ra , ®ã lµ mét bøc th­ cã c¶ ch÷ ký cña Paul Berg vµ 9 nhµ khoa häc
kh¸c xuÊt hiÖn ®ång thêi trªn 3 t¹p chÝ khoa häc uy tÝn nhÊt ThÕ giíi viÕt b»ng tiÕng Anh ®ã lµ
Science, Nature vµ Proceedings of the National Academy of Science. Bøc th­ ®· chØ râ c¸c
nguy h¹i tiÒm tµng cña c«ng nghÖ DNA t¸i tæ hîp . Bøc th­ cã ®o¹n viÕt:
Nh÷ng tiÕn bé míi ®©y trong kü thuËt ph©n lËp vµ ghÐp nèi c¸c ®o¹n DNA tíi nay ®· cho
phÐp kiÕn t¹o c¸c ph©n tö DNA cã ho¹t tÝnh sinh häc in vitro.
MÆc dï nh÷ng thÝ nghiÖm nµy cã vÎ t¹o thuËn lîi cho c¸c gi¶i ph¸p vÒ c¸c vÊn ®Ò thùc tiÔn vµ
lý thuyÕt quan träng trong sinh häc nh­ng viÖc t¹o nªn c¸c d¹ng DNA míi mµ b¶n chÊt sinh
häc cña c¸c phÇn tö cña chóng kh«ng thÓ dù ®o¸n ®­îc mét c¸ch ®Çy ®ñ
Cã mét vÊn ®Ò liªn quan rÊt nghiªm tóc lµ mét sè trong c¸c ph©n tö DNA nµy cã thÓ ®­îc
chøng minh lµ cã nguy h¹i vÒ mÆt sinh häc
23
H×nh 2.13. C«ng nghÖ DNA víi viÖc t¸ch dßng gen ng­êi vµ c¸c s¶n phÈm protein s¶n xuÊt víi
sè l­îng lín ®­îc m· ho¸ bëi gen nµy.
Bøc th­ tiÕp tôc hái ý kiÕn c¸c nhµ sinh häc ph©n tö trªn toµn ThÕ giíi liÖu cã “tù nguyÖn tr×
ho·n”mét sè thÝ nghiÖm vÒ DNA cho tíi khi cã mét héi nghÞ quèc tÕ nhãm häp ®Ó th¶o thuËn
vÒ c¸c nguy h¹i cã thÓ vµ c¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ cÇn thiÕt hay kh«ng?
C¸c nhµ khoa häc còng nh¾c nhë cÇn ph¶i thËn träng víi c¸c thÝ nghiÖm cã liªn quan tíi viÖc
®­a mét gen kh¸ng chÊt kh¸ng sinh vµo plasmid vµ g¾n mét gen ung th­ vµo bÊt kú mét ph©n tö
chÊt mang DNA nµo .
§©y lµ lÇn ®Çu tiªn c¸c nhµ khoa häc thuéc nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau ®ßi h¹n chÕ c¸c nghiªn
cøu mÆc dï ch¼ng cã b»ng chøng nµo chøng minh nã lµ nguy hiÓm .
MÆc dï qu¸ tr×nh t¸i tæ hîp kh«ng vi ph¹m luËt ph¸p , nh­ng c¸c nhµ khoa häc toµn ThÕ giíi
vÉn ph¶i ®¨ng ký c¸c dù ®Þnh trong c¸c thÝ nghiÖm khoa häc cña m×nh.Th¸ng 2-1975 , mét
nhãm gåm 139 nhµ nghiªn cøu tõ 17 quèc gia ®· häp mÆt trong 4 ngµy ë Asilomar , mét
trung t©m vÒ héi nghÞ ë Pacific Grove , California nh»m ®­a ra nh÷ng h­íng dÉn vµ c¸c khuyÕn
c¸o cho viÖc chØ ®¹o c¸c thÝ nghiÖm trong c«ng nghÖ DNA . Mét trong sè nh÷ng ®iÒu tr­íc
tiªn nh÷ng cö to¹ ph¶i lµm lµ cam ®oan víi c«ng chóng r»ng vi khuÈn dïng cho c¸c thÝ nghiÖm
DNA tÊi tæ hîp lµ nh÷ng nßi ®Æc biÖt vµ “®· gi¶i trõ qu©n bÞ” nªn chóng kh«ng cßn tån t¹i
ngoµi phßng thÝ nghiÖm . C¸c nhµ khoa häc còng vËt lén víi t×nh tr¹ng khã xö nhÊt ®ã lµ thiÕu
c¸c b»ng chøng ®Ó hoÆc ñng hé hoÆc ph¶n ®èi vÒ b¶n chÊt g©y nguy h¹i cña c¸c c«ng tr×nh vÒ
DNA .
Cuèi cïng , c¸c nhµ nghiªn cøu ®· chän biÖn ph¸p nh¾c nhë vµ ho¹ch ®Þnh chÝnh s¸ch cho c¸c
c«ng tr×nh cña hä . C¸c thÝ nghiÖm DNA t¸i tæ hîp ph¶i lu«n xem xÐt tíi c¸c rñi ro ë c¸c møc
®é thÊp, trung b×nh vµ cao vµ quyÕt ®Þnh r»ng bÊt kú mét thÝ nghiÖm nµo mµ cã rñi ro (nh­ Berg
24
®· nªu) ®Òu ph¶i ®­îc chØ ®¹o mét c¸ch chÆt chÏ cho tíi khi cã mét ph­¬ng ph¸p tèt h¬n .
ChiÕn l­îc nµy bao hµm c¶ trong lÜnh vùc vËt lý còng nh­ sinh häc vµ ­u tiªn nhiÒu cho viÖc
ph¸t triÓn c¸c chñng vi khuÈn kh«ng cã kh¶ n¨ng sèng ë bªn ngoµi phßng thÝ nghiÖm .
KhuyÕn c¸o Asilomar dÉn tíi viÖc h×nh thµnh mét Uû ban cè vÊn vÒ DNA t¸i tæ hîp t¹i viÖn
søc khoÎ quèc gia Hoa kú(NIH). Uû ban nµy sÏ ®­a ra c¸c h­íng dÉn ®Çy ®ñ song song víi c¸c
khuyÕn c¸o Asilomar.N¨m th¸ng tr«i qua , mäi ®iÒu ®· ®­îc s¸ng tá tr­íc c«ng chóng lµ c¸c
nhµ nghiªn cøu vÒ DNA kh«ng xa rêi c¸c ®¹o luËt x· héi.
2.4.T­¬ng lai cña c«ng nghÖ DNA t¸i tæ hîp
Nh÷ng thÝ nghiÖm ®­îc thùc hiÖn n¨m 1972 vµ nh÷ng n¨m sau ®ã ®· t¸c ®éng s©u s¾c tíi c¸ch
suy nghÜ cña c¸c nhµ di truyÒn häc . Tr­íc nh÷ng thµnh c«ng vÒ c¸c thÝ nghiÖm t¸ch gen , c¸c
nhµ di truyÒn häc suy luËn qua c¸c nghiªn cøu cña m×nh r»ng tÊt c¶ nh÷ng ®iÒu mµ hä hiÓu vÒ
®Æc ®iÓm vµ sù biÓu hiÖn cña gen cho tíi giê hä ®Òu cã thÓ thao t¸c ®­îc . C«ng nghÖ DNA
cho phÐp c¸c nhµ di truyÒn häc hiÓu ®­îc cÊu tróc , chøc n¨ng còng nh­ sù ®iÒu hoµ gen vµ b¾t
®Çu ®i s©u vµo di truyÒn Ho¸ sinh c¸c bÖnh l·o khoa .
§i ®«i víi nh÷ng th¾ng lîi trong c«ng nghÖ DNA th× ®ång thêi còng xuÊt hiÖn thªm c¸c nguyªn
lý cña c«ng nghÖ sinh häc . C«ng nghÖ sinh häc lµ mét nÒn c«ng nghiÖp réng lín vµ hoµn toµn
míi trong ®ã sinh häc ph©n tö cã thÓ tham gia gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò vÒ « nhiÔm, c¸c chÒ phÈm
thùc phÈm , n¨ng l­îng vµ sù tæng hîp c¸c lo¹i d­îc phÈm míi . C¸c nhµ Ho¸ sinh sím ®Ó ý tíi
vi khuÈn , coi ®ã lµ c¸c nhµ m¸y ho¸ häc t­¬ng lai vµ suy luËn r»ng cã thÓ lËp ch­¬ng tr×nh cho
DNA ®Ó tæng hîp mét sè l­îng kh«ng h¹n chÕ c¸c chÊt cã ý nghÜa ®èi víi c«ng nghiÖp , kinh tÕ
vµ y häc.
Sau nh÷ng n¨m 1970, mét sè høa hÑn ®· thµnh hiÖn thùc, nhiÒu nhµ m¸y ®· b¾t ®Çu ¸p dông kü
thuËt DNA ®Ó s¶n xuÊt nhiÒu s¶n phÈm h÷u Ých. Ch¼ng h¹n nh­ n¨m 1980, mét c«ng ty ®· thu
®­îc insulin tõ vi khuÈn t¸i tæ hîp víi nh÷ng gen cña c¸c tÕ bµo tuþ ng­êi . Mét c«ng ty kh¸c
còng ®· sö dông c¸c tÕ bµo vi khuÈn ®Ó t¹o ra interferon –mét chÊt øc chÕ virut mµ th«ng
th­êng chØ ®­îc t¹o ra tõ c¸c tÕ bµo cña ng­êi . NhiÒu c«ng ty kh¸c còng ®· t¸i tæ hîp DNA
trong vi khuÈn ®Ó cho vi khuÈn nµy cã thÓ t¹o nªn c¸c chÊt nh­ hormon sinh tr­ëng cña ng­êi ,
hay mét vacxin cho mét bÖnh nµo ®ã cña ®éng vËt hoÆc c¸c enzym hoµ tan trong dÇu
Trong nh÷ng n¨m 1980, nhiªu s¶n phÈm kh¸c cña c«ng nghÖ DNA ®­îc dù b¸o lµ hiÖn thùc
hoÆc lµ cã kh¶ n¨ng trë thµnh hiÖn thùc . C¸c vi khuÈn t¸i tæ hîp ®­îc dïng trong viÖc lo¹i th¶i
c¸c chÊt ®éc h¹i , hoµ tan c¸c chÊt khã tan trong n­íc nh­ tãc ch¼ng h¹n . Vi khuÈn t¸i tæ hîp
®· tæng hîp ®­îc c¸c enzym hoµ tan côc m¸u ®«ng cña ng­êi lµ Urokinaza vµ hormon cña thËn
lµ erythropoietin . Hµng tr¨m c«ng ty trªn ThÕ giíi ®· øng dông c«ng nghÖ DNA trong c«ng
nghiÖp .
NhiÒu nhµ khoa häc ®· ph¸t biÓu mét c¸ch l¹c quan vÒ mét t­¬ng lai trong ®ã sù thô tinh sÏ lµ
lçi thêi , thùc vËt cã thÓ sö dông c¸c ®éc tè vi khuÈn ®Ó xua ®uæi c«n trïng vµ hoa mµu cã thÓ
®­îc trång cÊy mµ kh«ng bÞ ph¸ h¹i cña s­¬ng gi¸ .
Tíi nh÷ng n¨m 1990, c¸c nhµ nghiªn cøu ®· ®i qu¸ xa so víi viÖc cµi mét DNA ngo¹i lai vµo
c¸c tÕ bµo vi khuÈn vµ c«ng nghÖ DNA ®· ph¸t triÓn trong rÊt nhiÒu lÜnh vùc . Ch¼ng h¹n nh­
in dÊu v©n DNA lµ mét d¹ng míi cña ph¸p y ®· ®­îc c¸c hÖ thèng ph¸p luËt chÊp thuËn .
Trong gen trÞ liÖu con ng­êi ®· ®­îc truyÒn vµo c¸c gen ngo¹i lai ®Ó ch÷a c¸c bÖnh .Hay ®éng
vËt biÕn ®æi gen cã ®­îc hÖ thèng miÔn dÞch cña ng­êi .Råi dù ¸n t×m hiÓu tr×nh tù Baz¬ c¸c
gen ®¬n cña ng­êi
H¬n bÊt kú mét kü thuËt nµo kh¸c , c«ng nghÖ DNA sÏ cho nh©n lo¹i c¬ héi lµm chñ ®­îc
nh÷ng ph©n tö ®· t¹o nªn chÝnh hä. CÊc nhµ khoa häc thÝch thó khi con ng­êi cµng hiÓu râ h¬n
n÷a vÒ c¬ thÓ m×nh còng nh­ c¸c ®éng t¸c nh­ bß, b¬i léi , ch¹y nh¶y hay bay l­în v.v..
Khã thÊy nh÷ng vÊn ®Ò vÒ sù tån t¹i cña con ng­êi mµ l¹i kh«ng ®ông tíi c«ng nghÖ DNA còng
nh­ c¸c vÊn ®Ò chÝnh trÞ næi lªn ®ßi hái ph¶i cã c¸c gi¶i ph¸p cã tÝnh toµn cÇu.Ch¼ng h¹n nh­
liÖu c«ng nghÖ DNA cã cho phÐp ®Ó gen can thiÖp vµo viÖc “c¶i biÕn gièng nßi” hay kh«ng?
Hay c¸c vÊn ®Ò thuéc ®¹o ®øc , nh÷ng b¨n kho¨n vÒ tinh thÇn sÏ cßn cßn tõng b­íc n¶y sinh
trªn con ®­êng ®i tíi cña DØ truyÒn häc .
Nh­ng cã mét ®iÒu mµ ai còng ph¶i thõa nhËn lµ c«ng nghÖ DNA ®· ®i vµo cuéc sèng con
ng­êi vµ trë thµnh mét trong nh÷ng øng dông cã tÝnh thuyÕt phôc nhÊt .
2.5.Nh÷ng tiÕn bé ®¸ng kÓ trong gtl hiÖn nay :
*Nhãm nghiªn cøu Tr­ßng §¹i häc California , Los Angeles sö dông Liposome ®­îc bao
polyme Polyethylen glycol (PEG) ®Ó ®­a vµo n·o . ViÖc chuyÓn gen vµo c¸c tÕ bµo n·o lµ mét
thµnh c«ng rÊt cã ý nghÜa bëi v× c¸c vec t¬ virut lµ qu¸ lín ®· v­ît qua ®­îc hµng rµo gi÷a n·o
vµ m¸u . Thµnh c«ng nµy ®· t¹o tiÒm n¨ng cho viÖc trÞ c¸c bÖnh Parkinson .(20/3/2003 New
Scientist .Com –March 20, 2003 ).
*Sù can thiÖp cña RNA hay c¸c gen lÆn cã thÓ lµ mét ph­¬ng ph¸p míi ®Ó ®iÒu trÞ bÖnh
Huntington. ( New Scientist . Com –March 13, 2003).
25
*Ph­ong ph¸p TLG theo c¸ch söa ch÷a nh÷ng sai sãt trong RNA th«ng tin cña c¸c gen khiÕm
khuyÕt . Kü thuËt nµy lµ tiÒm n¨ng ®iÒu trÞ c¸c bÖnh vÒ m¸u nh­ bÖnh thiÕu m¸u vïng biÓn ,
bÖnh x¬ nang ( mét bÖnh di truyÒn t¸c ®éng tíi c¸c tuyÕn ngo¹i tiÕt ) vµ mét sè bÖnh ung th­ .
( New Scientist ,Com –october 11, 2002.)
*TLG dïng trong ®iÒu trÞ bÖnh X-SCID . Tuy nhiªn , viÖc nµy ®· dõng l¹i khi mét bÖnh nh©n ë
Ph¸p bÞ m¾c bÖnh b¹ch cÇu (Leukemia) . (New Scientist .Com – October 3, 2003).
*C¸c nhµ nghiªn cøu ë Tr­êng §H Case Western vµ Copernicus Therapeutics cã thÓ t¹o ®­îc
c¸c liposome nhá tíi 25 nanomet , nã cã thÓ mang DNA trÞ liÖu qua c¸c lç ë nh©n tÕ bµo (New
Scientist . Com – May 12, 2002)
*C¸c tÕ bµo h×nh l­ìi liÒm ®· ®iÒu trÞ thµnh c«ng trªn chuét ( The Science –March 18, 2002).
Ch­¬ng III
C¸c ph­¬ng ph¸p cña c«ng nghÖ DNA
3.1.Thu thËp gen
C¸c tÕ bµo cña c¬ thÓ sèng bao gåm hµng ngh×n gen hoÆc nhiÒu h¬n n÷a.C¬ thÓ chóng ta cã tíi
100.000 gen trong bé gen (genome ).NÕu chØ cÇn nghiªn cøu mét gen ®¬n th× nhiÖm vô cña
nhµ Ho¸ sinh còng rÊt lín bëi v× mét gen còng ®· cã tíi hµng ngh×n milimet chiÒu dµi DNA .
Tuy nhiªn, c«ng viÖc nµy trë nªn thËt ®¬n gi¶n nhê sö dông mét enzym c¾t giíi h¹n(restriction
enzyme) , c¸c enzyme nµy cã thÓ c¾t c¸c ph©n tö DNA ë c¸c vÞ trÝ ®Æc hiÖu , ®iÒu ®ã cho phÐp
c¸c nhµ sinh Ho¸ t¸ch riªng ®­îc c¸c ®o¹n DNA.ViÖc sö dông nhiÒu enzym giíi h¹n ®· lµm
t¨ng kh¶ n¨ng nghiªn cøu c¸c gen n»m trªn nh÷ng ®o¹n DNA nµy .
Tuy nhiªn nhê sö dông c¸c ph©n tö RNA th«ng tin (mRNA) nªn còng kh«ng cÇn thiÕt ph¶i t×m
b»ng ®­îc mét gen ®Æc hiÖu trong c¸c ®o¹n DNA . Nh­ ta biÕt , biÓu hiÖn gen th«ng qua sù
tæng hîp protein trong tÕ bµo liªn quan tíi sù m· ho¸ cña c¸c ph©n tö mRNA . Khi ta muèn
t¸ch mét gen tæng hîp protein X th× ta ph¶i t×m kiÕm c¸c tÕ bµo ho¹t ho¸ t¹o nªn protein X ®Ó
t¸ch ra c¸c ph©n tö mRNA tõ tÕ bµo chÊt cña tÕ bµo .Khi ®· x¸c ®Þnh ®­îc chÝnh x¸c c¸c tÕ bµo
cÇn nghiªn cøu , lóc nµy ta ph¸ vì tÕ bµo , c¸c thµnh phÇn cña tÕ bµo ®­îc xö lý b»ng hµng lo¹t
c¸c ph­¬ng ph¸p lý ho¸ häc vµ thu ®­îc c¸c chÊt nh­ protein, c¸c chÊt bÐo, carbohydrat vµ acid
nucleic . C¸c ph©n tö mRNA ®­îc thu thËp nhê lîi thÕ cña c¸c ®u«i poly-A (poly –A tails),
phÇn RNA cã tíi 150-200 nucleotit chøa adenin (v× thÕ míi cã tªn lµ poly A) . PhÇn lín mRNA
®Òu g¾n víi c¸c h¹t xenluloza mµ trªn bÒ mÆt cña chóng cã nhiÒu m¶nh acid nucleic chøa
thimin “poly –T”. C¸c m¶nh vì cßn l¹i sÏ ®­îc röa ®Ó lo¹i ®i . Vµ b©y giê cã thÓ thu thËp c¸c
ph©n tö mRNA tõ c¸c h¹t xenluloza ®Ó cã ®­îc mRNA c« ®Æc .
Sau khi ®· cã ®­îc mRNA tinh khiÕt th× nh÷ng th«ng tin Ho¸ sinh mµ nã chøa ®ùng cã thÓ
chuyÓn ng­îc l¹i trong DNA . §Ó thùc hiÖn ®­îc b­íc nµy , c¸c tr×nh tù cña c¸c baz¬ ni t¬
trong mRNA ®­îc sö dông nh­ mét c¸i khu«n ®Ó tæng hîp c¸c tr×nh tù baz¬ bæ cøu trong DNA
. Mét enzym gäi lµ Enzym phiªn m· ng­îc (Reverse transcriptase) gióp cho viÖc tæng hîp nµy
. Chóng ta nhí l¹i r»ng vµo nh÷ng n¨m 1970 Howard Temin vµ David Baltimore ®· ph¸t
hiÖn ra vÒ enzym phiªn m· ng­îc , ng­êi ta sö dông RNA nh­ mét c¸i khu«n ®Ó tæng hîp mét
ph©n tö DNA bæ cøu . Khi sö dông enzym phiªn m· ng­îc ®Ó t¹o nªn c¸c ph©n tö DNA th× ®ßi
hái ph¶i cã mét chÊt måi (Primer)-hay lµ cÇn sù cã mÆt cña c¸c tr×nh tù nucleotit khëi ®Çu .
26
ChÊt måi nµy bao gåm c¸c chuçi nucleotit cña Thimin (polyT), c¸c chuçi nµy g¾n víi ®u«i poly
A cña mRNA vµ ho¹t ®éng nh­ mét vÞ trÝ khëi ®Çu cho sù tæng hîp DNA. Sau ®ã reverse
transcriptase dÞch chuyÓn däc theo c¸c ph©n tö mRNA m· ho¸ cho mét ph©n tö DNA bæ cøu
víi mRNA ( complementary DNA= cDNA) .PhÇn cuèi cDNA cã mét nucleotit vßng xo¾n
ng¾n ®­îc ®­a vµo nhê mét enzym , lý do t¹i sao vÉn ch­a râ .NÕu chuçi ®¬n cDNA lµ phï hîp
víi mong muèn th× vßng xo¾n nucleotit nµy sÏ ®­îc lo¹i bá bëi enzym nucleaza vµ cDNA cã
thÓ t¸ch khái c¸c khu«n mRNA ë d¹ng tinh khiÕt.
H×nh 3.1. Ph­¬ng ph¸p chung ®Ó t¹o DNA bæ cøu (cDNA) (a) c¸c tÕ bµo tæng hîp protein nh­
c¸c tÕ bµo tuþ ®­îc gi÷ cÈn thËn vµ mRNA ®­îc t¸ch chiÕt ra tõ nh÷ng tÕ bµo nµy , (b)mRNA
®­îc xö lý víi enzym Transcriptaza ng­îc . Enzym nµy sö dông nh÷ng m· baz¬ ni t¬ trong
RNA ®Ó tæng hîp chuçi bæ cøu cña DNA . cDNA sau ®ã l¹i dïng ®Ó tæng hîp mét chuçi DNA
bæ cøu víi chuçi thø nhÊt .
§Ó t¹o ®­îc mét gen ®Ó lång vµo tÕ bµo , ng­êi ta ph¶i t¹o ra c¸c ph©n tö DNA chuçi kÐp . §Ó
hoµn tÊt qu¸ tr×nh nµy , vßng xo¾n nucleotit ph¶i ®­îc ®Æt ®óng chç , khi ®ã ph¶i dïng enzym
DNA Polymeraza . Enzym nµy sö dông nucleotit vßng nh­ mét chÊt måi vµ di chuyÓn xuèng
ph©n tö DNA . Sö dông ph©n tö nµy nh­ mét c¸i khu«n ®Ó tæng hîp ph©n tö DNA bæ cøu . Lóc
nµy vßng xo¾n ®­îc lo¹i ®i nhê nucleaza vµ kÕt qu¶ lµ ®­îc mét ph©n tö cDNA xo¾n kÐp
t­¬ng tù nh­ gen m· ho¸ nguyªn gèc ph©n tö mRNA .
Tuy nhiªn , ph©n tö cDNA kh«ng cã intron (trong gen nguyªn gèc th× vÉn cã) mµ nã chØ chøa
c¸c exon ( H×nh 3.2)
27
H×nh 3.2. Sù h×nh thµnh mét ph©n tö cDNA chuçi kÐp (b­íc 1)RNA chÝn ®­îc ph©n lËp víi
®u«i poly-A trong phßng thÝ nghiÖm . Transcriptaza ng­îc vµ Deoxynucleotit ®­îc sö dông ®Ó
tæng hîp DNA bæ cøu (cDNA) trong ®ã cã ®u«i poly-T bæ cøu .(B­íc 2) ph©n tö RNA ®­îc
ph©n huû bëi kiÒm , cÆn cDNA cã c¸c vßng h×nh c¸i kÑp tãc ë ®Çu 3 .(B­íc3) cDNA võa
®ãng vai trß lµ khu«n võa lµ primer cho sù tæng hîp mét chuçi cDNA bæ cøu .(B­íc4) vßng
h×nh cÆp tãc vÉn g¾n víi nh©n ®Ó t¹o mét cDNA chuèi kÐp phï hîp ®Ó cµi vµo mét vec t¬. C¸c
cDNA chØ cã c¸c Exon.
§Ó cho c¸c cDNA cã chøc n¨ng trong c¸c tÕ bµo nhËn , c¸c ph©n tö nµy ph¶i cã kh¶ n¨ng tù
nh©n ®«i. D­íi c¸c ®iÒu kiÖn b×nh th­êng , c¸c ®o¹n DNA ngÉu nhiªn kh«ng t¸i b¶n ®­îc
trong tÕ bµo sèng .Lý do lµ enzym DNA polymeraza chØ ®­îc khëi ®éng nÕu cã mÆt mét tr×nh
tù ®Æc biÖt cña c¸c baz¬ lµ c¸c gèc sao chÐp ( origin of replication) . Mµ c¸c origin of
replication l¹i ®­îc cung cÊp bëi c¸c DNA chÊt mang (carrier) , n¬i mµ c¸c cDNA g¾n vµo .
C¸c chÊt mang (carrier) th­êng lµ c¸c vec t¬.
3.2.Sù lùa chän c¸c vec t¬.
§èi víi c¸c thÝ nghiÖm c«ng nghÖ DNA th× c¸c vec t¬ th­êng ®­îc dïng lµ c¸c plasmid.
Plasmid lµ mét DNA d¹ng vßng khÐp kÝn n»m ngoµi NST . §¸ng quan t©m lµ c¸c plasmid cña
vi khuÈn (H ×nh 3.3.) , cßn víi c¸c tÕ bµo nh©n chuÈn nh­ c¸c tÕ bµo ®éng vËt vµ thùc vËt th×
kh«ng cã plasmid .
28
H×nh 3.3. ¶nh.hiÓn vi ®iÖn tö hiÖn râ plasmid nh­ lµ mét ph©n tö DNA §iÒu hoµ . Trong
h×nh Plasmid lµ nh÷ng vßng nhá .Ph©n tö DNA ®­îc ph©n lËp tõ lôc l¹p cña c©y xanh cã cÊu
tróc vßng lín ë gi÷a h×nh.
Chøc n¨ng cña plasmid ch­a ®­îc hiÓu ®Çy ®ñ . Tuy nhiªn c¸c nhµ khoa häc x¸c nhËn r»ng
plasmid kh«ng cÇn cho sù tån t¹i cña tÕ bµo . Vµo nh÷ng n¨m 1970, c¸c nhµ khoa häc Stanley
Cohen vµ c¸c céng t¸c ®· ph¸t hiÖn r»ng plasmid cã thÓ ®­îc më ra vµ g¾n ®­îc vµo c¸c ®o¹n
DNA ®Ó t¹o nªn plasmid t¸i tæ hîp hay cßn gäi lµ chimera . C¸c chimera chøa c¸c origin of
replication ®ßi hái bëi DNA polymeraza.Qu¸ tr×nh g¾n thªm mét ®o¹n cDNA vµo plasmid ph¶i
sö dông rÊt nhiÒu enzym giíi h¹n . C¸c enzym giíi h¹n qóet trªn c¸c xo¾n kÐp cña plasmid cho
tíi khi nhËn ra ®­îc tr×nh tù baz¬ ®Æc hiÖu . Sau ®ã plasmid ®­îc më ra ë d¹ng ngo»n ngßeo ,
lo¹i ®i 4 baz¬ trªn mçi sîi ®· bÞ c¾t . 4 baz¬ nµy g¾n láng lÎo víi c¸c baz¬ bæ cøu trªn ph©n tö
cDNA ®· ®­îc më .TiÕp theo, enzym ligaza g¾n bé khung ph«t ph¸t , ®­êng cña plasmid vµ
cDNA. Ng­êi ta lÊy DNA ligaza tõ bacteriophage T4 ®Ó t¹o ra liªn kÕt bÒn v÷ng vµ lµm æn
®Þnh chimera ®Ó ®­a vµo c¸c tÕ bµo tiÕp nhËn míi .
Plasmid cµng nhá cµng cã lîi cho c«ng nghÖ DNA v× plasmid nhá Ýt bÞ h­ h¹i h¬n c¸c plasmid
lín khi tr¶i qua qu¸ tr×nh ph©n lËp.H¬n n÷a, mét plasmid nhá cã thÓ g¾n víi tÕ bµo vËt chñ h÷u
hiÖu h¬n. Giíi h¹n vÒ kÝch cì plasmid ph¶i tÝnh sao cho c¸c ph©n tö cDNA kh«ng qu¸ lín cã
thÓ ®­îc cµi vµo .
Theo chøc n¨ng c¸c gen trªn plasmid ng­êi ta chia ra nhiÒu lo¹i plasmid nh­ plasmid giíi tÝnh
(F) , plasmid kh¸ng kh¸ng sinh (R) , plasmid col (cã gen m· ho¸ Colicin)... Plasmid ph¸t hiÖn
®Çu tiªn ë E.Coli cã ký hiÖu lµ ColE1.Tõ c¸c plasmid tù nhiªn ph©n lËp ®­îc ng­êi ta ®· t¹o
nªn nhiÒu thÕ hÖ plasmid nh©n t¹o kh¸c nhau víi nhiÒu ®Æc ®iÓm quÝ thuËn lîi cho viÖc t¸ch
dßng .
Plasmid thÕ hÖ thø nhÊt lµ nh÷ng plasmid ®Çu tiªn ®­îc sö dông ®Ó t¸ch dßng vec t¬ pSC101
(Stanley&Cohen ,1973),ColE1(Hershfield,1974) .
Plasmid thÕ hÖ thø hai ®­îc t¹o ra b»ng c¸ch tËp hîp c¸c ®Æc tÝnh quÝ cña nhiÒu plasmid tù
nhiªn hoÆc g¾n thªm c¸c gen chØ thÞ ®Ó ®­îc mét plasmid míi . Tiªu biÓu cho plasmid thÕ hÖ
nµy lµ pBK322 (Bolivar vµ céng t¸c ,1977). Plasmid pBK322 cã kh¶ n¨ng t¸i b¶n cao , cho
phÐp g¾n c¸c ®o¹n DNA cã tíi 6kb vÉn ho¹t ®éng b×nh th­êng .
Plasmid thÕ hÖ thø ba lµ nh÷ng plasmid m¹nh ,kÝch th­íc rÊt nhá vµ mét polylinker
(polycloning site ) rÊt ®­îc ­a chuéng trong c«ng nghÖ gen .Polylinker lµ mét ®o¹n
polynucleotit tæng hîp mang mét chuçi c¸c vÞ trÝ nhËn d¹ng duy nhÊt cña nhiÒu lo¹i RE
(restiction Enzyme)
Nhãm c¸c plasmid pUC ®iÓn h×nh lµ pUC18 ®­îc c¶i biªn tõ pBK322 , kÝch th­íc kho¶ng
2.686bp mang gen ApR
vµ mét phÇn gen lacZ , xen gi÷a gen lacZ lµ polylinker. c¸c plasmid
nhãm nµy chØ kh¸c nhau vÒ ®é dµi cña polylinker.Plasmid nhãm pUC cã kÝch th­íc nhá , vïng
polylinker cho phÐp g¾n bÊt kú mét tr×nh tù DNA l¹ nµo .
Nhãm plasmid pSP vµ Gemini cã kÝch th­íc kho¶ng 3.000bp, mang c¸c gen ApR
vµ
polylinker , kh«ng mang gen lacZ. Vec t¬ pSP mang promoter ®Æc tr­ng cho RNA ë hai bªn
vïng polylinker (pSP64,pSP56,Gemini...) ­u ®iÓm næi bËt cña plasmid nhãm nµy lµ cho phÐp
29
phiªn m· c¸c ®o¹n DNA ng¾n trong vec t¬ t¹o nªn nhiÒu RNA, c¸c RNA nµy ®­îc dïng lµm
mÉu dß hay ®Ó nghiªn cøu cÊu tróc , chøc n¨ng cña RNA.
H×nh 3.4. Tæng hîp vµ sö dông Cosmid ,(a) DNA thu nhËn tõ Bacteriophage Lamda ,(b) DNA
më ra vµ c¸c ®o¹n cDNA ®­îc cµi vµo nhê enzym ,(c) t¹o thµnh Cosmid,(d) C¸c m· di truyÒn
chøa cosmid cho yÕu tè nµy ®i vµo vi khuÈn vµ nh­ vËy lµ hoµ víi vi khuÈn ,(e) ë ®©y nãgöi
th«ng ®iÖp ®Ó h×nh thµnh mét thÓ gièng plasmid cã mang cDNA.
Mét vec t¬ kh¸c còng hay dïng lµ c¸c Cosmid . Cosmid lµ mét ®o¹n DNA ®­îc t¹o ra b»ng
c¸ch cµi mét ph©n tö cDNA vµo gi÷a c¸c tr×nh tù Cos ë cuèi c¸c ph©n tö DNA . Ph©n tö DNA
dïng ®Ó t¹o Cosmid ®­îc lÊy tõ virut, th­êng lµ bacteriophage lamda , nã sao chÐp ®­îc trong
vi khuÈn . C¸c virut nh­ bacteriophage cã chøa c¸c m· di truyÒn cho c¸c yÕu tè cho phÐp thÊm
nhËp tÕ bµo khi sao chÐp . Khi ë bªn trong tÕ bµo chñ , DNA d¹ng th¼ng cña virut göi th«ng
®iÖp tíi c¸c vßng gièng plasmid do g¾n vµo c¸c tr×nh tù Cos cña nã . Sö dông Cosmid còng
gièng nh­ s©u chØ vµo kim råi kÕt l¹i c¸c ®Çu láng lÎo ®Ó t¹o nªn mét Plasmid . C¸c Cosmid cã
kh¶ n¨ng vËn chuyÓn c¸c ®o¹n DNA lín vµo bªn trongbtÕ bµo v× chóng cã kh¶ n¨ng thÊm nhËp
vµo tÕ bµo mét c¸ch dÔ dµng
Vec t¬ thø 3 lµ mét Virut ®· ®­îc thiÕt kÕ l¹i ®Ó mang c¸c mÈu DNA ngo¹i lai nh­
cDNA.Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y c¸c virut cã RNA nh­ Retrovirut ®· ®­îc dïng ®Ó chuyªn
chë c¸c gen tíi c¸c tÕ bµo cña ng­êi. Virut cã thÓ ®­îc thiÕt lËp cho viÖc vËn chuyÓn m· di
truyÒn cu¶ c¸c ®o¹n vi khuÈn ®Ó sö dông nã nh­ c¸c t¸c nh©n g©y miÔn dÞch vµ th­êng gäi lµ
vacxin vec t¬ vi khuÈn .Nã ®¹i diÖn cho sù tiÕp cËn míi víi viÖc tiªm chñng cho mét quÇn thÓ
d©n c­ réng lín vµ ®ã còng lµ nguyªn nh©n ®Ó l¹c quan vÒ c¸c vac xin t­¬ng lai .
Mét virut ®­îc sö dông réng r·i víi t­ c¸ch lµ mét vec t¬ ®ã lµ Bacteriophage hay ®¬n gi¶n
gäi lµ Phage .MÆc dï kh«ng cÇn thiÕt x¶y ra , nh­ng bé gen cña phage th­êng tù sao chÐp
trong tÕ bµo chÊt cña vi khuÈn . NhiÒu d¹ng cña phage bé gen cña nã l¹i g¾n víi c¸c NST cña
Vi khuÈn vµ n»m l©u dµi ë ®ã . V× v©y bé gen cña phage cã thÓ dïng ®Ó chuyÓn cDNAtíi mét
NST vi khuÈn . Mét qu¸ tr×nh t­¬ng tù nh­ vËycòng x¶y ra ë c¸c virut cña mét loµi thùc vËt
hay c¸c virut cña ®éng vËt (tøc lµ retrovirut) víi c¸c tÕ bµo vËt chñ . H¬n n÷a , ®Ó cã mét ®iÓm
gèc cho sù sao chÐp (origin of replication) th× mét vec t¬ th­êng chØ cã mét vÞ trÝ ®¬n , n¬i dµnh
cho enzym giíi h¹n ®Æc biÖt , mÆc dï enzym cã thÓ c¾t vec t¬ ë r¸t nhiÒu ®iÓm . Vec t¬ nµy cßn
cã mét bé phËn gièng nh­ maker gene (dÊu chuÈn gen) gióp cho vec t¬ cã thÓ ®Þnh vÞ ®­îc
trong c¸c tÕ bµo. Gen kh¸ng kh¸ng sinh lµ mét dÊu chuÈn thÝch hîp bëi v× c¸c tÕ bµo cã dÊu
chuÈn vÉn cßn tån t¹i khi xö lý víi kh¸ng sinh cßn nh÷ng tÕ bµo kh«ng cã dÊu chuÈn th× sÏ bÞ
chÕt. Gi¶ thiÕt lµ cµi ®­îc mét gen th× maker gene ph¶i ho¹t ®éng .
Mét yÕu tè kh¸c lµm t¨ng gi¸ trÞ cña vec t¬ nµy lµ tÝnh thÝch nghi cña nã víi c¸c tÕ bµo vËt chñ .
TÝnh æn ®Þnh cña vec t¬ cã thÓ ®¹t ®­îc b»ng c¸ch khi muèn ®­a mét gen vµo th× ph¶i kiÓm
so¸t chÆt chÏ thêi ®iÓm ®­a gen vµo sao cho ®óng thêi kú phiªn m· , ch¼ng h¹n nh­ trong thêi
kú tÕ bµo sinh tr­ëng nhanh .Tiªu ®iÓm kiÓm so¸t sù biÓu hiÖn gen trong cång nghÖ DNA lµ sù
ho¹t ®éng ë vÞ trÝ promoter –mét tr×nh tù baz¬ t¹o nªn sù h×nh thµnh RNA th«ng tin .
TÝnh æn ®Þnh còng ®¹t ®­îc b»ng c¸ch sö dông NST thay v× c¸c vec t¬ plasmid .
§Ó gi¶m bít kh¶ n¨ng mÊt toµn bé plasmid , c¸c nhµ c«ng nghÖ DNA ®· ®­a vµo c¸c tÕ bµo
mét l­îng lín plasmid gäi lµ “high copy number-nhiÒu b¶n sao” v× cã sù cè mÊt c¸c tÕ bµo cã
chøa plasmid trong lóc ph©n chia tÕ bµo .
30
H×nh 3.5. .Bacteriophage Lamda Phage ®i vµo c¸c tÕ bµo vi khuÈn , ë ®ã lâi DNA cña nã g¾n
víi NST cña vi khuÈn . Khi tæ hîp víi DNA ngo¹i lai , phage ®ãng vai trß nh­ mét vec t¬ cho
DNA ®ã.
Mét c¸ch kh¸c ®Ó duy tr× plasmid lµm cho c¸c tÕ bµo phô thuéc plasmid ph¶i sèng tiÕp tôc .
Ch¼ng h¹n nh­ mét gen cho mét enzym cÇn thiÕt nµo ®ã cã thÓ ®­îc ®­a vµo plasmid cïng víi
mét gen kh¸c. Plasmid sÏ cµi vµo tÕ bµo c¸c gen cña enzym cÇn thiÕt ®ã. §Ó tån t¹i, c¸c tÕ bµo
ph¶i cã plasmid (vµ gen ®Ó t¹o ra c¸c enzym) . V× thÕ chØ cã c¸c tÕ bµo cã plasmid th× míi tån
t¹i ®­îc khi ph©n chia tÕ bµo .Còng cã thÓ lµ cÇn ph¶i hîp nhÊt mét gen kh¸ng kh¸ng sinh vµo
plasmid . Vµ nh­ vËy th× chØ c¸c tÕ bµo cã chøa plasmid kh¸ng l¹i kh¸ng sinh míi tån t¹i cßn
c¸c tÕ bµo kh¸c th× sÏ bÞ chÕt .
3.3.Lùa chän c¸c tÕ bµo chñ
B¶n chÊt cña vec t¬ còng quan träng nh­ b¶n chÊt cña c¸c tÕ bµo hay c¬ quan vËt chñ . Mét ®ßi
hái kh¸c lµ c¸c tÕ bµo vËt chñ ph¶i thÝch hîp ®­îc víi viÖc nu«i cÊy trong phßng thÝ nghiÖm vµ
cã kh¶ n¨ng hîp nhÊt víi c¸c vËt chÊt di truyÒn cña vec t¬ . Vµ c¸c nhµ Ho¸ sinh còng ph¶i cã
kh¶ n¨ng kiÓm so¸t ®­îc sù biÓu hiÖn gen trong c¸c tÕ bµo chñ vµ thu thËp ®­îc c¸c s¶n phÈm
cña gen .
Mét trong sè c¸c ph­¬ng tiÖn vËn t¶i lín nhÊt ®èi víi sù biÓu hiÖn protein lµ vi khuÈn
Escherichia Coli (H×nh 3.7a).
Nh­ ®· ®Ò cËp ë c¸c ch­¬ng tr­íc, vi khuÈn ®· ®­îc sö dông réng r·i ngay tõ trong c¸c thÝ
nghiÖm ®Çu tiªn cña c«ng nghÖ DNA v× ng­êi ta ®· qu¸ hiÓu vÒ vi khuÈn .§èi víi virut th×
ng­êi ta còng sö dông c¸c t­ liÖu nghiªn cøu tõ nh÷ng n¨m ®Çu 1950 . TÝnh di truyÒn cña
chóng ®· ®­îc x¸c lËp trong c¸c thÝ nghiÖm vÒ biÕn n¹p (transformation) vµ céng hîp
31
(conjugation) trong nh÷ng n¨m 1960 vµ nã ®· ®­îc dïng ®Ó giÉi m· qu¸ tr×nh tæng hîp protein
trong nh÷ng n¨m 1960 vµ 1970.
H¬n n÷a , c¸c tÕ bµo E.Coli ®­îc sö dông réng r·i cßn do chóng cã tèc ®é t¸i b¶n ®Æc biÖt cao
.Trong ®iÒu kiÖn lý t­ëng, cø 20 phót vi khuÈn nµy l¹i nh©n ®«i mét lÇn . Khi vi khuÈn t¸i sinh
th× plasmid vµ c¸c gen ®­îc cµi vµo còng ®­îc t¸i sinh .Vµ trong nhiÒu giê th× sÏ cã mét quÇn
thÓ cã tíi hµng triÖu c¸c con ch¸u cña vi khuÈn còng nh­ hµng triÖu b¶n sao cña c¸c plasmid
biÕn ®æi gen .Nh÷ng qï©n thÓ nh­ vËy gäi lµ colony(khuÈn l¹c) vµ gäi lµ dßng (clone) ®èi víi
plasmid vµ gen . Tõ lãng cña c«ng nghÖ DNA gäi lµ gen “®· ®­îc t¸ch dßng”(gene have been
cloned).ViÖc t¸ch dßng gen ë c¸c tÕ bµo ®éng vËt th× chËm h¬n nhiÒu bëi b× c¸c tÕ bµo nµy
nh©n lªn víi tèc ®é chËm so víi c¸c tÕ bµo E.Coli.
MÆc dï E.Coli lµ con ngùa thå (Workhorse) cña di truyÒn ph©n tö , nh­ng nh÷ng vi khuÈn nµy
còng cã nh÷ng ®iÓm bÊt lîi .Ch¼ng h¹n nh­ mét sè chñng E.Coli còng g©y bÖnh tiªu ch¶y ë trÎ
em vµ c¸c kh¸ch du lÞch (traveler’s diarrhea).
H¬n n÷a thµnh tÕ bµo cña c¸c tÕ bµo E.Coli cßn cã c¶ c¸c néi ®éc tè mµ c¸c néi ®éc tè nµy l¹i
cã h¹i cho con ng­êi. C¸c néi ®éc tè còng khã lo¹i ra khái c¸c chÕ phÈm thuèc .
E.Coli còng chØ t¹o ra ®­îc mét l­îng t­¬ng ®èi Ýt protein , ®©y lµ ®iÓm yÕu lµm gi¶m gi¸ trÞ
cña nã trong c«ng nghÖ DNA .
Mét sinh vËt kh¸c ®­îc biÕn ®æi , ®ã lµ vi khuÈn Bacillus Subtilis (H×nh 3.7b) . Sinh vËt h×nh
chiÕc gËy nµy kh«ng g©y bÖnh . N¨m 1958 nã ®­îc biÕn n¹p trong c¸c thÝ nghiÖm Griffith vµ tõ
sau ®ã di truyÒn vi khuÈn ®· ®­îc nghiªn cøu thÊu ®¸o h¬n .
Chñng B.Subtilis s¶n xuÊt protein mét c¸ch tÝch cùc vµ chñng nµy ®· ®­îc dïng trong c«ng
nghiÖp s¶n xó©t c¸c kh¸ng sinh , c¸c chÊt diÖt c«n trïng vµ c¸c enzym c«ng nghiÖp . Plasmid
cña B.Subtilis vµ sù tÊn c«ng cña virut sÏ ®­îc ®Ò cËp kü trong c¸c ch­¬ng sau.
Trong nh÷ng tr­êng hîp x¸c ®Þnh , ng­êi ta muèn sö dông c¸c tæ chøc nh©n chuÈn – tøc lµ c¸c
tÕ bµo cã nh©n , c¸c c¬ quan tö vµ phøc t¹p h¬n c¸c vi khuÈn nh©n trÇn . Sinh vËt thÝch hîp
trong tr­êng hîp nµy lµ nÊm mem Saccharomycess Cerevisiae (H×nh 3.7c). NÊm men kh«ng
g©y bÖnh , ®· ®­îc th¨m dß kü cµng vÒ mÆt di truyÒn vµ ®· ®­îc sö dông mét c¸ch th­êng qui
trong qu¸ tr×nh lªn men vµ lµm b¸nh m× .
Sö dông c¸c tæ chøc nh©n chñan th× tèt h¬n cho viÖc s¶n xuÊt c¸c protein cho ng­êi bëi v× c¸c
protein kh¸ phøc t¹p l¹i ®­îc s¶n xuÊt bëi c¸c tæ chøc phøc t¹p h¬n . Mét vi sinh vËt nh©n
chuÈn kh¸c lµ nÊm còng ®­îc sö dông trong c«ng nghÖ DNA , chóng ta sÏ xem xÐt sau.
Trong mét sè c¸c thÝ nghiÖm cña c«ng nghÖ DNA l¹i ®ßi hái c¸c tÕ bµo ®éng vËt cã vó
(§VCV) . Khi sö dông c¸c tÕ bµo ®éng vËt cã vó sÏ cã mét lîi thÕ lµ tr¸nh ®­îc c¸c ®éc tè nh­
khi sö dông vi khuÈn . C¸c nhµ Ho¸ sinh còng ph¸t hiÖn r»ng mét sè protein lµ qu¸ lín vµ qu¸
phøc t¹p nÕu ph¶i tæng hîp b»ng vi khuÈn (ch¼ng h¹n nh­ c¸c chÊt ho¹t ho¸ plasminogen cña
m«) . V× c¸c protein phøc t¹p cã xu h­íng cuén l¹i kh«ng ®óng quy c¸ch trong vi khuÈn vµ sù
khiÕm khuyÕt nµy cã thÓ dÉn tíi sù t¹o thµnh c¸c s¶n phÈm kh«ng cã ho¹t tÝnh . Vi khuÈn cßn
cã thÓ thiÕu hÖ enzym cã liªn quan tíi sù c¶i biÕn protein tíi d¹ng cuèi cïng cña nã nh­ viÖc
g¾n thªm ph©n tö cachohydrat ch¼ng h¹n .
32
H×nh 3.6. C¸c tÕ bµo chñ lµ vi sinh vËt dïng cho c«ng nghÖ DNA ,(a) Escherichia Coli ,(b)
Bacillus subtilis , (c) Saccharomyces cerevisiae .
Mét bÊt lîi khi lµm viÖc víi c¸c tÕ bµo §VCV lµ thao t¸c rÊt khã kh¨n vµ ®¾t tiÒn so víi viÖc
sö dông c¸c tÕ bµo vi khuÈn . ViÖc nu«i cÊy c¸c tÕ bµo §VCV còng rÊt phøc t¹p vµ viÖc cµi c¸c
33
ph©n tö vec t¬ vµo c¸c tÕ bµo §VCV lµ cùc kú phøc t¹p. Tuy nhiªn, c¸c nhµ c«ng nghÖ DNA ®·
ph©n chia ra nhiÒu ®­êng h­íng ®Ó hoµn tÊt viÖc tæng hîp protein trong c¸c tÕ bµo §VCV b»ng
c¸ch sö dông c¸c tr×nh tù promoter, nh÷ng vec t¬ míi ,vµ c¶ nh÷ng ph­¬ng ph¸p míi ®Ó bµi
xuÊt protein .
Khi vec t¬ ®· ®­îc chuÈn bÞ råi th× viÖc cµi nã vµo c¸c tÕ bµo hay tæ chøc tiÕp nhËn t­¬ng ®èi
dÔ dµng . Plasmid vµ Cosmid sÏ th©m nhËp vµo c¸c tÕ bµo khi lµm nãng lªn hay lµm l¹nh ®i xen
kÏ cïng víi sù cã mÆt cña can xi clorua vµ virut x©m nhËp vµo tÕ bµo trong lóc c¸c qu¸ tr×nh
sao chÐp cña chóng vÉn diÔn ra mét c¸ch b×nh th­êng .
Mét ph­¬ng ph¸p kh¸c dïng ®Ó cµi lµ ®¹n sinh häc biological bullistic” , c¸c
ph­¬ng ph¸p vi tiªm (microsyring injection) sÏ ®­îc bµn sau.
3.4.Sù biÓu hiÖn cña gen
Khi ®· chuÈn bÞ ®­îc vec t¬ vµ cµi ®­îc vµo c¸c tÕ bµo hay tæ chøc cña vËt chñ th× c¸c nhµ c«ng
nghÖ DNA ph¶i ý thøc tíi viÖc xem xÐt vÒ mÆt Ho¸ sinh v× nã cßn gãp phÇn vµo sù thµnh , b¹i
cña c¶ qu¸ tr×nh.
Nh÷ng b­íc nµy còng ph¶i thËn träng nh­ c¸c b­íc tr­íc bëi v× c¸c qu¸ tr×nh sinh ho¸ cßn
liªn quan tíi sù biÓu hiÖn gen bªn trong tÕ bµo .
Mçi bø¬c nh­ thÕ phô thuéc vµo sù ®Þnh vÞ chiÕn l­îc (strategic location), tøc lµ ph¶i ®Æt chÝnh
x¸c gen cÇn cµi vµo ®óng vÞ trÝ trªn plasmid (H5.9) . Khi enzym RNA polymeraza phiªn m·
DNA thµnh mRNA th× còng lµ lóc b¾t ®Çu qu¸ tr×nh ®Þnh vÞ mét vÞ trÝ nhËn d¹ng trªn ph©n tö
DNA .VÞ trÝ nµy gäi lµ vÞ trÝ promoter (promoter site), ®ã lµ mét tr×nh tù baz¬ nãi lªn r»ng
enzym ®· b¾t ®Çu tæng hîp mRNA .Enzym nµy sau ®ã di chuyÓn däc theo ph©n tö DNA vµ
tæng hîp mRNA cho tíi khi ®Õn m· kÕt thóc. §Ó cã sù biªu hiÖn gen th× vÞ trÝ promoter ph¶i
®­îc ®Æt ®óng dÊu (spot) trªn vec t¬ cã liªn quan víi gen.
H×nh 3.7. Vai trß cña Vec t¬ ch¼ng h¹n nh­ plasmid m· ho¸ Insulin. Plasmid cã c¸c vÞ trÝ ®Ó
khëi ®Çu sù h×nh thµnh mRNA (promoter), nã cho phÐp g¾n víi Riboxom vµ kÕt thóc sù t¹o
thµnh mRNA (terminator) . Trong c¸c tÕ bµo nh©n chuÈn th× mRMA më ®Çu ®­îc c¶i biÕn
b»ng c¸ch lo¹i ®i nh÷ng intron ®Ó t¹o thµnh ph©n tö mRNA cuèi cïng .
VÞ trÝ kÕt thóc (termination site) còng cã tÇm quan träng nh­ vÞ trÝ promoter. §©y lµ m· cña c¸c
baz¬ tÝn hiÖu kÐt thóc qu¸ tr×nh phiªn m· . §iÒu nµy thËt lµ h÷u Ých v× ®· ®Æt mét tÝn hiÖu h÷u
hiÖu ngay sau gen ®Ó ng¨n ngõa viÖc ®äc lÊn c¶ sang c¸c gen bªn c¹nh .Gen mong muèn sÏ
®­îc ®Æt thËt chÝnh x¸c gi÷a vÞ trÝ promoter vµ vÞ trÝ kÕt thóc ®Ó ®¶m b¶o cho sù phiªn m· hîp
lý .
H¬n n÷a, ®èi víi c¸c vÞ trÝ promoter vµ vÞ trÝ kÕt thóc th× c¸c vec t¬ ph¶i chøa mét tr×nh tù baz¬
cho vÞ trÝ g¾n riboxom (ribosomal binding site). VÞ trÝ nµy lµ cÇn thiÕt bëi v× bëi v× ph©n tö
mRNA ®­îc m· ho¸ bëi gen ph¶i ®­îc g¾n víi riboxom vµ ®Ó lµm ®­îc ®iÒu ®ã th× cÇn ph¶i cã
mét tr×nh tù baz¬ bæ cøu víi nã trªn riboxom .NÕu viÖc g¾n kh«ng thµnh c«ng th× pha dÞch m·
®Ó tæng hîp protein sÏ kh«ng x¶y ra vµ gen kh«ng ®­îc biÓu hiÖn.
Mét vÊn ®Ò kh¸c cÇn ph¶i xem xÐt ®èi víi sù biÓu hiÖn gen cã liªn quan tíi sù tæng hîp c¸c
ph©n tö mRNA.ë vi khuÈn toµn bé tr×nh tù DNA ®­îc phiªn m· thµnh ph©n tö mRNA .Nh­ng
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU
GEN TRỊ LIỆU

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Bai 301 phat trien cua tre qua cac giai doan
Bai 301 phat trien cua tre qua cac giai doanBai 301 phat trien cua tre qua cac giai doan
Bai 301 phat trien cua tre qua cac giai doanThanh Liem Vo
 
Các kỹ thuật dt phân tử
Các kỹ thuật dt phân tửCác kỹ thuật dt phân tử
Các kỹ thuật dt phân tửbittercoffee
 
ĐẶC ĐIỂM SỰ TẠO MÁU
ĐẶC ĐIỂM SỰ TẠO MÁUĐẶC ĐIỂM SỰ TẠO MÁU
ĐẶC ĐIỂM SỰ TẠO MÁUSoM
 
GIAO TỬ Ở LOÀI NGƯỜI
GIAO TỬ Ở LOÀI NGƯỜIGIAO TỬ Ở LOÀI NGƯỜI
GIAO TỬ Ở LOÀI NGƯỜISoM
 
Vi sinh ký sinh trùng CĐHĐ
Vi sinh ký sinh trùng CĐHĐVi sinh ký sinh trùng CĐHĐ
Vi sinh ký sinh trùng CĐHĐTS DUOC
 
Bài giảng nhóm thuốc kháng Histamin h1
Bài giảng nhóm thuốc kháng Histamin h1Bài giảng nhóm thuốc kháng Histamin h1
Bài giảng nhóm thuốc kháng Histamin h1Nghia Nguyen Trong
 
Bai 1: Xay dung khau phan-y40
Bai 1: Xay dung khau phan-y40Bai 1: Xay dung khau phan-y40
Bai 1: Xay dung khau phan-y40Hiếu Nguyễn
 
Giải tình huống nhi dinh dưỡng (tham khảo).docx
Giải tình huống nhi dinh dưỡng (tham khảo).docxGiải tình huống nhi dinh dưỡng (tham khảo).docx
Giải tình huống nhi dinh dưỡng (tham khảo).docxSoM
 
SỬ DỤNG CORTICOID TRONG SẢN KHOA
SỬ DỤNG CORTICOID TRONG SẢN KHOASỬ DỤNG CORTICOID TRONG SẢN KHOA
SỬ DỤNG CORTICOID TRONG SẢN KHOASoM
 
Chương i(nckh)
Chương i(nckh)Chương i(nckh)
Chương i(nckh)besstuan
 
TRẮC NGHIỆM BUỒNG TRỨNG, NOÃN BÀO, PHÔI VÀ THAI
TRẮC NGHIỆM BUỒNG TRỨNG, NOÃN BÀO, PHÔI VÀ THAITRẮC NGHIỆM BUỒNG TRỨNG, NOÃN BÀO, PHÔI VÀ THAI
TRẮC NGHIỆM BUỒNG TRỨNG, NOÃN BÀO, PHÔI VÀ THAISoM
 
THU THẬP THÔNG TIN ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH (QUẢN LÝ Y TẾ)
THU THẬP THÔNG TIN ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH (QUẢN LÝ Y TẾ)THU THẬP THÔNG TIN ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH (QUẢN LÝ Y TẾ)
THU THẬP THÔNG TIN ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH (QUẢN LÝ Y TẾ)SoM
 
Giáo trình công nghệ sinh học đại cương - Đỗ Năng Vịnh
Giáo trình công nghệ sinh học đại cương - Đỗ Năng Vịnh Giáo trình công nghệ sinh học đại cương - Đỗ Năng Vịnh
Giáo trình công nghệ sinh học đại cương - Đỗ Năng Vịnh Tài liệu sinh học
 
CHUYỂN HÓA PROTEIN
CHUYỂN HÓA PROTEINCHUYỂN HÓA PROTEIN
CHUYỂN HÓA PROTEINSoM
 
SỰ TẠO NOÃN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
SỰ TẠO NOÃN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNGSỰ TẠO NOÃN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
SỰ TẠO NOÃN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNGSoM
 
QUẢN LÝ THAI NGHÉN - ĐH Y KHOA PNT
QUẢN LÝ THAI NGHÉN - ĐH Y KHOA PNTQUẢN LÝ THAI NGHÉN - ĐH Y KHOA PNT
QUẢN LÝ THAI NGHÉN - ĐH Y KHOA PNTTín Nguyễn-Trương
 
CÂU HỎI y học hạt nhân y2012 2
CÂU HỎI y học hạt nhân y2012 2CÂU HỎI y học hạt nhân y2012 2
CÂU HỎI y học hạt nhân y2012 2SoM
 

Mais procurados (20)

Bai 301 phat trien cua tre qua cac giai doan
Bai 301 phat trien cua tre qua cac giai doanBai 301 phat trien cua tre qua cac giai doan
Bai 301 phat trien cua tre qua cac giai doan
 
Các kỹ thuật dt phân tử
Các kỹ thuật dt phân tửCác kỹ thuật dt phân tử
Các kỹ thuật dt phân tử
 
ĐẶC ĐIỂM SỰ TẠO MÁU
ĐẶC ĐIỂM SỰ TẠO MÁUĐẶC ĐIỂM SỰ TẠO MÁU
ĐẶC ĐIỂM SỰ TẠO MÁU
 
GIAO TỬ Ở LOÀI NGƯỜI
GIAO TỬ Ở LOÀI NGƯỜIGIAO TỬ Ở LOÀI NGƯỜI
GIAO TỬ Ở LOÀI NGƯỜI
 
Vi sinh ký sinh trùng CĐHĐ
Vi sinh ký sinh trùng CĐHĐVi sinh ký sinh trùng CĐHĐ
Vi sinh ký sinh trùng CĐHĐ
 
Bài giảng nhóm thuốc kháng Histamin h1
Bài giảng nhóm thuốc kháng Histamin h1Bài giảng nhóm thuốc kháng Histamin h1
Bài giảng nhóm thuốc kháng Histamin h1
 
Bai 1: Xay dung khau phan-y40
Bai 1: Xay dung khau phan-y40Bai 1: Xay dung khau phan-y40
Bai 1: Xay dung khau phan-y40
 
Giải tình huống nhi dinh dưỡng (tham khảo).docx
Giải tình huống nhi dinh dưỡng (tham khảo).docxGiải tình huống nhi dinh dưỡng (tham khảo).docx
Giải tình huống nhi dinh dưỡng (tham khảo).docx
 
SỬ DỤNG CORTICOID TRONG SẢN KHOA
SỬ DỤNG CORTICOID TRONG SẢN KHOASỬ DỤNG CORTICOID TRONG SẢN KHOA
SỬ DỤNG CORTICOID TRONG SẢN KHOA
 
Chương i(nckh)
Chương i(nckh)Chương i(nckh)
Chương i(nckh)
 
TRẮC NGHIỆM BUỒNG TRỨNG, NOÃN BÀO, PHÔI VÀ THAI
TRẮC NGHIỆM BUỒNG TRỨNG, NOÃN BÀO, PHÔI VÀ THAITRẮC NGHIỆM BUỒNG TRỨNG, NOÃN BÀO, PHÔI VÀ THAI
TRẮC NGHIỆM BUỒNG TRỨNG, NOÃN BÀO, PHÔI VÀ THAI
 
Khv va pp lam tieu ban
Khv va pp lam tieu banKhv va pp lam tieu ban
Khv va pp lam tieu ban
 
Vitamin
VitaminVitamin
Vitamin
 
THU THẬP THÔNG TIN ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH (QUẢN LÝ Y TẾ)
THU THẬP THÔNG TIN ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH (QUẢN LÝ Y TẾ)THU THẬP THÔNG TIN ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH (QUẢN LÝ Y TẾ)
THU THẬP THÔNG TIN ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH (QUẢN LÝ Y TẾ)
 
Giáo trình công nghệ sinh học đại cương - Đỗ Năng Vịnh
Giáo trình công nghệ sinh học đại cương - Đỗ Năng Vịnh Giáo trình công nghệ sinh học đại cương - Đỗ Năng Vịnh
Giáo trình công nghệ sinh học đại cương - Đỗ Năng Vịnh
 
CHUYỂN HÓA PROTEIN
CHUYỂN HÓA PROTEINCHUYỂN HÓA PROTEIN
CHUYỂN HÓA PROTEIN
 
SỰ TẠO NOÃN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
SỰ TẠO NOÃN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNGSỰ TẠO NOÃN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
SỰ TẠO NOÃN VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
 
Insulin
InsulinInsulin
Insulin
 
QUẢN LÝ THAI NGHÉN - ĐH Y KHOA PNT
QUẢN LÝ THAI NGHÉN - ĐH Y KHOA PNTQUẢN LÝ THAI NGHÉN - ĐH Y KHOA PNT
QUẢN LÝ THAI NGHÉN - ĐH Y KHOA PNT
 
CÂU HỎI y học hạt nhân y2012 2
CÂU HỎI y học hạt nhân y2012 2CÂU HỎI y học hạt nhân y2012 2
CÂU HỎI y học hạt nhân y2012 2
 

Semelhante a GEN TRỊ LIỆU

[hsgs.edu.vn] Campbell_Ch21_HeGen&TienHoa (1).pdf
[hsgs.edu.vn] Campbell_Ch21_HeGen&TienHoa (1).pdf[hsgs.edu.vn] Campbell_Ch21_HeGen&TienHoa (1).pdf
[hsgs.edu.vn] Campbell_Ch21_HeGen&TienHoa (1).pdftinmnhl2
 
Chon hoc sinh gioi 8
Chon hoc sinh gioi 8Chon hoc sinh gioi 8
Chon hoc sinh gioi 8lollipop_ikuz
 
Bai21: Đột biến gen
Bai21: Đột biến genBai21: Đột biến gen
Bai21: Đột biến genpseudobio2012
 
Đóng góp của ngành Công nghệ sinh học Việt Nam vào nền kinh tế tri thức: Thực...
Đóng góp của ngành Công nghệ sinh học Việt Nam vào nền kinh tế tri thức: Thực...Đóng góp của ngành Công nghệ sinh học Việt Nam vào nền kinh tế tri thức: Thực...
Đóng góp của ngành Công nghệ sinh học Việt Nam vào nền kinh tế tri thức: Thực...Kien Thuc
 
Sinh lý động vật nâng cao 1
Sinh lý động vật nâng cao 1Sinh lý động vật nâng cao 1
Sinh lý động vật nâng cao 1www. mientayvn.com
 
Bài Giảng Bệnh Bò Điên
Bài Giảng Bệnh Bò Điên Bài Giảng Bệnh Bò Điên
Bài Giảng Bệnh Bò Điên nataliej4
 
Khảo Sát Tình Hình Thiếu Máu Của Các Bệnh Nhân Điều Trị Tại Bệnh Viện Đa Khoa...
Khảo Sát Tình Hình Thiếu Máu Của Các Bệnh Nhân Điều Trị Tại Bệnh Viện Đa Khoa...Khảo Sát Tình Hình Thiếu Máu Của Các Bệnh Nhân Điều Trị Tại Bệnh Viện Đa Khoa...
Khảo Sát Tình Hình Thiếu Máu Của Các Bệnh Nhân Điều Trị Tại Bệnh Viện Đa Khoa...NuioKila
 
Bài giảng tâm lý học đại cương
Bài giảng tâm lý học đại cươngBài giảng tâm lý học đại cương
Bài giảng tâm lý học đại cươngjackjohn45
 
Ngoaibenhly tap1 w
Ngoaibenhly tap1 wNgoaibenhly tap1 w
Ngoaibenhly tap1 wnhudung84
 
Quản lý và tổ chức y tế - ĐH Thái Nguyên
Quản lý và tổ chức y tế - ĐH Thái NguyênQuản lý và tổ chức y tế - ĐH Thái Nguyên
Quản lý và tổ chức y tế - ĐH Thái NguyênTS DUOC
 
Ds kythuat sxdp_t2_w
Ds kythuat sxdp_t2_wDs kythuat sxdp_t2_w
Ds kythuat sxdp_t2_wTu Sắc
 
Benh di-ung
Benh di-ungBenh di-ung
Benh di-ungBuu Dang
 
bệnh học và điều trị đông y ( dành cho đào tạo bác sĩ y học cổ truyền)
bệnh học và điều trị đông y ( dành cho đào tạo bác sĩ y học cổ truyền)bệnh học và điều trị đông y ( dành cho đào tạo bác sĩ y học cổ truyền)
bệnh học và điều trị đông y ( dành cho đào tạo bác sĩ y học cổ truyền)drhoanghuy
 
Bai 30 Virut Day Ptth
Bai 30 Virut Day PtthBai 30 Virut Day Ptth
Bai 30 Virut Day Ptthvietbio
 
Đại cương Kí sinh trùng
Đại cương Kí sinh trùngĐại cương Kí sinh trùng
Đại cương Kí sinh trùngNguyễn Hưng
 
KHUYẾT ĐIỂM Ở THÀNH BỤNG TRƯỚC
KHUYẾT ĐIỂM Ở THÀNH BỤNG TRƯỚCKHUYẾT ĐIỂM Ở THÀNH BỤNG TRƯỚC
KHUYẾT ĐIỂM Ở THÀNH BỤNG TRƯỚCSoM
 
Làm phân ủ thật đơn giản
Làm phân ủ thật đơn giảnLàm phân ủ thật đơn giản
Làm phân ủ thật đơn giảnLoc Nguyen
 
Tiet 22 bai 21 di truyen y hocppt
Tiet 22 bai 21  di truyen y hocpptTiet 22 bai 21  di truyen y hocppt
Tiet 22 bai 21 di truyen y hocpptcodientech
 

Semelhante a GEN TRỊ LIỆU (20)

[hsgs.edu.vn] Campbell_Ch21_HeGen&TienHoa (1).pdf
[hsgs.edu.vn] Campbell_Ch21_HeGen&TienHoa (1).pdf[hsgs.edu.vn] Campbell_Ch21_HeGen&TienHoa (1).pdf
[hsgs.edu.vn] Campbell_Ch21_HeGen&TienHoa (1).pdf
 
Chon hoc sinh gioi 8
Chon hoc sinh gioi 8Chon hoc sinh gioi 8
Chon hoc sinh gioi 8
 
Giáo trình Vi sinh vật trong nông nghiệp và xử lý môi trường
Giáo trình Vi sinh vật trong nông nghiệp và xử lý môi trườngGiáo trình Vi sinh vật trong nông nghiệp và xử lý môi trường
Giáo trình Vi sinh vật trong nông nghiệp và xử lý môi trường
 
Bai21: Đột biến gen
Bai21: Đột biến genBai21: Đột biến gen
Bai21: Đột biến gen
 
Đóng góp của ngành Công nghệ sinh học Việt Nam vào nền kinh tế tri thức: Thực...
Đóng góp của ngành Công nghệ sinh học Việt Nam vào nền kinh tế tri thức: Thực...Đóng góp của ngành Công nghệ sinh học Việt Nam vào nền kinh tế tri thức: Thực...
Đóng góp của ngành Công nghệ sinh học Việt Nam vào nền kinh tế tri thức: Thực...
 
Sinh lý động vật nâng cao 1
Sinh lý động vật nâng cao 1Sinh lý động vật nâng cao 1
Sinh lý động vật nâng cao 1
 
Bài Giảng Bệnh Bò Điên
Bài Giảng Bệnh Bò Điên Bài Giảng Bệnh Bò Điên
Bài Giảng Bệnh Bò Điên
 
Khảo Sát Tình Hình Thiếu Máu Của Các Bệnh Nhân Điều Trị Tại Bệnh Viện Đa Khoa...
Khảo Sát Tình Hình Thiếu Máu Của Các Bệnh Nhân Điều Trị Tại Bệnh Viện Đa Khoa...Khảo Sát Tình Hình Thiếu Máu Của Các Bệnh Nhân Điều Trị Tại Bệnh Viện Đa Khoa...
Khảo Sát Tình Hình Thiếu Máu Của Các Bệnh Nhân Điều Trị Tại Bệnh Viện Đa Khoa...
 
Bài giảng tâm lý học đại cương
Bài giảng tâm lý học đại cươngBài giảng tâm lý học đại cương
Bài giảng tâm lý học đại cương
 
Ngoaibenhly tap1 w
Ngoaibenhly tap1 wNgoaibenhly tap1 w
Ngoaibenhly tap1 w
 
Quản lý và tổ chức y tế - ĐH Thái Nguyên
Quản lý và tổ chức y tế - ĐH Thái NguyênQuản lý và tổ chức y tế - ĐH Thái Nguyên
Quản lý và tổ chức y tế - ĐH Thái Nguyên
 
Ds kythuat sxdp_t2_w
Ds kythuat sxdp_t2_wDs kythuat sxdp_t2_w
Ds kythuat sxdp_t2_w
 
Benh di-ung
Benh di-ungBenh di-ung
Benh di-ung
 
bệnh học và điều trị đông y ( dành cho đào tạo bác sĩ y học cổ truyền)
bệnh học và điều trị đông y ( dành cho đào tạo bác sĩ y học cổ truyền)bệnh học và điều trị đông y ( dành cho đào tạo bác sĩ y học cổ truyền)
bệnh học và điều trị đông y ( dành cho đào tạo bác sĩ y học cổ truyền)
 
benhhocdtdy.pdf
benhhocdtdy.pdfbenhhocdtdy.pdf
benhhocdtdy.pdf
 
Bai 30 Virut Day Ptth
Bai 30 Virut Day PtthBai 30 Virut Day Ptth
Bai 30 Virut Day Ptth
 
Đại cương Kí sinh trùng
Đại cương Kí sinh trùngĐại cương Kí sinh trùng
Đại cương Kí sinh trùng
 
KHUYẾT ĐIỂM Ở THÀNH BỤNG TRƯỚC
KHUYẾT ĐIỂM Ở THÀNH BỤNG TRƯỚCKHUYẾT ĐIỂM Ở THÀNH BỤNG TRƯỚC
KHUYẾT ĐIỂM Ở THÀNH BỤNG TRƯỚC
 
Làm phân ủ thật đơn giản
Làm phân ủ thật đơn giảnLàm phân ủ thật đơn giản
Làm phân ủ thật đơn giản
 
Tiet 22 bai 21 di truyen y hocppt
Tiet 22 bai 21  di truyen y hocpptTiet 22 bai 21  di truyen y hocppt
Tiet 22 bai 21 di truyen y hocppt
 

Mais de Great Doctor

ĐIỀU CHỈNH RỐI LOẠN ĐIỆN GIẢI TRONG CẤP CỨU TIM
ĐIỀU CHỈNH RỐI LOẠN ĐIỆN GIẢI TRONG CẤP CỨU TIMĐIỀU CHỈNH RỐI LOẠN ĐIỆN GIẢI TRONG CẤP CỨU TIM
ĐIỀU CHỈNH RỐI LOẠN ĐIỆN GIẢI TRONG CẤP CỨU TIMGreat Doctor
 
TÂY Y - BỆNH THẤP KHỚP
TÂY Y - BỆNH THẤP KHỚPTÂY Y - BỆNH THẤP KHỚP
TÂY Y - BỆNH THẤP KHỚPGreat Doctor
 
TÂY Y - KHÁM TIM,ÂM THỔI, HỘI CHỨNG VAN TIM
TÂY Y - KHÁM TIM,ÂM THỔI, HỘI CHỨNG VAN TIMTÂY Y - KHÁM TIM,ÂM THỔI, HỘI CHỨNG VAN TIM
TÂY Y - KHÁM TIM,ÂM THỔI, HỘI CHỨNG VAN TIMGreat Doctor
 
TÂY Y - TỔN THƯƠNG THẬN CẤP
TÂY Y - TỔN THƯƠNG THẬN CẤPTÂY Y - TỔN THƯƠNG THẬN CẤP
TÂY Y - TỔN THƯƠNG THẬN CẤPGreat Doctor
 
100 CÁCH CHỮA BỆNH ĐAU LƯNG
100 CÁCH CHỮA  BỆNH ĐAU LƯNG100 CÁCH CHỮA  BỆNH ĐAU LƯNG
100 CÁCH CHỮA BỆNH ĐAU LƯNGGreat Doctor
 
XOA BÓP BẤM HUYỆT CHỮA BỆNH
XOA BÓP BẤM HUYỆT CHỮA BỆNHXOA BÓP BẤM HUYỆT CHỮA BỆNH
XOA BÓP BẤM HUYỆT CHỮA BỆNHGreat Doctor
 
ĐÔNG Y - LÃO KHOA Y HỌC CỔ TRUYỀN
ĐÔNG Y - LÃO KHOA Y HỌC CỔ TRUYỀNĐÔNG Y - LÃO KHOA Y HỌC CỔ TRUYỀN
ĐÔNG Y - LÃO KHOA Y HỌC CỔ TRUYỀNGreat Doctor
 
TÂY Y - TIẾP CẬN CHẨN
TÂY Y - TIẾP CẬN CHẨN TÂY Y - TIẾP CẬN CHẨN
TÂY Y - TIẾP CẬN CHẨN Great Doctor
 
TÂY Y - KĨ NĂNG PHÒNG MỔ
TÂY Y - KĨ NĂNG PHÒNG MỔTÂY Y - KĨ NĂNG PHÒNG MỔ
TÂY Y - KĨ NĂNG PHÒNG MỔGreat Doctor
 
TÂY Y - KHÁM VAI, CÁNH TAY
TÂY Y - KHÁM VAI, CÁNH TAYTÂY Y - KHÁM VAI, CÁNH TAY
TÂY Y - KHÁM VAI, CÁNH TAYGreat Doctor
 
TÂY Y - KHÁM VÚ
TÂY Y - KHÁM VÚTÂY Y - KHÁM VÚ
TÂY Y - KHÁM VÚGreat Doctor
 
TÂY Y - KHÁM TOÀN TRẠNG
TÂY Y - KHÁM TOÀN TRẠNGTÂY Y - KHÁM TOÀN TRẠNG
TÂY Y - KHÁM TOÀN TRẠNGGreat Doctor
 
TÂY Y - KHÁM THOÁT VỊ
TÂY Y - KHÁM THOÁT VỊTÂY Y - KHÁM THOÁT VỊ
TÂY Y - KHÁM THOÁT VỊGreat Doctor
 
TÂY Y- KHÁM TIÊU HÓA
TÂY Y- KHÁM TIÊU HÓATÂY Y- KHÁM TIÊU HÓA
TÂY Y- KHÁM TIÊU HÓAGreat Doctor
 
TÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG NGỰC
TÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG NGỰCTÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG NGỰC
TÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG NGỰCGreat Doctor
 
TÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG VÀ TỔN THƯƠNG MẠCH MÁU
TÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG VÀ TỔN THƯƠNG MẠCH MÁUTÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG VÀ TỔN THƯƠNG MẠCH MÁU
TÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG VÀ TỔN THƯƠNG MẠCH MÁUGreat Doctor
 
TÂY Y - KHÁM CẤP CỨU CƠN ĐAU BỤNG CẤP
TÂY Y - KHÁM CẤP CỨU CƠN ĐAU BỤNG CẤPTÂY Y - KHÁM CẤP CỨU CƠN ĐAU BỤNG CẤP
TÂY Y - KHÁM CẤP CỨU CƠN ĐAU BỤNG CẤPGreat Doctor
 
TÂY Y - DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP KHÁM MẮT
TÂY Y - DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP KHÁM MẮTTÂY Y - DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP KHÁM MẮT
TÂY Y - DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP KHÁM MẮTGreat Doctor
 
TÂY Y - KHÁM ĐAU VAI
TÂY Y - KHÁM ĐAU VAITÂY Y - KHÁM ĐAU VAI
TÂY Y - KHÁM ĐAU VAIGreat Doctor
 

Mais de Great Doctor (20)

ĐIỀU CHỈNH RỐI LOẠN ĐIỆN GIẢI TRONG CẤP CỨU TIM
ĐIỀU CHỈNH RỐI LOẠN ĐIỆN GIẢI TRONG CẤP CỨU TIMĐIỀU CHỈNH RỐI LOẠN ĐIỆN GIẢI TRONG CẤP CỨU TIM
ĐIỀU CHỈNH RỐI LOẠN ĐIỆN GIẢI TRONG CẤP CỨU TIM
 
TÂY Y - BỆNH THẤP KHỚP
TÂY Y - BỆNH THẤP KHỚPTÂY Y - BỆNH THẤP KHỚP
TÂY Y - BỆNH THẤP KHỚP
 
TÂY Y - KHÁM TIM,ÂM THỔI, HỘI CHỨNG VAN TIM
TÂY Y - KHÁM TIM,ÂM THỔI, HỘI CHỨNG VAN TIMTÂY Y - KHÁM TIM,ÂM THỔI, HỘI CHỨNG VAN TIM
TÂY Y - KHÁM TIM,ÂM THỔI, HỘI CHỨNG VAN TIM
 
TÂY Y - TỔN THƯƠNG THẬN CẤP
TÂY Y - TỔN THƯƠNG THẬN CẤPTÂY Y - TỔN THƯƠNG THẬN CẤP
TÂY Y - TỔN THƯƠNG THẬN CẤP
 
100 CÁCH CHỮA BỆNH ĐAU LƯNG
100 CÁCH CHỮA  BỆNH ĐAU LƯNG100 CÁCH CHỮA  BỆNH ĐAU LƯNG
100 CÁCH CHỮA BỆNH ĐAU LƯNG
 
XOA BÓP BẤM HUYỆT CHỮA BỆNH
XOA BÓP BẤM HUYỆT CHỮA BỆNHXOA BÓP BẤM HUYỆT CHỮA BỆNH
XOA BÓP BẤM HUYỆT CHỮA BỆNH
 
ĐÔNG Y - LÃO KHOA Y HỌC CỔ TRUYỀN
ĐÔNG Y - LÃO KHOA Y HỌC CỔ TRUYỀNĐÔNG Y - LÃO KHOA Y HỌC CỔ TRUYỀN
ĐÔNG Y - LÃO KHOA Y HỌC CỔ TRUYỀN
 
KHÁM HÔ HẤP
KHÁM HÔ HẤPKHÁM HÔ HẤP
KHÁM HÔ HẤP
 
TÂY Y - TIẾP CẬN CHẨN
TÂY Y - TIẾP CẬN CHẨN TÂY Y - TIẾP CẬN CHẨN
TÂY Y - TIẾP CẬN CHẨN
 
TÂY Y - KĨ NĂNG PHÒNG MỔ
TÂY Y - KĨ NĂNG PHÒNG MỔTÂY Y - KĨ NĂNG PHÒNG MỔ
TÂY Y - KĨ NĂNG PHÒNG MỔ
 
TÂY Y - KHÁM VAI, CÁNH TAY
TÂY Y - KHÁM VAI, CÁNH TAYTÂY Y - KHÁM VAI, CÁNH TAY
TÂY Y - KHÁM VAI, CÁNH TAY
 
TÂY Y - KHÁM VÚ
TÂY Y - KHÁM VÚTÂY Y - KHÁM VÚ
TÂY Y - KHÁM VÚ
 
TÂY Y - KHÁM TOÀN TRẠNG
TÂY Y - KHÁM TOÀN TRẠNGTÂY Y - KHÁM TOÀN TRẠNG
TÂY Y - KHÁM TOÀN TRẠNG
 
TÂY Y - KHÁM THOÁT VỊ
TÂY Y - KHÁM THOÁT VỊTÂY Y - KHÁM THOÁT VỊ
TÂY Y - KHÁM THOÁT VỊ
 
TÂY Y- KHÁM TIÊU HÓA
TÂY Y- KHÁM TIÊU HÓATÂY Y- KHÁM TIÊU HÓA
TÂY Y- KHÁM TIÊU HÓA
 
TÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG NGỰC
TÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG NGỰCTÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG NGỰC
TÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG NGỰC
 
TÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG VÀ TỔN THƯƠNG MẠCH MÁU
TÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG VÀ TỔN THƯƠNG MẠCH MÁUTÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG VÀ TỔN THƯƠNG MẠCH MÁU
TÂY Y - KHÁM CHẤN THƯƠNG VÀ TỔN THƯƠNG MẠCH MÁU
 
TÂY Y - KHÁM CẤP CỨU CƠN ĐAU BỤNG CẤP
TÂY Y - KHÁM CẤP CỨU CƠN ĐAU BỤNG CẤPTÂY Y - KHÁM CẤP CỨU CƠN ĐAU BỤNG CẤP
TÂY Y - KHÁM CẤP CỨU CƠN ĐAU BỤNG CẤP
 
TÂY Y - DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP KHÁM MẮT
TÂY Y - DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP KHÁM MẮTTÂY Y - DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP KHÁM MẮT
TÂY Y - DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP KHÁM MẮT
 
TÂY Y - KHÁM ĐAU VAI
TÂY Y - KHÁM ĐAU VAITÂY Y - KHÁM ĐAU VAI
TÂY Y - KHÁM ĐAU VAI
 

GEN TRỊ LIỆU

  • 1.
  • 2. 2 LêI NãI §ÇU Sau sù kiÖn träng ®¹i - th¸ng 6 n¨m 2000 khi tr×nh tù ph¸c th¶o bé gen ng­êi ®· ®­îc c«ng bè , tÊt c¶ mäi ng­êi trªn hµnh tinh ®Òu chê ®îi mét ngµy nµo ®ã con ng­êi cã thÓ trÞ ®­îc c¸c bÖnh nan y vµ ngµy ®ã ®· ®Õn . HiÖn nay ng­ßi ta cã thÓ chÈn ®o¸n vµ ®iÒu trÞ ®­îc c¸c bÖnh b»ng c«ng nghÖ DNA . Sù xuÊt hiÖn cña ®Çu dß DNA cïng víi PCR ®· gi¶i quyÕt ®­îc nhiÒu vÊn ®Ò bøc thiÕt cña Y häc , ch¼ng h¹n nh­ thay v× ph¶i chê ®îi hµng tuÇn lÔ ®Ó cã mét xÐt nghiÖm vÒ vi khuÈn lao th× nay c«ng viÖc ®ã chØ mÊt vµi giê thËm chÝ cã thÓ sím h¬n n÷a . §iÒu nµy gióp Ých cho c¸c bÖnh nh©n ®­îc ®iÒu trÞ sím h¬n vµ tr¸nh ®­îc sù l©y lan trong céng ®ång . Víi ph­¬ng ph¸p ch÷a bÖnh b»ng gen hay gäi v¾n t¾t lµ gen trÞ liÖu ®· ch÷a ®­îc nhiÒu bÖnh di truyÒn nh­ bÖnh x¬ nang , bÖnh ®au c¬ Duchenne , bÖnh Huntington , Héi chøng gÉy nhiÔm s¾c thÓ X , U nguyªn bµo vâng m¹c , bÖnh Alzheimer , bÖnh x¬ cøng teo c¬ cét bªn , bÖnh tiÓu ®­êng , bÖnh ung th­ v.v.. Trong t­¬ng lai c¸c bÖnh nh­ Cholesterol cao cã tÝnh chÊt gia ®×nh, c¸c bÖnh vÒ gan , bÖnh Lesh- Nyhan , bÖnh Gaucher vµ bÖnh ­a ch¶y m¸u còng sÏ ®­îc xö lý b»ng gen trÞ liÖu . Míi ®©y nhãm nghiªn cøu t¹i Tr­êng §¹i häc California , Los Angles ®· sö dông liposom ®­îc bao bëi polyethylen glycol (PEG) ®Ó ®­a vµo tËn c¸c tÕ bµo n·o . ViÖc chuyÓn gen vµo n·o lµ mét thµnh c«ng rÊt cã ý nghÜa , nã t¹o tiÒm n¨ng cho viÖc trÞ c¸c bÖnh Parkinson (New Scientist . Com-March 20, 2003) §iÒu mµ mäi ng­êi ®ang chê ®îi nhÊt cã lÏ lµ c¸c bÖnh ung th­ vµ c¨n bÖnh thÕ kû HIV- AIDS . Cho tíi th¬× ®iÓm nµy nhiÒu bÖnh ung th­ ®· ®­îc trÞ b»ng gen trÞ liÖu vµ ®· ®em l¹i nh÷ng kÕt qu¶ kh¶ quan . Víi bÖnh AIDS , ng­êi ta còng thu ®­îc nh÷ng kÕt qu¶ rÊt khÝch lÖ . Ch¼ng nh÷ng thÕ c¸c thÕ hÖ vac xin AIDS ®ang ®­îc thö nghiÖm , ch¾c chóng ta ai còng chê ®îi c¸i gi©y phót mµ vac xin AIDS sÏ thµnh c«ng nh­ c¸c lo¹i vac xin Viªm gan B , vac xin Cóm hay mét lo¹i vac xin hiÖn ®¹i nµo ®ã ®ang ®­îc l­u hµnh . Cuèn s¸ch nµy dµnh cho c¸c b¸c sÜ l©m sµng , nh÷ng ng­êi ®ang ngµy ®ªm theo dâi c¸c c¨n bÖnh ë tõng bÖnh nh©n , lóc nµo hä còng chê ®îi mét ph­¬ng ph¸p h÷u hiÖu nhÊt ®Ó cøu sèng ng­êi bÖnh . Tuy vËy , s¸ch còng gióp Ých cho tÊt c¶ nh÷ng ai quan t©m tíi Gen trÞ liÖu mét ph­¬ng phÊp ch÷a bÖnh míi hiÖn ®ai vµ ®Çy tiÒm n¨ng . S¸ch còng giíi thiÖu c¸c d­îc phÈm ®­îc bµo chÕ theo kiÓu C«ng nghÖ DNA . Ph©n tö Antisene lµ mét chÕ phÈm thuèc hoµn toµn míi chøa ®ùng nhiÒu tiÒm n¨ng ®¸ng ®­îc quan t©m . §©y kh«ng chØ ®¬n thuÇn lµ vÊn ®Ò khoa häc mµ cßn lµ mét lÜnh vùc kinh tÕ hÊp dÉn mµ c¸c nhµ ho¹ch ®Þnh chÝnh s¸ch cÇn quan t©m v× lîi nhuËn thu ®­îc tõ c«ng nghÖ gen lµ khæng lå . S¸ch còng ®Ò cËp tíi viÖc lµm trong s¹ch m«i tr­êng , ph¸ vì chu kú dÞch bÖnh cña c¸c c«n trïng vµ c¸c t¸c nh©n g©y bÖnh nguy hiÓm kh¸c v.v.. PhÇn cuèi cña cuèn s¸ch chóng t«i cã ®Ò cËp tíi mét sè lÜnh vùc míi trong c«ng nghÖ DNA nh­ Tin -Sinh häc . Sù xuÊt hiÖn cña tin sinh häc lµm chóng ta an t©m r»ng , mÆc dï ta cßn nghÌo , trang thiÕt bÞ thiÕu thèn , nh­ng chóng ta vÉn cã thÓ b¾t tay ngay vµo lÜnh vùc gen trÞ liÖu ®Ó ch÷a trÞ bÖnh cho c¸c bÖnh nh©n . §iÒu ®ã thËt dÔ hiÓu , v× thêi ®¹i ngµy nay tÊt c¶ mäi c«ng viÖc ®Òu mang tÝnh chÊt toµn cÇu , c«ng nghÖ DNA nãi chung hay Gen trÞ liÖu nãi riªng còng kh«ng ngoµi quy luËt Êy . Víi lßng mong mái chuyÓn t¶i c¸c th«ng tin cËp nhËt nhÊt trong lÜnh vùc gen trÞ liÖu tíi tÊt c¶ c¸c b¹n ®äc , mÆc dï ®· cè g¾ng rÊt nhiÒu nh­ng ch¾c ch¾n kh«ng tr¸nh khái c¸c thiÕu sãt , mong b¹n ®äc l­îng thø . Nh©n ®©y , chóng t«i xin chan thµnh c¸m ¬n Gi¸o s­ §µo §×nh §øc , nguyªn Phã ViÖn Tr­ëng ViÖn Y häc l©m sµng nhiÖt ®íi ®· ®äc b¶n th¶o vµ ®ãng gãp nhiÒu ý kiÕn bæ Ých ®Ó hoµn thiÖn cuèn s¸ch . Chóng t«i còng ch©n thµnh c¸m ¬n Nhµ xuÊt b¶n Y häc ®· t¹o mäi ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó cuèn s¸ch sím tíi tay ®äc gi¶ . T¸c gi¶ xin ch©n thµnh c¸m ¬n nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp x©y dùng ®Ó cuèn s¸ch ngµy cµng ®­îc hoµn chØnh h¬n . Hµ néi th¸ng 7 n¨m 2005. T¸c gi¶
  • 3. 3 Môc lôc Lêi nãi ®Çu Môc lôc Ch­¬ng I : Nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ gen trÞ liÖu 1.1.S¬ l­îc vÒ gen trÞ liÖu 1.2.Kh¸i niÖm vÒ phÐp ch÷a bÖnh b»ng gen 1.3.C¬ chÕ cña gen trÞ liÖu 1.4.C¸c lo¹i gen trÞ liÖu 1.5. Nh÷ng bÖnh cã thÓ sö dông ®­îc gen trÞ liÖu 1.5.1.§iÒu trÞ c¸c bÖnh di truyÒn 1.5.1.1.C¸c bÖnh di truyÒn g©y nªn bëi c¸c locut gen ®¬n 1.5.1.2.C¸c bÖnh do rèi lo¹n di truyÒn c¸c locut ®a gen 1.5.2. §iÒu trÞ c¸c bÖnh do nhiÔm trïng Ch­¬ng II : Nguyªn lý c¬ b¶n cña gen trÞ liÖu 2.1.Nguyªn lý cña gen trÞ liÖu 2.1.1.C¸c tÕ bµo chñ 2.1.1.1.NhiÔm s¾c thÓ cña vi khuÈn 2.1.1.2.Virut 2.1.2.C¸c Enzym giíi h¹n 2.1.3. Ligaza 2.1.4.Plasmid 2.2. C¸c thÝ nghiÖm vÒ DNA t¸i tæ hîp 2.3. Nh÷ng bµn c·i vÒ tÝnh an toµn trong gen trÞ liÖu 2.4. T­¬ng lai cña c«ng nghÖ DNA t¸i tæ hîp 2.5. Nh÷ng tiÕn bé ®¸ng kÓ trong GTL hiÖn nay Ch­¬ng III : c¸c ph­¬ng ph¸p cña c«ng nghÖ DNA 3.1. Thu thËp gen 3.2. Sù lùa chän c¸c Vec t¬ 3.3. Sù lùa chän c¸c tÕ bµo chñ 3.4. Sù biÓu hiÖn cña gen 3.5. TËp hîp c¸c s¶n phÈm cña gen 3.6. Th­ viÖn gen 3.6.1.ThiÕt lËp mét th­ viÖn gen 3.6.2.Sµng läc th­ viÖn gen 3.6.3. Th­ viÖn cDNA Ch­¬ng IV : Ph©n tÝch vµ chÈn ®o¸n b»ng DNA 4.1. Më ®Çu 4.2. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch DNA 4.2.1. §Çu dß DNA 4.2.2.Ph¶n øng tæng hîp chuçi (PCR) 4.2.3. KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu 4.2.4. Ph©n tÝch RFLP 4.3. ChÈn ®o¸n c¸c bÖnh truyÒn nhiÔm 4.3.1. ChÈn ®o¸n Héi chøng thiÕu hôt miÔn dÞch m¾c ph¶i 4.3.2. ChÈn ®o¸n bÖnh Lao 4.3.3. ChÈn ®o¸n bÖnh Lyme 4.3.4. ChÈn ®o¸n bÖnh u nhó vµ c¸c bÖnh kh¸c 4.4. Ph¸t hiÖn c¸c bÖnh do di truyÒn 4.4.1. BÖnh x¬ nang 4.4.2.BÖnh ®au c¬ Duchenne 4.4.3.BÖnh Huntington 4.4.4. Héi chøng gÉy nhiÔm s¾c thÓ X 4.4.5. U nguyªn bµo vâng m¹c 4.4.6. BÖnh Alzheimer 4.4.7. BÖnh s¬ cøng teo c¬ cét bªn 4.4.8. BÖnh tiÓu ®­êng 4.4.9. BÖnh ung th­ 4.4.10. Ng©n hµng gen 4.5. øng dông gen trÞ liÖu trong l©m sµng 4.5.1. §iÒu trÞ bÖnh thiÕu hôt miÔn dich tæ hîp trÇm träng (SCID)
  • 4. 4 4.5.2. Gen trÞ liÖu trong chèng ung th­ 4.5.3. Nh÷ng nç lùc hiÖn t¹i vµ t­¬ng lai 4.5.3.1.Thay thÕ gen khiÕm khuyÕt trong bÖnh x¬ nang 4.5.3.2. BÖnh Cholesterol cao cã tÝnh chÊt gia ®×nh 4.5.3.3. GTL víi c¸c tÕ bµo gan 4.5.3.4. GTL trong Héi chøng thiÕu hôt miÔn dÞch m¾c ph¶i 4.5.3.6. BÖnh Lesh-Nyhan 4.5.3.7. BÖnh Gaucher vµ bÖnh ­a ch¶y m¸u 4.6. B¶o hiÓm an toµn trong gen tril liÖu Ch­¬ng V : C¸c D­îc phÈm chÕ t¹o theo c«ng nghÖ DNA 5.1. më ®Çu 5.2.Thay thÕ c¸c protein ng­êi 5.2.1. Insulin 5.2.2. Hormon sinh tr­ëng cña ng­êi 5.2.3. YÕu tè VIII 5.3. TrÞ liÖu trªn ng­êi 5.3.1. ChÊt ho¹t ho¸ Plasminogen cña m« 5.3.2. Interferon 5.3.3. C¸c ph©n tö Antisene 5.4.Vac xin 5.4.1. Vac xin viªm gan B 5.4.2. Vac xin AIDS 5.4.3. C¸c lo¹i vac xin kh¸c 5.5. §éng vËt chuyÓn gen vµ nh÷ng øng dông thùc tiÔn cña §VCG 5.5.1. Nh÷ng kh¸i niÖm vÒ ®éng vËt chuyÓn gen vµ nh÷ng øng dông cña chóng 5.5.2. §­a DNA vµo c¸c tÕ bµo ®éng vËt cã vó 5.5.3. T¹o c¸c ®éng vËt theo ý muèn 5.5.3.1. Chuét mang hÖ thèng miÔn dÞch cña ng­êi 5.5.3.2. Chuét mang ung th­ 5.5.3.3. C¸c ®éng vËt chuyÓn gen kh¸c 5.5.3.4. C¸c chÊt ph¶n øng sinh häc tõ ®éng vËt 5.5.3.5. Hemoglobin ng­êi tõ lîn 5.5.3.6. C¸c s¶n phÈm kh¸c cña ®éng vËt chuyÓn gen 5.5.4.c¸c chÊt thay thÕ m«i tr­êng Ch­¬ng VI : Dù ¸n bé gen ng­êi 6.1 ý nghÜa Y sinh häc 6.2. Dù ¸n bé gen ng­êi cã nhiÒu môc ®Ých 6.3.Tr×nh tù ph¸c th¶o cña bé gen ng­êi ®· ®­îc th«ng b¸o th¸ng 6 n¨m 2000. 6.4.Hai nhãm sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau 6.5. ViÖc x¸c ®Þnh tr×nh tù bé gen ng­êi ®· ®em l¹i Ých lîi cho c¸c ph¸t hiÖn míi 6.6. HÇu hÕt bé gen ng­êi ®· ®­îc x¸c ®Þnh tr×nh tù 6.7. §· x¸c ®Þnh ®­îc r»ng bé gen ng­êi m· cho kho¶ng 30.000-40.000 protein 6.8. ChØ cã 1,1% ®Õn 1,5% bé gen ng­êi dïng ®Ó m· cho protein 6.9. CÊu tróc cña c¸c nhiÔm s¾c thÓ ng­êi thay ®æi rÊt lín 6.10. C¸c gen cña ng­êi ho¹t ®éng nhiÒu h¬n c¸c gen cña c¸c tæ chøc ®¬n gi¶n h¬n . 6.11. HÖ protein ng­êi phøc t¹p h¬n ®éng vËt cã x­¬ng sèng 6.12. C¸c tr×nh tù lÆp chiÕm trªn 50% bé gen ng­êi 6.13. Nh÷ng ph¸t hiÖn kh¸c ®¸ng quan t©m 6.14 .LËp kÕ ho¹ch cho nh÷ng c«ng viÖc tiÕp theo vÒ bé gen ng­êi vµ c¸c tæ chøc kh¸c 6.15 Nh÷ng liªn quan tíi hÖ protein , c«ng nghÖ sinh häc vµ tin sinh häc 6.16. Nh÷ng liªn quan tíi Y häc Gi¶i thÝch mét sè tõ chuyªn m«n Phô lôc Tin-Sinh häc : Kh¸i niÖm vµ øng dông MÉu dß Axit Nucleic Nh÷ng s¸ch tham kh¶o chÝnh
  • 5. 5 Ch­¬ng I Nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ Gen trÞ liÖu (ph­¬ng ph¸p ch÷a bÖnh b»ng gen) . 1.1.Lù¬c sö vÒ gen trÞ liÖu: C¸i mèc lÞch sö lµ ngµy 14 th¸ng 9 n¨m 1990 khi c¸c nhµ khoa häc viÖn søc khoÎ quèc gia Hoa kú tr×nh bµy ph­¬ng ph¸p gen trÞ liÖu (GTL) trªn mét c« bÐ 4 tuæi tªn lµ Ashanti Desiva .Khi míi sinh ra em ®· m¾c mét bÖnh di truyÒn hiÕm gÆp - bÖnh thiÕu hôt miÔn dÞch tæ hîp trÇm träng (severe combined immune deficiency –SCID) ,v× em bÞ tæn th­¬ng hÖ miÔn dÞch ngay tõ ph«i thai . TrÎ em m¾c chøng bÖnh nµy th­êng ph¸t triÓn rÇm ré c¸c bÖnh nhiÔm trïng vµ hiÕm khi tån t¹i tíi tuæi tr­ëng thµnh . Mét bÖnh th«ng th­êng nh­ bÖnh thuû ®Ëu còng cã thÓ ®e do¹ tÝnh m¹ng , v× thÕ Ashanti ph¶i giam m×nh trong mét phßng kÝn , tr¸nh tiÕp sóc víi mäi ng­êi trõ nh÷ng ng­êi trong gia ®×nh . Em ®­îc gi÷ trong m«i Tr­êng v« trïng vµ ph¶i dïng mét l­îng lín kh¸ng sinh ®Ó chèng träi l¹i c¸c bÖnh th«ng th­êng . H×nh 1.1. .¶nh 2 bÖnh nh©n ®Çu tiªn ®­îc ®iÒu trÞ bÖnh b»ng gen . C« g¸i phÝa bªn tr¸i lµ Cynthia cßn phÝa bªn ph¶i lµ Ashanti. C¶ hai c« g¸i nµy ®Òu cã cuéc sèng b×nh th­êng do ®· nhËn ®­îc c¸c tÕ bµo biÕn ®æi gen ®Ó ®Èy lui bÖnh do thiÕu hôt ADA vµo cuèi 1990 vµ ®Çu 1991 . TÊm ¶nh ¶nh nµy xuÊt hiÖn trªn t¹p chÝ Time vµo gi÷a 1993. Trong tiÕn tr×nh gen trÞ liÖu , c¸c b¸c sÜ ph¶i rót hÕt b¹ch cÇu ra khái c¬ thÓ Ashanti , råi ®Ó c¸c tÕ bµo nµy ph¸t triÓn ë phßng thÝ nghiÖm vµ ®­a c¸c gen ®· bÞ mÊt vµo . C¸c tÕ bµo ®· ®­îc söa ®æi di truyÒn sÏ ®­îc thÊm nhËp qua m¹ch m¸u bÖnh nh©n . §iÒu thËt vui mõng lµ c¸c test phßng thÝ nghiÖm (labor) cho thÊy hÖ thèng miÔn dÞch cña Ashanti sau khi ®­îc trÞ liÖu ®· kh¸ h¼n lªn , em kh«ng cßn bÞ c¶m cóm th­êng xuyªn n÷a vµ ®­îc phÐp tíi Tr­êng råi ®­îc tiªm chñng c¶ vacxin ho gµ n÷a . Sau Ashanti lµ Cynthia 9 tuæi còng m¾c bÖnh suy gi¶m miÔn dÞch tæ hîp trÇm träng còng ®­îc cøu ch÷a b¨ng GTL vaß cuèi 1990 ®Çu 1991. Tuy nhiªn, víi GTL th× kh«ng thÓ chÜ xö lý mét lÇn v× c¸c b¹ch cÇu ®· d­îc xö lý di truyÒn chØ cã thÓ ho¹t ®éng ®­îc trong vßng vµi th¸ng nªn liÖu tr×nh ph¶i lËp ®i lËp l¹i nhiÒu lÇn . Còng cÇn ph¶i nhÊn m¹nh r»ng ,tuy ®· ®¹t ®­îc mét sè thµnh tùu trong GTL, nh­ng nh÷ng g× mµ ta thu ®­îc vÉn cßn rÊt bÐ nhá so víi sù l¹c quan trong mét c©u chuyÖn dµi. N¨m 1999 vÊp ph¶i mét khã kh¨n v« cïng lín víi sù cè Jesse Gelsinger 18 tuæi bÞ chÕt khi tham gia GTL v× bÖnh di truyÒn do thiÕu hôt enzym Ornithin Transcarboxylaza (OTCD) .Jesse bÞ chÕt sau 4 ngµy trÞ liÖu v× cã sù ®¸p øng miÔn dÞch m·nh liÖt víi vËt mang Adenovirut dÉn ®Õn c¬ thÓ bÞ huû ho¹i nghiªm träng . Mét sù kiÖn träng ®¹i n÷a lµ th¸ng 1 n¨m 2003 , FDA ra lÖnh t¹m dõng tÊt c¶ c¸c GTL cã sö dông vec t¬ Retrovirut trong c¸c tÕ bµo nguån cña m¸u. Së dÜ cã sù cè nµy lµ do sau khi mét em bÐ ng­êi Ph¸p khi xö lý b»ng GTL l¹i ph¸t bÖnh gièng nh­ bÖnh b¹ch cÇu (Leukemia) . §iÒu ®¸ng nãi lµ c¶ 2 em bÐ ®Òu ph¸t bÖnh gièng nhau khi dïng GTL ®iÒu trÞ thµnh c«ng bÖnh
  • 6. 6 thiÕu hôt miÔn dÞch tæ hîp nghiªm träng SCID hay cßn gäi lµ héi chøng “Bubble Baby” vµo th¸ng 8 n¨m 2003. Còng v× lý do nµy nªn Uû ban cè vÊn sinh häc cña FDA còng bµn luËn vÒ kh¶ n¨ng cã thÓ ®Þnh l­îng sè gen trÞ liÖu cã sö dông Retrovirut ®Ó ®¶m b¶o sù an toµn cho GTL. Con ®­êng ®i tíi sù phª chuÈn ®Ó thùc hiÖn mét qui tr×nh GTL gÆp biÕt bao khã kh¨n trë ng¹i v× cßn rÊt nhiÒu vÊn ®Ò cÇn tranh c·i. KhÝa c¹nh Sinh häc cña GTL rÊt phøc t¹p vµ nhiÒu kü thuËt cßn ph¶i ph¸t triÓn thªm còng nh­ c¸c bÖnh cÇn ph¶i ®­îc hiÓu ®Çy ®ñ h¬n n÷a tr­íc khi muèn øng dông phÐp trÞ bÖnh b»ng gen . ViÖc tranh c·i c«ng khai xung quanh vÊn ®Ò liÖu cã nªn sö dông nh÷ng chÊt liÖu (material) do c«ng nghÖ gen cho con ng­êi hay kh«ng th× qu¶ lµ qu¸ phøc t¹p .Tham gia tranh luËn vÒ vÊn ®Ò nµy cã ®ñ c¸c chuyªn gia ë nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau nh­ Sinh häc , Qu¶n lý nhµ n­íc, Y häc , TriÕt häc , ChÝnh trÞ vµ T«n gi¸o v.v.. Mçi lÜnh vùc nh×n nhËn mét kh¸c v× thÕ cã rÊt nhiÒu vÊn ®Ò cÇn ph¶i tranh luËn . MÆc dï gÆp nhiÒu trë ng¹i , nh­ng GTL vÉn cã nh÷ng b­íc tiªn ®¸ng ghi nhËn . ChØ tÝnh ®Õn cuèi 1994 ®· cã h¬n 500 bÖnh nh©n ®­îc ®iÒu trÞ b¨ng GTL víi nhiÒu lo¹i bÖnh kh¸c nhau , trong ®ã sè ng­êi bÞ ung th­ ®­îc ®iÒu trÞ víi liÖu ph¸p nµy chiÕm tíi 69% ( n¨m 2001) , bÖnh HIV-AIDS 11,8%. Cho tíi nay sè bÖnh ®­îc ®iÒu trÞ b»ng GTL ngµy cµng nhiÒu , ngoµi c¸c bÖnh ung th­, SCID, hµng lo¹t bÖnh kh¸c còng ®· sö dông GTL nh­ x¬ nang, thiÕu m¸u do hång cÇu h×nh l­ìi liÒm, bÖnh l·o ho¸ sím , bÖnh m¸u khã ®«ng, bÖnh thiÕu hôt trÇm träng enzym OTG ( do mét gen trªn NST giíi tÝnh X ), bÖnh Huntington ( ch÷a b»ng antisens RNA) (New scientist .Com- march 13.2003) . Kü thuËt t¹o ra c¸c Liposom cã kÝch th­íc siªu nhá (kho¶ng 25 nm) dÔ dµng mang c¸c gen qua lç mµng nh©n , hoÆc sö dông vec t¬ Liposom ®­îc bao bëi mét líp vá polyethylen glycol –PEG ®­a c¸c gen vµo tÕ bµo n·o ®Ó ch÷a c¸c bÖnh Parkinson.v.v..(New Scientist .Com –May 12-2002) 1.2.Kh¸i niÖm vÒ phÐp ch÷a bÖnh b»ng gen: Gen lµ ®¬n vÞ c¬ së cña th«ng tin di truyÒn .ThuËt ng÷ gen dïng nh­ mét ®o¹n cña th«ng tin di truyÒn ®­îc phiªn m· sang mét RNA ®¬n lÎ vµ tiÕp ®ã th«ng tin tõ ph©n tö nµy ®­îc dÞch m· sang mét protein nhÊt ®Þnh . Gen n»m trªn c¸c nhiÔm s¾c thÓ (NST) (vÞ trÝ trªn NST n¬i mét gen cô thÓ ®Þnh vÞ gäi lµ locut cña gen ®ã) . ë c¸c sinh vËt l­ìng béi , c¸c NST s¾p xÕp thµnh c¸c cÆp t­¬ng ®ång t¹i c¸c vÞ trÝ t­¬ng øng tån t¹i c¸c d¹ng kh¸c nhau cña cïng mét gen gäi lµ ALEN. CÊu tróc cña mét gen bao gåm 3 vïng chÝnh : Vïng ®iÒu khiÓn , vïng mang m· di truyÒn vµ vïng kÕt thóc . Vïng ®iÒu khiÓn cã mét sè tr×nh tù ®Æc hiÖu ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña gen. Vïng mang m· chøa c¸c th«ng tin dØ truyÒn , ®­îc phiªn m· sang RNA th«ng tin (mRNA) . Gen cÊu tróc cã thÓ ®­îc dÞch m· t¹o nªn c¸c s¶n phÈm lµ protein . Vïng kÕt thóc mang c¸c tr×nh tù ph©n biÖt gi÷a c¸c gen vµ c¸c tr×nh tù kÕt thóc qu¸ tr×nh phiªn m· . CÊu tróc cña gen cßn bao gåm mét sè cÊu tróc ®Æc thï n»m ë tr­íc,sau hoÆc trong gen nh­ c¸c tr×nh tù ®iÒu hoµ, vïng t¨ng c­êng , vïng bÊt ho¹t (silencer) , vïng ®Öm (spacer). S¶n phÈm cña gen lµ protein mang nh÷ng chøc n¨ng quan träng nhÊt cña sù sèng vµ t¹o nªn cÊu tróc cña c¸c tÕ bµo . Khi gen bÞ biÕn ®æi th× c¸c protein ®­îc m· ho¸ bëi c¸c gen ®ã kh«ng cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn nh÷ng chøc n¨ng th«ng th­êng cña chóng - ®ã lµ nguyªn nh©n cña c¸c bÖnh di truyÒn . PhÐp ch÷a bÖnh b»ng gen hay cßn gäi lµ gen trÞ liÖu –gen liÖu ph¸p v.v.. lµ mét kü thuËt nh»m chuÈn x¸c l¹i c¸c gen bÞ khiÕm khuyÕt (lµ nguyªn nh©n ph¸t sinh ra bÖnh ). C¸c nhµ nghiªn cøu ®­a ra mét sè ph­¬ng ph¸p ®Ó chuÈn x¸c l¹i c¸c gen lçi nh­ sau : *§­a mét gen ho¹t ®éng b×nh th­êng vµo mét vÞ trÝ kh«ng ®Æc hiÖu trongbé gen (genome) ®Ó thay thÕ c¸c gen kh«ng cßn chøc n¨ng . §©y lµ c¸ch phæ biÕn nhÊt . *Mét gen dÞ th­êng cã thÓ ®­îc ®æi b»ng mét gen b×nh th­êng th«ng qua t¸i tæ hîp t­¬ng ®ång . *Mét gen dÞ th­êng cã thÓ ®­îc söa ch÷a th«ng qua ®ét biÕn chän läc ng­îc (selective reserse mutation) ®Ó chuyÓn gen trë l¹i chøc n¨ng b×nh th­êng cña nã . *§iÒu hoµ mét gen ®Æc biÖt nµo ®ã ®· bÞ biÕn ®æi (møc ®é ®ãng, më gen). * §­a mét gen b×nh th­êng vµo tÕ bµo ho¹t ®éng ®ång thêi víi c¸c gen g©y bÖnh ®Ó h¹n chÕ t¸c ®éng cña gen g©y bÖnh hoÆc hç trî cho c¸c gen bÞ h­ háng , *§­a mét gen bÊt ho¹t vµo tÕ bµo thay thÕ cho mét gen b×nh th­êng nµo ®ã nh»m h¹n chÕ c¸c s¶n phÈm kh«ng cÇn thiÕt cña gen lµnh nh»m t¹o mét tr¹ng th¸i míi cho tÕ bµo. 1.3. C¬ chÕ cña Gen trÞ liÖu: Trong hÇu hÕt c¸c nghiªn cøu vÒ gen trÞ liÖu , mét gen “b×nh th­¬ng” ®uîc ®­a vµo bé gen(genome) ®Ó thay thÐ mét gen “kh«ng b×nh th­êng”-gen g©y bÖnh .Ph©n tö chuyªn chë “Carrier” ®­îc gäi lµ Vec t¬ lµm nhiÖm vô chuyÓn gen trÞ liÖu tíi c¸c tÕ bµo ®Ých cña bÖnh nh©n . HiÖn nay, Vec t¬ th«ng th­êng lµ c¸c Virut ®· ®­îc biÕn ®æi gen mang DNA cña ng­êi khoÎ m¹nh . Virut ph¸t triÓn dÇn dÇn vµ c¸c gen cña chóng ®­îc chuyÓn tíi c¸c tÕ bµo ng­êi ®·
  • 7. 7 nhiÔm bÖnh . Ng­êi ta cè g¾ng t¹o ra c¸c lîi thÕ cña kh¶ n¨ng nµy vµ vËn dông genome virut ®Ó lo¹i bá c¸c gen g©y bÖnh vµ ®­a c¸c gen trÞ liÖu vµo c¬ thÓ ng­êi bÖnh . C¸c tÕ bµo ®Ých cña bÖnh nh©n (ch¼ng h¹n nh­ c¸c tÕ bµo gan hoÆc phæi ) sÏ bÞ nhiÔm víi c¸c vec t¬ virut . C¸c vec t¬ sau ®ã l¹i “bèc dì”c¸c vËt liÖu di truyÒn cña nã cã chøa c¸c gen trÞ liÖu vµo c¸c tÕ bµo ®Ých. Sù sinh s«i n¶y në cña c¸c protein “cã chøc n¨ng”®­îc t¹o ra tõ c¸c gen trÞ liÖu sÏ hoµn tr¶ tr¹ng th¸i b×nh th­êng cña tÕ bµo ®Ých . 1.4.C¸c lo¹i gen trÞ liÖu : VÒ mÆt lý thuyÕt cña GTL , ng­êi ta ph©n biÖt gi÷a GTL ®èi víi tÕ bµo Soma vµ GTL ®èi víi c¸c tÕ bµo mÇm (germ) lµm nhiÖm vô sinh s¶n . DÜ nhiªn chØ cã c¸c tÕ bµo mÇm th× míi cã thÓ mang c¸c gen truyÒn tõ thÕ hÖ nµy sang thÕ hÖ kh¸c Xung quanh vÊn ®Ò nµy cã nhiÒu ý kiÕn kh¸c nhau: Mét sè ng­êi ph¶n ®èi bÊt kú mét thao t¸c nµo cña GTL cho dï lµ cã ý ®Þnh tèt (VII , Rifkin 1983) . Mét sè kh¸c th× ®ång ý TLG ®­îc dïng cho c¸c tÕ bµo soma nh­ng l¹i do dù ®èi víi c¸c tÕ bµo mÇm v× ch­a nh×n tr­íc ®­îc c¸c hËu qu¶ ®èi víi c¸c thÕ hÖ t­¬ng lai . Cßn mét sè kh¸c l¹i cho r»ng ®é an toµn còng nh­ sù ®iÒu hoµ trong GTL còng cÇn ph¶i uèn n¾n th­êng xuyªn theo n¨m th¸ng vµ ph¶i ®­îc sù chÊp thuËn cña lu©n lý . LiÖu ph¸p gen Soma (Somatic Gene Therapy) lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu trÞ thay hoÆc s­a ch÷a c¸c gen háng, gen g©y bÖnh cña c¸c tÕ bµo soma trong c¬ thÓ bÖnh nh©n. LiÖu ph¸p gen soma cã thÓ sö dông mét sè lo¹i tÕ bµo nh­ lympho(lymphocyte),nguyªn bµo sîi(Fibroblast),tÕ bµo gèc (stem cells), tÕ bµo m¸u(hematocyte), tÕ bµo biÓu b×(keratinocyte)... LiÖu ph¸p nµy ®· ®­îc ¸p dông víi mét sè lín bÖnh nh©n m¾c c¸c bÖnh hiÓm nghÌo nh­ ung th­ ,thiÕu hôt miÔn dÞch tæ hîp trÇm träng (SCID) , thiÕu m¸u do hång cÇu h×nh l­ìi liÒm, x¬ nang v.v.. LiÖu ph¸p gen tÕ bµo mÇm (Germline Gene Therapy) lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu trÞ , söa ch÷a hay thay thÕ c¸c gen háng cho giao tö (tinh trïng hoÆc tÕ bµo trøng) ®­a c¸c tÕ bµo mÇm trë l¹i tr¹ng th¸i sinh lý b×nh th­êng . TLG tÕ bµo mÇm cã thÓ theo 2 c¸ch : a.§iÒu trÞ c¸c ph«i ë giai ®o¹n ®Çu (pre embryo) cã c¸c khuyÕt tËt di truyÒn nghiªm träng. b.§iÒu trÞ c¸c tÕ bµo mÇm (tinh trïng hay tÕ bµo trøng ) cña nh÷ng ng­êi cã khuyÕt tËt vÒ mÆt di truyÒn mµ nh÷ng khuyÕt tËt nµy cã thÓ truyÒn l¹i cho c¸c thÕ hÖ sau . C¸ch tiÕp cËn nµy ®ßi hái sù thµnh th¹o vÒ kü thuËt . Tuy nhiªn, vÊn ®Ò nµy cßn nhiÒu tranh c·i chñ yÕu v× lý do ®¹o ®øc vµ cã sù liªn quan tíi viÖc nh©n b¶n ng­êi . 1.5.Nh÷ng bÖnh cã thÓ sö dông ®­îc GTL. HiÖn nay nh÷ng bÖnh nµo cã thÓ øng dông ®­îc ph­¬ng ph¸p ch÷a bÖnh b»ng gen ? §©y lµ mét c©u hái mµ nhiÒu ng­êi quan t©m . Chóng ta nhí l¹i r»ng cuèi n¨m 1993 GTL ®· ®­îc sö dông cho c¸c bªnh thiÕu hôt miÔn dÞch tæ hîp nghiªm träng ,bÖn¾utng Cholesterol cã tÝnh chÊt gia ®×nh,bÖnh nang x¬ vµ bÖnh Gaucher. Cho tíi nay phÇn lín c¸c protocol ®­îc ¸p dông cho c¸c bÖnh ung th­ vµ mét sè Ýt h­íng tíi bÖnh AIDS . Còng cã mét sè bÖnh ®­îc bµn luËn ®Ó sö dông GTL nh­ bÖnh Parkinson vµ bÖnh Alzheimer, bÖnh viªm khíp , c¸c bÖnh vÒ tim (VII, Wolff 1993). Dù ¸n bé gen ng­êi ®ang nç lùc x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña tÊt c¶ c¸c gen trong bé gen ng­i¬× , sau ®ã tiÕp tôc x¸c ®Þnh c¸c gen g©y bÖnh di truyÒn . Còng trong dù ¸n nµy Eve Nichols ®· ®­a ra c¸c tiªu chuÈn lùa chän c¸c bÖnh sö dông GTL nh­ sau : 1.C¸c bÖnh nÆng ®ang ®e do¹ sù sèng mµ kh«ng cã c¸ch cøu ch÷a 2.Ph¶i x¸c ®Þnh râ rµng c¸c tæ chøc, m« vµ c¸c tÕ bµo bÞ nhÔm bÖnh . 3.B¶n sao b×nh th­êng cña c¸c gen khuyÕt tËt ph¶i ®­îc ph©n lËp vµ t¸ch dßng . 4.C¸c gen b×nh th­êng cã thÓ ®­îc ®­a vµo tõng bé phËn nhá cña tÕ bµo m« bÞ bÖnh. HoÆc khi ®­a mét gen vµo mét m« ®Ých nh­ tuû x­¬ng ch¼ng h¹n th× nã sÏ lµm thay ®æi qu¸ tr×nh diÔn tiÕn ë c¸c m« bÞ bÖnh . 5. Gen cã thÓ ®­îc chuyÓn tíi mét vÞ trÝ thÝch hîp khi ®ã nã sÏ chØ ®¹o viÖc tæng hîp mét l­îng protein cã chøc n¨ng b×nh th­êng ®Ó t¹o nªn mét sù kh¸c biÖt ®Æc biÖt. 6.C¸c kü thuËt ®­îc ¸p dông ph¶i ®­îc x¸c nhËn lµ an toµn ( III,Nichols 1988,p.18) Cho tíi nay GTL cã thÓ ®­îc øng dông trong c¸c bÖnh cô thÓ nh­ sau : 1.5.1.§iÒu trÞ c¸c bÖnh di truyÒn ( inherited disorders) . 1.5.1.1.Víi c¸c bÖnh di truyÒn g©y nªn bëi c¸c locut gen ®¬n (monogenic). Nh÷ng bÖnh nµy th­êng g©y tö vong ë giai ®o¹n sím vµ ®Ó l¹i c¸c di chøng cho c¸c thÕ hÖ sau. Møc ®é di truyÒn lµ 100% . Mét sè bÖnh ®iÓn h×nh lµ : -ThiÕu hôt miÔn dÞch tæ hîp trÇm träng (SCID) -ThiÕu m¸u do hång cÇu h×nh l­ìi liÒm (Sickle cell anemia) -BÖnh ­a ch¶y m¸u (Hemophilia)
  • 8. 8 -BÖnh x¬ nang (cystic fibrosis) vµ viªm phæi cÊp. -BÖnh Parkinson -BÖnh Gaucher. -BÖnh rèi lo¹n m·n tÝnh chøc n¨ng tæ chøc h¹t (chronic granulomatoses disease) 1.5.1.2. C¸c bÖnh do rèi lo¹n di truyÒn c¸c locut ®a gen (polygenic) §©y lµ nhãm bÖnh g©y bëi nhiÒu gen thuéc c¸c locut kh¸c nhau . Tuú theo møc ®é h­ háng hoÆc mÊt chøc n¨ng gen cña mét hay nhiÒu gen (alelle) mµ møc ®é biÓu hiÖn bÖnh cã kh¸c nhau . Nh÷ng bÖnh nµy chØ di truyÒn l¹i cho thÕ hÖ sau d­íi 100%.Cã thÓ kÓ qua c¸c bÖnh sau ®©y: -BÖnh tim bÈm sinh (Congenital Heart disease) -Ung th­ -BÖnh tiÓu ®­êng (Diabetes) -BÖnh nghiÖn r­îu (Alcoholism) -BÖnh t©m thÇn ph©n liÖt (Schizophrenia) -BÖnh cã hµnh vi ph¹m téi (Criminal behavior) 1.5.2.§iÒu trÞ c¸c bÖnh do nhiÔm trïng : GTL ®· ®¹t hiÖu qu¶ cao trong viÖc ®iÒu trÞ c¸c bÖnh nhiÔm trïng do vi khuÈn vµ virut nh­ ung th­ gan, lao , HIV-AIDS ,viªm gan B ... Trong t­¬ng lai kh¶ n¨ng GTL sÏ ®iÒu trÞ ®­îc nhiÒu bÖnh truyÒn nhiÔm víi hiÖu qu¶ vµ chÊt l­îng cao , cøu sèng ®­îc nhiÒu ng­êi bÖnh . PhÐp ch÷a bÖnh b»ng gen lµ mét ph­¬ng ph¸p míi ,cã hiÖu qu¶ cao nh­ng hiÖn nay vÉn bÞ h¹n chÕ v× nã qu¸ phøc t¹p, tèn kÐm vµ b¾t buéc ®ßi hái ph­¬ng tiÖn kü thuËt hiÖn ®¹i. ChÝnh v× vËy cho tíi nay ph­¬ng ph¸p nµy chØ míi giíi h¹n trong c¸c bÖnh hiÓm nghÌo vµ chØ cã c¸c n­íc ph¸t triÓn víi tiÒm lùc kinh tÕ cao míi cã ®iÒu kiÖn ¸p dông. DÜ nhiªn cßn nhiÒu vÊn ®Ò kh¸c n÷a nh­ hÖ sè an toµn vµ nh÷ng hËu qu¶ ngoµi ý muèn cña gen trÞ liÖu ...còng lµm cho ng­êi ta thËn träng h¬n khi sö dông kü thuËt nµy . Víi c¸c n­íc ®ang ph¸t triÓn th× gen trÞ liÖu míi chØ giíi h¹n ë nh÷ng thùc nghiÖm, ch­a cã chiÕn l­îc ph¸t triÓm rÇm ré .N­íc ta còng vËy, liÖu ph¸p gen cßn rÊt xa l¹ víi c¸c thÇy thuèc , chóng ta ch­a s½n sµng tiÕp nhËn mét “vò khÝ” míi hiÖn ®¹i ,hiÖu qu¶ v­ît tréi h¬n h¼n c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c .§· ®Õn lóc chóng ta ph¶i ®Æt ra mét chiÕn l­îc ph¸t triÓn cã ®Þnh h­íng cô thÓ vÒ gen trÞ liÖu , v× nã cã nhiÒu lîi thÕ v­ît tréi vµ ch¾c ch¾n sÏ mang l¹i h¹nh phóc cho tÊt c¶ mäi ng­êi .
  • 9. 9 Ch­¬ng II Nguyªn lý c¬ b¶n cña Gen trÞ liÖu 2.1. Nguyªn lý cña gen trÞ liÖu GTL lµ ®­a mét gen míi (cßn gäi lµ gen liÖu ph¸p) vµo trong tÕ bµo ng­êi lµm cho nã g¾n ®óng vµo vÞ trÝ cÇn söa ch÷a cña bé gen vµ ho¹t ®éng mét c¸ch b×nh th­êng trong tÕ bµo .C¸c gen trÞ liÖu nµy t¹o ®­îc c¸c s¶n phÈm cã kh¶ n¨ng h¹n chÕ hoÆc k×m h·m sù t¸c ®éng cña c¸c gen háng , do ®ã lµm gi¶m c¸c biÓu hiÖn cña bÖnh .§©y chÝnh lµ kü thuËt di truyÒn (genetic engineering) hay cßn gäi lµ thao t¸c gen (gene manipulation) hay t¸ch dßng gen (gene cloning), c«ng nghÖ DNA t¸i tæ hîp (recombitant DNA technology) , s÷a ®æi di truyÒn (genetic modification) hoÆc cßn gäi lµ di truyÒn häc míi (new genetics). MÆc dï nhiÒu kü thuËt ®a d¹ng vµ phøc t¹p ®­îc sö dông nh­ng c¸c nguyªn lý cña kü thuËt di truyÒn kh¸ ®¬n gi¶n . C¬ së cña c«ng nghÖ nµy lµ th«ng tin di truyÒn m· ho¸ trong DNA tån t¹i ë d¹ng c¸c gen . C¸c th«ng tin nµy cã thÓ söa ®æi theo nhiÒu c¸ch kh¸c nhau ®Ó ®¹t tíi nh÷ng môc ®Ých nhÊt ®Þnh trong nghiªn cøu c¬ b¶n còng nh­ øng dông trong y sinh häc . §iÓm mÊu chèt cña kü thuËt di truyÒn lµ t¸ch chiÕt mét ®o¹n DNA riªng biÖt tõ hÖ gen ( ®ã lµ b¶n chÊt cña t¸ch dßng gen ). Víi GTL qu¸ tr×nh nµy bao gåm 4 b­íc sau ®©y : 1.T¸ch dßng gen trÞ liÖu (t¹o ra c¸c ®o¹n DNA). 2. Chän vec t¬ chuyÓn gen phï hîp víi gen trÞ liÖu vµ nèi chóng l¹i víi nhau . 3. T¹o c¸c vec t¬ t¸i tæ hîp vµ ®­a c¸c vec t¬ mang gen trÞ liÖu vµo tÕ bµo chñ vµ nh©n lªn . 4. Chän läc c¸c tr×nh tù (sequence) quan t©m ,theo dâi sù ho¹t ®éng vµ nh÷ng biÓu hiÖn cña gen trÞ liÖu. Chóng ta h·y l­ít qua ®«i nÐt vÒ c¬ së sinh häc cña c«ng nghÖ DNA . 2.1.1.C¸c tÕ bµo chñ (organnisms) : C«ng nghÖ DNA míi ®· t¹o dùng ®­îc kh¶ n¨ng nghiªn cøu trªn vi khuÈn vµ virut (H×nh 2.1.) H×nh 2.1.Vi khuÈn phôc vô con ng­êi. ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö mét mÉu Pseudomonas. Anad Chakrabarty ®· sö dông Pseudomonas biÕn ®æi gen s¶n xuÊt ra c¸c enzym ph©n huû dÇu vµ lµm s¹ch m«i tr­êng. Nh÷ng sinh vËt nµy cã thÓ nu«i cÊy ®­îc mét c¸ch dÔ dµng vµ viÖc kh¶o s¸t Ho¸ sinh còng ®­îc thùc hiªn mét c¸ch dÔ dµng trong èng nghiÖm.Vi khuÈn ®­îc dïng phæ th«ng nhÊt trong
  • 10. 10 c«ng nghÖ DNA lµ Escherichia Coli.ViÖc sö dung réng r·i ®Çu dß vi khuÈn lµ mét biÕn cè lÞch sö .Nh÷ng c«ng tr×nh nghiªn cøu trªn nh÷ng sinh vËt nµy qua hµng mÊy thËp kû ®· cho phÐp c¸c nhµ sinh häc hiÓu râ h¬n vª mÆt Ho¸ sinh, h×nh th¸i, sinh lý,vµ di truyÒn häc cña chóng h¬n bÊt cø sinh vËt nµo kh¸c (kÓ c¶ con ng­êi) v× chóng dÔ dµng ®­îc nu«i cÊy vµ kh«ng ph¶i lµ yÕu tè g©y bÖnh cho con ng­êi . E. Coli ®· trë thµnh con ngùa thå cho c¸c thÝ nghiÖm trong c«ng nghÖ DNA . 2.1.1.1.NhiÔm s¾c thÓ cña vi khuÈn ®Æc biÖt thÝch hîp cho c¸c thÝ nghiÖm DNA bëi v× nã chØ thuÇn cã DNA , cßn ë c¸c tÕ bµo nh©n chuÈn nh­ c¸c tÕ bµo ®éng vËt th× phøc t¹p h¬n v× NST cã chøa nhiÒu protein g¾n chÆt vµo DNA . H¬n n÷a , NST cña vi khuÈn lµ hoµn toµn ®¬n lÎ nªn nã cã thÓ tù biÓu hiÖn ®­îc mµ kh«ng bÞ lÊn ¸t bëi NST thø hai . Ng­îc l¹i NST cña c¸c tÕ bµo nh©n chuÈn l¹i lµ cÆp ®«i vµ th­êng mét trong sè ®ã lµ tréi . Thªm n÷a lµ NST cña vi khuÈn th­êng n»m tù do trong tÕ bµo chÊt v× thÕ nghiªn cøu nã dÔ dµng h¬n . Trong khi ®ã NST cña c¸c tÕ bµo nh©n chuÈn th× l¹i cã mµng nh©n bao quanh nh©n nªn c«ng viÖc kh¶o s¸t gÆp nhiÒu khã kh¨n h¬n . Mét lý do kh¸c n÷a lµ m· di truyÒn cña c¸c sinh vËt nµy lµ rÊt phæ th«ng nªn vi khuÈn cã thÓ biÓu hiÖn DNA ngo¹i lai tõ bÊt kú c¬ thÓ nµo dï dµi ®Õn mÊy nÕu nh­ ®· g¾n ®­îc vµo DNA cña vi khuÈn . Trªn thùc tÕ, mét gen ngo¹i lai khi ®· g¾n vµo NST cña vi khuÈn th× nã sÏ ®­îc sao chÐp vµ phiªn m· chÜnh x¸c gièng y nh­ DNA vi khuÈn mÑ. 2.1.1.2.Virut : C¸c virut th­êng ®­îc dïng trong c¸c thÝ nghiÖm c«ng nghÖ DNA . Nh÷ng h¹t siªu vi nµy bao gåm Ýt hoÆc nhiÒu ®o¹n RNA hoÆc DNA ®­îc bao trong mét c¸i ¸o protein vµ tuú thuéc vµo tõng lo¹i virut mµ cã lo¹i cßn cã c¶ mét líp lipid bao quanh. Virut sao chÐp mét c¸ch ®¬n ®éc trong c¸c tÕ bµo sèng. ë ®ã chóng lét bá phÇn vá protein cña m×nh vµ sö dông cç m¸y ph©n tö cña tÕ bµo ®Ó t¹o nªn c¸c virut míi .Virut DNA hay RNA ho¹t ®éng nh­ mét gen vµ chØ ®¹o sù tæng hîp c¸c h¹t virut míi . Khi ®ã c¸c virut RNA hay DNA t¸c ®éng nh­ mét RNA th«ng tin cung cÊp c¸c m· (Codon) cho c¸c protein enzym vµ c¸c thµnh phÇn cÊu tróc cña virut . §«i khi virut kh«ng tù sao chÐp tøc kh¾c mµ nã l¹i g¾n vµo NST cña tÕ bµo chñ vµ trë thµnh mét bé phËn cña bé gen tÕ bµo . DNA cña Herpesvirus ch¼ng h¹n , nã cã thÓ héi nhËp vµo bé gen cña tÕ bµo thÇn kinh vµ ë l¹i ®ã nhiÒu n¨m g©y nªn sù x©m nhiÔm tuÇn hoµn herpes .Còng t­¬ng tù nh­ vËy, virut g©y héi chøng thiÕu hôt miÔn dich trªn ng­êi HIV chóng lét bá ¸o trªn tÕ bµo råi RNA cña chóng ho¹t ®éng nh­ mét c¸i khu«n tæng hîp DNA. DNA nµy tù cµi vµo genome cña tÕ bµo chñ. Nh­ vËy, tÕ bµo ®· trë thµnh vËt mang virut DNA vµ bÞ bÖnh HIV. Kh¶ n¨ng virut cµi ®­îc vµo bé gen cña tÕ bµo chñ ®· lµm c¸c nhµ c«ng nghÖ DNA chó ý , hä nh×n nhËn nã nh­ lµ mét c¸ch ®Ó mang gen vµo trong tÕ bµo . Nh÷ng nghiªn cøu ë nh÷ng n¨m 1950 còng chøng minh r»ng t¸i tæ hîp gen còng cã thÓ x¶y ra gi÷a c¸c vi khuÈn vµ virut. C¸c thÝ nghiÖm cña Griffith víi vi khuÈn vµo n¨m 1928 ®· lµm râ sù t¸i tæ hîp gen vµ dÉn tíi sù ph¸t hiÖn cña Avery vÒ DNA lµ mét ph©n tö cã liªn quan trong t¸i tæ hîp. Còng trong nh÷ng n¨m 1950 , c¸c nhµ vi khuÈn häc ®· ph¸t hiÖn ra c¸c vËt chÊt di truyÒn tõ c¸c m¶nh vì vi khuÈn cã thÓ ®­a ®uîc vµo c¸c vi khuÈn sèng , ®ã lµ mét hiÖn t­îng tù nhiªn . HiÖn t­îng nµy chÝnh lµ sù biÕn n¹p (transforrmation). MÆc dï sù biÕn n¹p chØ x¶y ra víi tû lÖ Ýt h¬n 1% trong mét quÇn thÓ vi khuÈn , nh­ng ®iÒu nµy ®· dÉn ®Õn nh÷ng thay ®æi s©u s¾c trong di truyÒn häc . Trong sù biÕn n¹p, mét sè vi khuÈn cho (donnor) bÞ vì ra vµ DNA cña chóng ®­îc lé ra thµnh c¸c m¶nh . Khi cã mét vi khuÈn nhËn (recipient) th× mét ®o¹n DNA chuçi kÐp chøa kho¶ng 10- 20 gen cã thÓ ®i qua v¸ch vµ mµng tÕ bµo cña chóng . Mét enzym lµm hoµ tan mét chuçi cña DNA vµ chuçi cßn l¹i th× ®æi chç cho ®o¹n DNA chuçi ®¬n trong NST vi khuÈn nhËn . C¸c gen ngo¹i lai nµy sau ®ã tù biÓu lé trong qu¸ tr×nh tæng hîp protein ®Ó hoµn tÊt sù biÕn n¹p. D­íi c¸c ®iÒu kiÖn tù nhiªn, sù biÕn n¹p x¶y ra ë nh÷ng c¬ thÕ cã DNA t­¬ng tù .Mét trong sè c¸c hÖ qu¶ cã thÓ lµ lµm t¨ng tÝnh g©y bÖnh cho c¬ thÓ nhËn (trong thÝ nghiÖm Griffith’s pneumococci) . Mét hÖ qu¶ kh¸c cã thÓ lµ ph¸t triÓn tÝnh kh¸ng thuèc . §iÒu ®ã , cã thÓ gi¶i thÝch ®­îc mét sè vi khuÈn ®· kh¸ng thuèc trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y nh­ thÕ nµo .
  • 11. 11 H×nh 2.2. CÊu tróc cña c¸c Virut (a) Virut thùc vËt (virut kh¶m cñ c¶i ®á). (b) Virut kh¶m thuèc l¸ .(c) Bacteriophage . TiÕp tôc nh÷ng nghiªn cøu trong nh÷ng n¨m 1950 ng­êi ta ®· chØ râ r»ng vi khuÈn còng cã thÓ ®­îc t¸i tæ hîp bëi qu¸ tr×nh liªn hîp (conjugation) .
  • 12. 12 H×nh 2.3, C¬ chÕ trong ®ã mét Retrovirut nh­ HIV cã liªn quan víi tÕ bµo vËt chñ . Acid Nucleic cña Retrovirut lµ RNA.Enzymphiªn m· ng­îc tæng hîp mét ph©n tö DNA chuèi kÐp th¼ng (ds DNA), sau ®ã hîp nhÊt víi vµo bé gen tÕ bµo chñ nh­ mét Provirut. ë nh÷ng thêi ®iÓm sau ®ã (giê, ngµy , tuÇn hoÆc dµi h¬n nòa) RNA polymeraza tõ vËt chñ sÏ sao chÐp provirut thµnh d¹ng genome RNA cña Retrovirut .Khi ®ãng gãi víi protein th× genome nµy t¹o nªn mét bé c¸c Virut míi ra khái tÕ bµo nµy ®Ó g©y nhiÔm c¸c tÕ bµo míi vµ tiÕp tôc chu tr×nh. Sù ph¸t hiÖn cña Joshua Lederberg, Francois Jacob vµ Elie Wollman ®· cã ¶nh h­ëng s©u s¾c tíi viÖc nghiªn cøu . Trong khi liªn hîp 2 vi khuÈn , mét cho vµ mét nhËn tiÕn l¹i gÇn nhau vµ nèi víi nhau bëi mét cÇu bµo chÊt (cytoplasmic) . Sau ®ã DNA chuçi ®¬n tõ vi khuÈn cho ®i qua cÇu bµo chÊt ®Ó tíi vi khuÈn nhËn . H×nh 2.4. BiÕn n¹p trong tÕ bµo vi khuÈn .(a) Mét ®o¹n DNA gi¶i phãng tõ mét tÕ bµo cho ®· chÕt .(b)§o¹n DNA ®i vµo c¸c tÕ bµo nhËn ®ang sèng. (c)Mét chuçi bÞ hoµ tan vµ (d) chuçi cßn l¹i thÕ mét ®o¹n cña chuçi trong NST tÕ bµo nhËn vµ biÕn n¹p tÕ bµo nµy. BiÕn n¹p ®­îc nghiªn cøu s©u tõ nh÷ng n¨m 1950 vµ ®· ®­îc chøng minh nh÷ng ®iÒu x¶y ra trong phßng thÝ nghiÖm vµo nh÷ng n¨m 1970. ë ®©y nã cã thÓ hîp nhÊt víi NST vi khuÈn nhËn (rÊt hiÕm) , hoÆc cã thÓ tån t¹i ë tÕ bµo chÊt d­íi d¹ng mét vßng DNA di ®éng tù do (xem phÇn Plasmid). Nh÷ng gen míi thu nhËn tõ vi khuÈn cho sau nµy tù nã biÓu hiÖn (H×nh 2.5.)
  • 13. 13 H×nh 2.5. Sù hîp nhÊt trong vi khuÈn. Hai tÕ bµo Escherichia Coli nèi víi nhau qua cÇu t­¬ng bµo .Nh÷ng tÕ bµo phÝa bªn ph¶i cã l«ng trªn bÒ mÆt ®ã lµ c¸c tÕ bµo cho . C¸c tÕ bµo phÝa bªn tr¸i lµ c¸c tÕ nhËn .Sù hîp nhÊt t¹o thuËn lîi cho viÖc vËn chuyÓn c¸c chÊt liÖu di truyÒn tõ tÕ bµo nµy sang tÕ bµo kh¸c .§ã lµ mét ph­¬ng ph¸p mµ vi khuÈn thu ®­îc c¸c gen cho phÐp nã kh¸ng l¹i nhiÒu lo¹i thuèc . Sù liªn hîp nh­ ®· m« t¶ x¶y ra gi÷a c¸c tÕ bµo tõ c¸c loµi kh¸c nhau cña vi khuÈn , ch¼ng h¹n nh­ gi÷a Salmonella vµ Shigella .(ng­îc l¹i, sù biÕn n¹p chØ x¶y ra gi÷a c¸c tÕ bµo cã bé gen gièng nhau). Nh­ v©y, sù liªn hîp cã thÓ coi nh­ viÖc ®­a mét gen vµo c¸c vi khuÈn kh«ng cã quan hÖ di truyÒn vµ coi nh­ ®ã lµ sù t¸i tæ hîp cña c¸c mÉu ph©n kú (divergent) réng. D¹ng thø ba cña t¸i tæ hîp ®­îc ph¸t hiÖn vµo nh÷ng n¨m 1950 lµ cña Joshua Ledeberg vµ Norton Zinder. Nh÷ng nhµ nghiªn cøu nµy ®· ph¸t hiÖn ra r»ng virut cã thÓ truyÒn DNA cho c¸c tÕ bµo vi khuÈn vµ t¸i tæ hîp cã hiÖu qu¶ c¸c tÕ bµo nµy . Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ sù chuyÓn n¹p (transduction). Trong chuyÓn n¹p , mét virut lµ bacteriophage (®¬n gi¶n gäi lµ phage) chui vµo mét tÕ bµo vi khuÈn vµ trao ®æi DNA cña nã víi NST vi khuÈn .Råi c¸c virut nµy cã thÓ ®­îc th¸o gì khái NST vi khuÈn , nh­ vËy nã cã thÓ mang theo mét ®o¹n nhá DNA cña vi khuÈn . Khi virut sao chÐp nã tù t¸i b¶n DNA cña chÝnh nã còng nh­ DNA vi khuÈn vµ ®ãng gãi DNA vµo trong c¸c phage míi .Vµ khi virut chui nµo trong mét vi khuÈn míi nã sÏ tù g¾n vµo NST vi khuÈn vµ mang theo DNA cña vi khuÈn ®· ®­îc g¾n tõ tr­íc . Nh­ vËy vi khuÈn míi nµy ®· ®­îc t¸i tæ hîp , hay cßn gäi lµ sù chuyÓn n¹p (transduction). ChuyÓn n¹p lµ mét sù kiÖn Ýt x¶y ra ë c¸c tÕ bµo vi khuÈn , khã t×m ®­îc c¸c vÝ dô . Tuy nhiªn, tiÒm n¨ng cña chuyÓn n¹p th× rÊt to lín bëi v× nhiÒu virut cã thÓ trao ®æi trong c¸c tÕ bµo vËt chñ khi phage chuyÓn n¹p .Ch¼ng h¹n nh­ Bacillus diphteria lµ nh÷ng bÕn c¶ng cho bacteriophage m· ho¸ cho viÖc t¹o ra c¸c ®éc tè cña chÝnh sinh vËt nµy . Salmonnella g©y nhiÔm trïng thùc phÈm còng ®­îc hiÓu lµ vËt vËn chuyÓn bacteriophage . §èi víi ng­êi th× c¸c herpesvirus cã thÓ tån t¹i trong c¸c tÕ bµo thÇn kinh nh­ ®· ®Ò cËp ë trªn .Virut g©y thuû ®Ëu, virut g©y nhiÔm mononucleosis vµ HIV lµ c¸c virut ®· ®­îc nghiªn cøu kü l­ìng , nã cã thÓ cµi a xit nucleic cña chóng vµo trong c¸c tÕ bµo cña ng­êi.
  • 14. 14 H×nh 2.6. ¶nh qua hiÓn vi ®iÖn tö cña mét Bacteriophage vµ vi khuÈn chñ cña nã- E.Coli .NhiÒu Bacteriophage cã thÓ g¾n vµo bÒ mÆt tÕ bµo vi khuÈn . Trong h×nh phage ®ang sao chÐp trong vi khuÈn vµ cã thÓ nh×n thÊy nhiÒu thø trong tÕ bµo chñ . Qu¸ tr×nh biÕn n¹p, liªn hîp, vµ chuyÓn n¹p cho phÐp vi khuÈn thu ®­îc nh÷ng mÊu DNA míi vµ duy tr× ®­îc c¸c ®Æc tÝnh di truyÒn . Trong nh÷ng n¨m 1950 , c¸c nhµ sinh häc ph©n tö lÇn ®Çu tiªn sö dông tõ “t¸i tæ hîp- recombined” ®Ó chØ c¸c vi khuÈn ®· biÕn ®æi gen vµ cã DNA míi .DÇn dÇn, tõ “recombinant DNA” trë thµnh thuËt ng÷ Ho¸ sinh . Cho tíi nay, DNA t¸i tæ hîp dïng ®Ó chØ c¸c ph©n tö DNA cã chøa c¸c thµnh phÇn DNA tù nhiªn còng nh­ mét sè DNA ngo¹i lai g¾n vÜnh viÔn vµo ph©n tö gèc . Nh÷ng thùc nghiÖm víi vi khuÈn trong nh÷ng n¨m 1950 ®· chøng minh r»ng t¸i tæ hîp lµ mét kh¶ n¨ng x¶y ra trong tù nhiªn . C¸c nhµ khoa häc b¾t ®Çu ®Æt ra vÊn ®Ò lµ cã thÓ thùc hiÖn sù t¸i tæ hîp t­¬ng tù trong phßng thÝ nghiÖm kh«ng ? 2.1.2.C¸c enzym giíi h¹n: C«ng tr×nh ®­îc quan t©m lín trong nh÷ng n¨m 1950 vÒ DNA lµ c«ng tr×nh cña Salvador Luria cïng céng t¸c ®· cung cÊp b»ng chøng lµ E.Coli cã thÓ kh¸ng l¹i sù ph¸ huû bëi bacteriophage . Tøc lµ nã cã thÓ”h¹n chÕ” sù sao chÐp bëi virut . N¨m 1962, Werner Arber vµ nhãm céng t¸c ®É chøng minh r»ng cã mét hÖ thèng enzym h¹n chÕ sù sao chÐp cña virut do nã c¾t bá DNA cña phage tr­íc khi nã tíi tÕ bµo chÊt cña vi khuÈn . Hä ®· ph©n lËp ®­îc enzym ®ã tõ E.Coli vµ ®Æt tªn lµ endonucleaza. Enzym nµy c¾t DNA cña virut nh­ng kh«ng c¾t DNA cña vËt chñ vi khuÈn bëi v× nã ®· cã sù c¶i biÕn tr­íc tiªn ë DNA vi khuÈn b»ng c¸ch g¾n thªm c¸c nhãm metyl vµo DNA vi khuÈn . V× endonucleaza”h¹n chÕ” sù sao chÐp cña virut (vµ bëi v× nã lµm khëi ®éng vÞ trÝ”h¹n chÕ” sù sao chÐp trªn ph©n tö DNA) nªn dÇn dÇn ®­îc gäi lµ enzym c¾t giíi h¹n (restriction enzyme). Nhãm nghiªn cøu cña Arber ®· ph¸t hiÖn ra r»ng enzym c¾t giíi h¹n cña hä Ýt cã gi¸ trÞ thùc tiÔn trong thao t¸c DNA v× nã c¾t DNA ë nhiÒu vÞ trÝ . V× thÕ cho tíi n¨m 1970 Hamilton Smith vµ céng t¸c l¹i ph©n lËp ®­îc mét enzym giíi h¹n míi tõ vi khuÈn Haemophilus influenzae . Enzym nµy c¾t ph©n tö DNA ë nh÷ng ®iÓm cã thÓ ®o¸n tr­íc ®­îc v× vÞ trÝ t¸c ®éng cña nã chÝnh x¸c h¬n enzym cña Arber. Khi sö dông enzym nµy Daniel Nathan vµ nhãm nghiªn cøu cña «ng ®· ph©n lËp ®­îc DNA tõ mét virut trªn khØ gäi lµ Simian virut 40 (hay SV40) vµ chøng minh r»ng enzym cña vi khuÈn nµy cã thÓ dïng ®Ó c¾t DNA virut ë mét vµi vÞ trÝ nµo ®ã (H×nh 2.7.).
  • 15. 15 H×nh 2.7.C¸c Enzym giíi h¹n . (a) Werner Arber , Hamilton Smith vµ Daniel Nathans nhËn gi¶i Nobel n¨m 1978 vÒ Sinh lý häc vµ y häc víi c«ng tr×nh vÒ c¸c enzym giíi h¹n . (b) Ho¹t tÝnh cña c¸c enzym giíi h¹n (hoÆc Endonucleaza) . Enzym giíi h¹n c¸t 2 chuçi cña ph©n tö DNA ®Ó t¹o thµnh 2 m¶nh . (c)VÞ trÝ nhËn d¹ng cña mét vµi enzym giíi h¹n. Mòi tªn chØ chøc n¨ng cña nh÷ng enzym giíi h¹n kh¸c nhau . L­u ý r»ng ë vÞ trÝ nhËn d¹ng ®Æc biÖt tr×nh tù nucleotit cña 2 chuçi DNA ch¹y theo h­íng ®èi nghÞch nhau . Sù ®èi xøng nµy gäi lµ ®èi xøng quay 2 chiÒu .Còng l­u ý r»ng 2 enzym HaeIII vµ Smal t¹o ra c¸c m¶nh víi c¸c ®Çu kh«ng s¾c (blunt) trong khi ®ã enzym EIoRIvµ HindIII t¹o nªn c¸c ®Çu ®ung ®­a . Nh÷ng ®Çu ®ung ®­a nµy cÇn cho kü thuËt g¾n gen . Do nh÷ng c«ng tr×nh nµy mµ Arber,Smith vµ Nathan ®· ®­îc nhËn gi¶i th­ëng Nobel vÒ sinh lý häc vµ y häc n¨m 1978. Nhê c¸c thµnh tùu nghiªn cøu trong nhiÒu n¨m , c¸c nhµ c«ng nghÖ DNA thÊy r»ng hä cã thÓ sö dông c¸c enzym giíi h¹n ®Ó c¾t nhá ph©n tö DNA theo ý muèn bÊt kÓ tõ nguån gèc nµo . ThËt vËy, enzym c¾t giíi h¹n tõ vi khuÈn cã thÓ dïng ®Ó c¾t mét ph©n tö DNA ë ®iÓm X , bÊt chÊp nã lµ DNA cña thùc vËt, ®éng vËt hay ng­êi. Ch¼ng h¹n nh­ ®èi víi mét sè c¸c virut th× mét enzym cã thÓ c¾t ®­îc DNA cña c¸c virut kh¸c nhau ë r©t nhiÒu vÞ trÝ .Thùc tÕ lµ cã trªn 1.200 enzym c¸t giíi h¹n ®· ®­îc ph©n lËp vµ lµm tinh khiÕt tõ vi khuÈn .Enzym thuéc nhãm
  • 16. 16 nµy t¸c ®éng vµo nhiÒu tr×nh tù nucleotit kh¸c nhau : cã kho¶ng 75 enzym ®· trë thµnh th­¬ng phÈm . C¸c enzym c¾t giíi h¹n gäi tªn theo quy ­íc quèc tÕ nh­ sau: Ch÷ ®Çu tiªn viÕt ch÷ in hoa chØ tªn chi hoÆc loµi vi khuÈn mµ tõ ®ã c¸c enzym giíi h¹n ®­îc ph©n lËp (ch÷ nghiªng) B¶ng.2.1. Hai ch÷ tiÕp theo viÕt ch÷ th­êng chØ gièng vi khuÈn (còng ch÷ nghiªng) , tiÕp theo lµ lµ mét ch÷ hoa chØ chñng vi khuÈn vµ cuèi cïng lµ sè La m· chØ thø tù enzym giíi h¹n ®­îc t×m ra . Ch¼ng h¹n nh­ c¸c enzym d­íi ®©y : EcoRI tõ Escherichia (E) co(co) chñng RY13(R) Endonucleaza thø nhÊt (I) BamHI tõ Bacillus(B) amyloliquifaciens(am) chñng H(H) endonucleaza thø nhÊt (I) HindIII tõ Haemophilus (H) influenzae(in) chñng Rd(d) endonucleaza thø III (III) Víi mét c¬ chÕ ch­a ®­îc x¸c ®Þnh , enzym giíi h¹n quÐt trªn ph©n tö DNA vµ dõng l¹i khi nã nhËn d¹ng ®­îc mét tr×nh tù cña 4 hay 6 nucleotit . Tr×nh tù nhËn d¹ng (recognition sequence) nh­ tªn gäi cña nã lµ n¬i mµ ph©n tö DNA bÞ ph©n c¾t .Tr×nh tù nhËn d¹ng biÓu lé sù ®èi xøng 2 vßng , ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ c¸c nucleotit ë ®u«i tr×nh tù nµy lµ bæ cøu cho c¸c nucleotit ë mét ®Çu kh¸c (H.4.8c). Thùc chÊt 2 chuçi cña xo¾n kÐp l¹i cã cïng mét tr×nh tù nucleotit ch¹y theo h­íng ®èi nghÞch däc theo chiÒu dµi cña tr×nh tù . NhiÒu enzym giíi h¹n chØ c¾t ë c¸c vÞ trÝ ë phÇn ®u«i , nh­ng
  • 17. 17 mét sè enzym giíi h¹n kh¸c l¹i c¾t c¶ nh÷ng vÞ trÝ ë cuèi cña nh÷ng chuçi ®¬n , tøc lµ kh«ng cè ®Þnh (h 4.8c). Sù s¾p xÕp ®éc quyÒn nucleotit trªn 2 chuçi cã 2 t¸c dông: 1. V× tr×nh tù nhËn d¹ng lµ gièng nhau trªn c¶ 2 chuçi (mÆc dï ch¹y tr¸i chiÒu nhau), nªn c¸c enzym giíi h¹n nhËn d¹ng vµ c¾t ®­îc ë c¶ 2 chuçi cña DNA v× thÕ nã c¾t ®­îc c¶ 2 chuçi xo¾n kÐp . 2. Nh÷ng vÞ trÝ mµ 2 chuçi ®­îc c¾t th­êng kh«ng ph¶i lµ ®èi nghÞch trùc tiÕp v× thÕ nã cã thÓ c¾t ®­îc mét vµi nucleotit ë c¸c ®Çu cuèi cïng . C¬ së cña sù xª dÞch nµy lµ sù bæ cøu lÉn nhau cña c¸c nucleotit . Mét ®iÒu quan träng cÇn nhí lµ bÊt kú mét c¾t bá nµo bëi enzym giíi h¹n ®Òu x¶y ra ë cïng mét vÞ trÝ nhËn d¹ng bÊt kÓ nguån gèc cña DNA tõ ®©u (H×nh 2.8.) H×nh 2.8. ThiÕt lËp mét ph©n tö DNA t¸i tæ hîp ®i tõ 2 vßng DNA xa l¹ . Enym giíi h¹n EcoRI t¸ch DNA ë c¶ 2 vßng bëi v× mÆc dÇu chóng kh«ng cã quan hÖ víi nhau nh­ng nh÷ng vßng nµy vÉn cã c¸c vÞ trÝ nhËn d¹ng gièng nhau . C¸c vßng b©y giê trë nªn th¼ng . T¹i ®iÓm nµy c¸c ®Çu cã thÓ nèi víi nhau ®Ó t¹o nªn ph©n tö DNA ®¬n dµi . Sù g¾n kÕt nµy ®­îc xóc t¸c bëi DNA Ligaza . Nh÷ng sù liªn kÕt nh­ thÕ lµ c¬ së cho sù t¸i tæ hîp gen tæng hîp . Mét ®iÒu n÷a còng rÊt quan träng ®ã lµ vÞ trÝ nhËn d¹ng cã Ýt nhÊt lµ mét trªn bÊt kú mét DNA nµo ®Ó cho bÊt kú nguån DNA nµo còng cã thÓ sö dông ®­îc . Mçi m¶nh DNA cã c¸c nucleotit ®u ®­a (dangling) gäi lµ “®Çu dÝnh-stickly ends” lµ kÕt qu¶ cña sù t¸c ®éng bëi enzym. Vµ bëi v× c¸c ®Çu cña chuçi ®¬n lµ bæ cøu cho nhau nªn chóng cã thÓ cÆp ®«i víi nhau hoÆc víi c¸c ®o¹n DNA kh¸c cã ®Çu dÝnh bæ cøu. §Æc tÝnh thø hai nµy t¹o cho enzym giíi h¹n trë thµnh mét c«ng cô v« gi¸ ®èi víi c«ng nghÖ gen –tøc lµ dï nguån gèc DNA cã thÓ lµ cña vi khuÈn, chim, hoÆc cña c©y mao l­¬ng vµ dï dµi ®Õn mÊy ®i n÷a th× thÝ c¸c ®Çu dÝnh cña c¸c ®o¹n DNA nµy vÉn lµ bæ cøu. 2.1.3.Ligaza : C¸c ®o¹n DNA bæ cøu kh«ng thÓ tù liªn kÕt víi nhau . §iÒu ch¾c ch¾n lµ liªn kÕt hydro sÏ ®­îc h×nh thµnh gi÷a c¸c baz¬ bæ cøu . Nh­ng nh÷ng liªn kÕt nµy kh«ng ®ñ bÒn ®Ó kÕt nèi c¸c ®u«i nµy víi nhau mét c¸ch v« tËn ®Æc biÖt lµ trong c¸c ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é sinh lý . §Ó thùc hiÖn viÖc g¾n l©u dµi c¸c ®Çu cuèi cña DNA th× ph¶i sö dông mét enzym , ®ã lµ DNA ligaza.
  • 18. 18 LÇn ®Çu tiªn ng­êi ta ph©n lËp ®­îc mét DNA ligaza tõ bacteriophage T4, nã cã thÓ g¾n c¸c bé khung ho¸ häc cña c¸c chuçi DNA do h×nh thµnh mét liªn kÕt ho¸ häc gi÷a nhãm phot phat 5’tù do cña c¸c ®o¹n nucleotit víi ph©n tö deoxy ribozacña nucleotit kÕ tiÕp. §ã chÝnh lµ liªn kÕt phot pho dieste (phosphodiesster bond)-mét liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ bÒn v÷ng h¬n liªn kÕt hydro gi÷a c¸c baz¬ ni t¬ ®èi nghÞch . Liªn kÕt phot pho dieste tån t¹i ë tÊt c¶ c¸c nucleotit t¹o nªn c¸c ph©n tö DNA míi (H×nh 2.9.) H×nh 2.9. C¸c liªn kÕt ®Ó dÝnh c¸c ®o¹n DNA víi nhau trong ph©n tö DNA t¸i tæ hîp . Liªn kÕt hydro lµ liªn kÕt yÕu gi÷a c¸c baz¬ bæ cøu , cßn liªn kÕt bÒn v÷ng ®­îc t¹o bëi Ligaza . Liªn kÕt nµy nèi c¸c bé khung cña chuçi DNA . DNA ligaza ®­îc ph©n lËp lÇn ®Çu tiªn vµo n¨m1960. Nã ch¼ng nh÷ng cã trong c¸c virut mµ cßn cã c¶ trong c¸c tÕ bµo nh©n chuÈn vµ E.Coli. Nã nèi c¸c ®o¹n DNA víi nhau vµ tham gia cïng c¸c enzym kh¸c trong sù tæng hîp DNA . Enzym nµy còng gióp cho viÖc söa ch÷a DNA do nã g¾n l¹i c¸c m¶nh vì cña DNA, nhê vËy mµ lµm håi phôc l¹i c¸c vÕt th­¬ng cña tÕ bµo . Trong c«ng nghÖ DNA nã ®ãng vai trß lµ sù g¾n kÕt cuèi cïng trong c¸c chuçi sù kiÖn dÉn ®Õn sù h×nh thµnh mét ph©n tö DNA t¸i tæ hîp (H4.11) 2.1.4.Plasmid Nh÷ng n¨m ®Çu cña nh÷ng n¨m 1970, Paul Berg vµ céng t¸c t¹i Tr­êng §¹i häc Stanford ®· kh¶o s¸t kh¶ n¨ng sö dông c¸c enym giíi h¹n ®Ó lµm thay ®æi cÊu tróc cña DNA. Nhãm nghiªn cøu cña Berg ®· ph©n lËp ®­îc NST cña E.Coli vµ c¾t nhá ph©n tö DNA b»ng enzym giíi h¹n . Tuy nhiªn , DNA cã c¸c ®u«i ®¬n gi¶n nªn rÊt khã g¾n vµo c¸c DNA ngo¹i lai ch¼ng h¹n nh­ virut (còng t­¬ng tù nh­ viÖc g¾n mét viªn g¹ch vµo cuèi mét bøc t­êng) . MÆc dÇu v©þ, nguêi ta ®· th¾ng lîi trong viÖc t¹o ra ph©n tö DNA t¸i tæ hîp ®Çu tiªn. Sau ®ã Berg ®· ®­îc chia gi¶i Nobel ho¸ häc n¨m 1980 do nh÷ng cèng hiÕn cña m×nh . Còng vµo thêi ®iÓm ®ã cã 2 sù kiÖn ®· x¶y ra lµm mét cuéc c¸ch m¹ng trong c«ng nghÖ DNA . Sù kiÖn thø nhÊt lµ Herbert Boyer t¸ch chiÕt ®­îc enzym gݬi h¹n EcoRI c¾t bá c¸c ®u«i nh­ kiÓu th¸o c¸c lç méng . Sù kiÖn thø hai x¶y ra ë Labo Stanley Cohen thuéc Tr­êng §¹i häc Stanford . Cohen ®· thu thËp ®­îc c¸c d÷ liÖu trªn c¸c vßng DNA nhá bÐ thÊy ë tÕ bµo chÊt cña vi khuÈn (kh«ng thÊy ë c¸c sinh vËt cã cÊu tróc phøc t¹p) . C¸c vßng DNA ®ã chÝnh lµ Plasmid . Plasmid n»m ngoµi NST vi khuÈn vµ chøc n¨ng cña nã ch­a ®­îc hiÓu râ ®Çy ®ñ . Plasmid chøa Ýt th× mét t¸ mµ nhiÒu th× hµng hµng tr¨m gen (vi khuÈn cã kho¶ng vµi ngµn gen trong NST) nã chiÕm kho¶ng 20% th«ng tin di truyÒn cña c¬ thÓ . Mét ®iÒu râ rµng lµ plasmid kh«ng cÇn thiÕt cho sù sinh tr­ëng cña vi khuÈn vµ khi lo¹i bá nã ®i th× còng ch¼ng g©y h¹i g× cho vi khuÈn .
  • 19. 19 H×nh 2.10. Ho¹t tÝnh cña DNA Ligaza . DNA Ligaza g¾n c¸c ®o¹n DNA víi nhau b»ng c¸ch liªn kÕt gèc phot phat ë vÞ trÝ 5 cña ®o¹n nµy víi vÞ trÝ 3 cña ph©n tö Deoxyriboza tiÕp theo. §ã chÝnh lµ liªn kÕt photphodieste. Liªn kÕt nµy ch¾c h¬n liªn kÕt Hydro , nã h×nh thµnh gi÷a c¸c nucleotit ®èi dÊu . N¨m 1972, Cohen thiÕt lËp ®­îc mét plasmid míi tõ mét plasmid cã tõ tr­íc ë E.Coli. Plasmid míi nµy cã 3 ®Æc tÝnh quan träng : 1.Nã cã mét vÞ trÝ nhËn d¹ng ®¬n lÎ ë chç EcoRI ph©n c¾t , v× thÕ mµ x¸c ®Þnh ®­îc n¬i mµ plasmid sÏ më ra . 2.Cã mét tr×nh tù nucleotit gäi lµ ®iÓm gèc sao chÐp (origin of replication) , tr×nh tù Êy thóc ®Èy sù sao chÐp cña plasmid trong c¬ thÓ tóc chñ . 3.Chøa mét gen kh¸ng tetraxyclin . V× vËy c¸c vi khuÈn chøa plasmid nµy th× kh¸ng l¹i tetraxyclin , cßn nh÷ng vi khuÈn kh¸c kh«ng cã plasmid ®ã sÏ chÕt khi cã mÆt tetraxyclin .Cohen ®Æt tªn plasmid ®ã lµ pSC101 (“SC”tøc lµ Stankey Cohen). Mét ®Æc tr­ng quan träng kh¸c cña plasmid Cohen lµ dÔ dµng cµi vµo tÕ bµo tóc chñ . Cohen ®· ph¸t hiÖn ra r»ng cã thÓ cµi c¸c plasmid vµo c¸c vi khuÈn míi b»ng c¸ch treo nã trong dung dÞch Canxi clorua , sau ®ã l¹i nhanh chãng lµm nãng vi khuÈn tíi 42o C . Víi c¸ch xö lý nh­ vËy th× v¸ch vµ mµng sinh chÊt cña vi khuÈn sÏ më ra , cho phÐp plasmid ®i qua ®Ó vµo tÕ bµo chÊt cña vi khuÈn . Khi ë bªn trong vi khuÈn th× mét plasmid ®¬n tù nã nh©n lªn ®Ó t¹o nªn hµng t¸ plasmid míi . NÕu plasmid chøa mét gen ngo¹i lai th× gen nµy ®­îc sao chÐp cïng víi nh÷ng phÇn cßn l¹i cña ph©n tö . V× c¸c vi khuÈn cã chøa c¸c plasmid còng ®­îc nh©n lªn – th­êng cø 20 phót mét lÇn vµ mçi mét vi khuÈn míi l¹i cã vµi plasmid míi . DÜ nhiªn lµ tr­íc ®ã vi khuÈn ®· s¶n sinh hµng triÖu thÕ hÖ con ch¸u råi . Mét quÇn thÓ nh­ thÕ xuÊt ph¸t tõ mét tÕ bµo cha mÑ ®­îc gäi lµ mét dßng (clone). TÊt c¶ c¸c tÕ bµo trong cïng mét dßng ®Òu cã c¸c plasmid ®ång nhÊt . Còng t­¬ng tù nh­ vËy, hiÖn nay cã hµng triÖu b¶n sao cña cïng mét gen ngo¹i lai. V× thÕ gen còng ph¶i t¸ch dßng . Kh«ng ph¶i t­ëng t­îng nhiÒu còng hiÓu ®­îc r»ng plasmid lµ c¸c vËt mang hay lµ c¸c vec t¬ ®èi víi gen ng­êi trong c¸c thÝ nghiÖm c«ng nghÖ DNA. Giai ®o¹n hiÖn t¹i lµ tËp hîp c¸c thÝ nghiÖm DNA t¸i tæ hîp ®· lµm thay ®æi tiÕn tr×nh lÞch sö Ho¸ sinh . 2.2. c¸c thÝ nghiÖm vÒ DNA t¸i tæ hîp Theo mét sè sö gia th× nguyªn lý cña c«ng nghÖ DNA gièng nh­ chiÕc b¸nh sanwich ë bê biÓn Waikiki .N¨m 1972, x¶y ra sù kiÖn nh­ sau : khi Herbert Boyer ph¸t biÓu trong mét héi nghÞ
  • 20. 20 khoa häc ë Hawai vÒ enzym giíi h¹n EcoRI th× Stanley Cohen còng tham gia héi nghÞ nh­ng víi c­¬ng vÞ lµ thÝnh gi¶ . Sau khi kÕt thóc diÔn thuyªt Cohen mêi Boyer ¨n tr­a vµ béc b¹ch r»ng hä cã thÓ céng t¸c víi nhau trong hµng lo¹t c¸c thÝ nghiÖm . Sau ®ã 2 nhµ nghiªn cøu ®· ngåi l¹i víi nhau vµ xem xÐt c¸c thÝ nghiÖm ®Ó ®­a cång nghÖ DNA vµo mét kû nguyªn míi . Cohen chØ ®¹o thµnh c«ng c¸c thÝ nghiÖm víi plasmid , nh­ng «ng l¹i gÆp khã kh¨n khi c¾t më réng c¸c plasmid vµ enzym EcoRI cña Boyer d­êng nh­ lµ mét gi¶i ph¸p lý t­ëng v× thÕ Cohen ngá ý cïng hîp t¸c nghiªn cøu . Hä dïng plasmid cña Cohen vµ enzym cña Boyer ®Ó thùc hiÖn t¸i tæ hîp DNA plasmid . Tr­íc tiªn, hä sÏ tiÕn hµnh tæ hîp 2 plasmid ®Ó t¹o nªn mét plasmid ®¬n.NÕu thµnh c«ng hä sÏ ®­a DNA ngo¹i lai vµo plasmid ®Ó t¹o nªn mét ph©n tö DNA t¸i tæ hîp . Boyer ®ång ý vµ b¾t ®Çu vµo c«ng viÖc . C¸c thÝ nghiÖm cña Boyer vµ Cohen ®­îc tiÕn hµnh vµo n¨m 1973, sau 20 n¨m Watson vµ Crick c«ng bè trªn b¸o vÒ lÞch sö cÊu tróc DNA . Plasmid mµ Boyer vµ Cohen sö dông lµ pSC101 (H×nh 2.11.). H×nh 2.11. ¶nh hiÓn vi ®iÖn tö cña Plasmid vi khuÈn . L­u û r»ng DNA ë d¹ng vßng khÐp kÝn . Mét sè vßng l¹i níi láng , trong khi ®ã cã c¸c vßng l¹i so¾n chÆt . Trong c¸c thÝ nghiÖm ®Çu tiªn, Boyer vµ Cohen ®· tæ hîp thµnh c«ng pSC101 víi pSC102 vµ t¸ch dßng víi c¸c tÕ bµo E.Coli. C¸ch tiÕp cËn cña hä thËt lµ thó vÞ . Plasmid pSC101 cã mét gen kh¸ng chÊt kh¸ng sinh kanamyxin . Khi c¸c plasmid t¸i tæ hîp ®· hîp nhÊt ®­îc víi vi khuÈn th× vi khuÈn nµy béc lé kh¶ n¨ng di truyÒn míi tøc lµ h¹n chÕ ®­îc t¸c dông cña c¶ tetraxyclin vµ kanamyxin. Råi tíi l« thÝ nghiÖm thø hai víi DNA ngo¹i lai (H×nh 2.12)
  • 21. 21 H×nh 2.12. C¸c thÝ nghiÖm cña Boyer-Cohen n¨m 1973 .(a) Plasmid pSC101 ®­îc më ra b»ng enzym giíi h¹n EcoRI ë ®iÓm chØ mòi tªn .Plasmid cã chøa gen kh¸ng tetracyclin ®­îc m« h×nh lµ tetr .(b)DNA tõ cãc Xenopus Laevi còng ®­îc xö lý víi EcoRI vµ ®· thu ®­îc c¸c ®o¹n DNA ngo¹i lai .L­u ý r»ng EcoRI t¸c ®éng ë nh÷ng vÞ trÝ nhËn d¹ng gièng nhau ë vec t¬ Plasmid vµ ë DNA cho .(c)C¸c ®o¹n DNA cho g¾n víi plasmid ®· më vµ x¶y ra sù bæ cøu c¸c baz¬ . (d) Khi thªm DNA Ligaza , plasmid sÏ ®ãng l¹i vµ h×nh thµnh ph©n tö DNA t¸i tæ hîp. (e) Plasmid ®­îc ®­a vµo c¸c tÕ bµo E.Coli nhËy c¶m víi tetracyclin (tets) b»ng c¸ch xö lý tÕ bµo víi hîp chÊt can xi . C¸c tÕ bµo E.Coli ®· biÕn n¹p . C¸c plasmid sÏ nh©n lªn trong tÕ bµo vµ m· cho c¸c protein chuyªn ho¸ bëi DNA cña cãc .(f) Khi vi khuÈn ®­îc nu«i cÊy trong m«i Tr­êng cã tetracyclin th× c¸c tÕ bµo cã chøa plasmid t¸i tæ hîp sÏ ph¸t triÓn vµ t¹o c¸c khuÈn l¹c . §iÒu ®ã x¶y ra bëi v× nã cã gen kh¸ng l¹i tetracyclin .Vi khuÈn cã chøa plasmid b×nh th­êng kh«ng cã gen kh¸ng tetracyclin sÏ kh«ng t¹o ®ù¬c khuÈn l¹c trong m«i tr­êng . Boyer vµ Cohen thu thËp mét gen tõ c¸c tÕ bµo cãc Ch©u Phi Xenopus Laevis .Gen nµy m· ho¸ cho mét ®o¹n protein dïng ®Ó tæng hîp RNA riboxom . Hä sö dông EcoRI ®Ó c¾t DNA cña cãc , sau ®ã còng dïng enzym nµy ®Ó më plasmid pSC101. Së dÜ dïng EcoRI cho c¶ hai bëi v× c¸c ®u«i cña chóng ®Òu t­¬ng tù nhau. C¸c ®o¹n DNA cña cãc ®­îc trén víi DNA plasmid vµ sù cÆp ®«i gi÷a c¸c baz¬ bæ cøu x¶y ra trªn c¶ 2 ®o¹n DNA . Thªm DNA ligaza vµo th× c¸c plasmid ®­îc t¸i sinh tuÇn hoµn trõ tr­êng hîp b©y giê plasmid l¹i chøa c¸c DNA ®· ®­îc cµi vµo tõ cãc .C¸c nhµ nghiªn cøu gäi plasmid t¸i tæ hîp nµy lµ Chimera. TiÕp theo , ng­êi ta xem xÐt kh¶ n¨ng m· ho¸ protein cña c¸c DNA ngo¹i lai . B»ng c¸ch sö dông c¸c kü thuËt tiªu chuÈn Cohen ®· ®­a plasmid vµo trong c¸c tÕ bµo E.Coli vµ ®Æt vi khuÈn vµo m«i tr­êng ®Ó ph¸t triÓn .Vi khuÈn vµ plasmid t¸i tæ hîp cña chóng ®­îc sao chÐp tõng phót vµ tr­íc ®ã c¸c tÕ bµo E.Coli ®· t¹o ra thªm mét protein cho RNA riboxom mµ th«ng th­êng protein nµy chØ ®­îc t¹o nªn tõ c¸c tÕ bµo cña cãc .ë ®©y E.Coli ®· tæng hîp nªn protein cña nã vµ tæng hîp thªm c¶ protein cña c¬ thÓ kh¸c (X .laevis) . C¸c ph­¬ng tiÖn truyÒn th«ng quèc gia ®· cæ ®éng cho nh÷ng thµnh c«ng cña Boyer vµ Cohen.Thùc chÊt hai nhµ khoa häc nµy ®· ph¸ vì hµng rµo ng¨n c¸ch gi÷a c¸c mÉu sinh häc t¸ch biÖt vµ më ra mét kû nguyªn míi hiÖn ®¹i cña cång nghÖ DNA . V× vËy mét quan s¸t
  • 22. 22 viªn ®· ghi chó nh­ sau C«ng nghÖ sinh häc tr­íc Cohen ( BBC Before Boyer-Cohen) vµ nay lµ sau Cohen ( ABC tøc lµ After Boyer-Cohen) C¸c nhµ sinh häc ®· nhanh chãng xem xÐt c¸c mèi liªn quan cña c«ng nghÖ DNA t¸i tæ hîp vµ khÈn tr­¬ng tiÕn hµnh c¸c thÝ nghiÖm thao t¸c gen .Vµ chØ trong mÊy tuÇn c¸c nhµ khoa häc ®· ph¸t hiÖn ra sù chuyÓn gen vµ cè g¾ng v­ît qua c¸c ph©n c¸ch vÒ mÉu .Trong mét thÝ nghiÖm ng­êi ta ®· chuyÓn gen cña Staphylococcus Aureus cho E.Coli. C¸c nhµ khoa häc kh¸c l¹i cã ý ®Þnh ph©n lËp c¸c gen ng­êi vµ ®­a vµo plasmid cña vi khuÈn . Cßn sè kh¸c th× ®i s©u vµo c¸c mèi liªn quan chÆt chÏ gi÷a c¸c thÝ nghiÖm trong c«ng nghÖ DNA . Ch¼ng h¹n nh­ ng­êi ta suy luËn r»ng c¸c gen cã thÓ ®­îc ®­a vµo c¸c tÕ bµo sèng ®Ó gi¶i to¶ sù thiÕu hôt di truyÒn còng nh­ cã thÓ t¹o ®­îc mét l­îng lín protein d­îc phÈm hiÕm . Ng­êi ta ­íc väng cã ®­îc nh÷ng nguån n¨ng l­îng sinh häc rÎ tiÒn hay trÎ em sinh ra kh«ng bÞ khuyÕt tËt. D­êng nh­ kh«ng cã giíi h¹n trong nÒn c«ng nghÖ míi nµy . VÒ ph­¬ng diÖn kü thuËt Trong Gen trÞ liÖu ng­êi ta sö dông 2 ph­¬ng ph¸p chuyÓn gen : Ph­¬ng ph¸p chuyÓn gen ngoµi c¬ thÓ (ex vivo ) vµ ph­¬ng ph¸p chuyÓn gen trùc tiÕp vµo c¬ thÓ (in vivo) . Mét sè kü thuËt th­êng dïng trong gen trÞ liÖu lµ : Kü thuËt vi tiªm , Kü thuËt ®iÖn xung , kü thuËt b¾n gen , kü thuËt liposom , kü thuËt viªn gen v.v.. Nh÷ng vÊn ®Ò nµy chóng ta sÏ bµn luËn sau . 2.3.Nh÷ng bµn c i vÒ tÝnh an toµn trong gen trÞ liÖu. MÆc dï sèt s¾ng víi c«ng nghÖ DNA nh­ng nhiÒu nhµ khoa häc ®· c¶nh b¸o vÒ nh÷ng hËu qu¶ nguy hiÓm cña c«ng nghÖ nµy ®· gîi ý cÇn ph¶i thËn träng h¬n víi c¸c xu h­íng nghiªn cøu . Ch¼ng h¹n nh­ ®· cã sù b¸o ®éng khi nhãm nghiªn cøu cña Paul Berg dù ®Þnh ®­a mét gen tõ virut g©y ung th­ vµo E.Coli.C¸c ®ång nghiÖp cña «ng ®· v¹ch ra rµnh m¹ch r»ng c¸c tÕ bµo E.Coli t¸i tæ hîp tõ phßng thÝ nghiÖm khi ®· vµo c¬ thÓ ng­êi (ë ®ã chóng vÉn sèng mét c¸ch b×nh th­êng) th× nã sÏ biÓu lé c¸c gen ung th­ . Berg ®· ph¶i xem xÐt nh÷ng lêi ph¶n ®èi ®ã vµ ®· huû bá thÝ nghiÖm nµy . Nh­ng nh÷ng vÊn ®Ò vÒ tÝnh an toµn vÉn lu«n ®­îc ®Æt ra . ChØ míi gÇn ®©y th«i c¸c nhµ sinh häc ph©n tö l¹i b¾t ®Çu th¶o luËn vÒ c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn c«ng nghÖ DNA trong mét héi nghÞ ®­îc tæ chøc d­íi sù b¶o trî cña viÖn hµn l©m khoa häc quèc gia .Tíi n¨m 1974 , mét sù kiÖn ch­a hÒ thÊy ®· x¶y ra , ®ã lµ mét bøc th­ cã c¶ ch÷ ký cña Paul Berg vµ 9 nhµ khoa häc kh¸c xuÊt hiÖn ®ång thêi trªn 3 t¹p chÝ khoa häc uy tÝn nhÊt ThÕ giíi viÕt b»ng tiÕng Anh ®ã lµ Science, Nature vµ Proceedings of the National Academy of Science. Bøc th­ ®· chØ râ c¸c nguy h¹i tiÒm tµng cña c«ng nghÖ DNA t¸i tæ hîp . Bøc th­ cã ®o¹n viÕt: Nh÷ng tiÕn bé míi ®©y trong kü thuËt ph©n lËp vµ ghÐp nèi c¸c ®o¹n DNA tíi nay ®· cho phÐp kiÕn t¹o c¸c ph©n tö DNA cã ho¹t tÝnh sinh häc in vitro. MÆc dï nh÷ng thÝ nghiÖm nµy cã vÎ t¹o thuËn lîi cho c¸c gi¶i ph¸p vÒ c¸c vÊn ®Ò thùc tiÔn vµ lý thuyÕt quan träng trong sinh häc nh­ng viÖc t¹o nªn c¸c d¹ng DNA míi mµ b¶n chÊt sinh häc cña c¸c phÇn tö cña chóng kh«ng thÓ dù ®o¸n ®­îc mét c¸ch ®Çy ®ñ Cã mét vÊn ®Ò liªn quan rÊt nghiªm tóc lµ mét sè trong c¸c ph©n tö DNA nµy cã thÓ ®­îc chøng minh lµ cã nguy h¹i vÒ mÆt sinh häc
  • 23. 23 H×nh 2.13. C«ng nghÖ DNA víi viÖc t¸ch dßng gen ng­êi vµ c¸c s¶n phÈm protein s¶n xuÊt víi sè l­îng lín ®­îc m· ho¸ bëi gen nµy. Bøc th­ tiÕp tôc hái ý kiÕn c¸c nhµ sinh häc ph©n tö trªn toµn ThÕ giíi liÖu cã “tù nguyÖn tr× ho·n”mét sè thÝ nghiÖm vÒ DNA cho tíi khi cã mét héi nghÞ quèc tÕ nhãm häp ®Ó th¶o thuËn vÒ c¸c nguy h¹i cã thÓ vµ c¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ cÇn thiÕt hay kh«ng? C¸c nhµ khoa häc còng nh¾c nhë cÇn ph¶i thËn träng víi c¸c thÝ nghiÖm cã liªn quan tíi viÖc ®­a mét gen kh¸ng chÊt kh¸ng sinh vµo plasmid vµ g¾n mét gen ung th­ vµo bÊt kú mét ph©n tö chÊt mang DNA nµo . §©y lµ lÇn ®Çu tiªn c¸c nhµ khoa häc thuéc nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau ®ßi h¹n chÕ c¸c nghiªn cøu mÆc dï ch¼ng cã b»ng chøng nµo chøng minh nã lµ nguy hiÓm . MÆc dï qu¸ tr×nh t¸i tæ hîp kh«ng vi ph¹m luËt ph¸p , nh­ng c¸c nhµ khoa häc toµn ThÕ giíi vÉn ph¶i ®¨ng ký c¸c dù ®Þnh trong c¸c thÝ nghiÖm khoa häc cña m×nh.Th¸ng 2-1975 , mét nhãm gåm 139 nhµ nghiªn cøu tõ 17 quèc gia ®· häp mÆt trong 4 ngµy ë Asilomar , mét trung t©m vÒ héi nghÞ ë Pacific Grove , California nh»m ®­a ra nh÷ng h­íng dÉn vµ c¸c khuyÕn c¸o cho viÖc chØ ®¹o c¸c thÝ nghiÖm trong c«ng nghÖ DNA . Mét trong sè nh÷ng ®iÒu tr­íc tiªn nh÷ng cö to¹ ph¶i lµm lµ cam ®oan víi c«ng chóng r»ng vi khuÈn dïng cho c¸c thÝ nghiÖm DNA tÊi tæ hîp lµ nh÷ng nßi ®Æc biÖt vµ “®· gi¶i trõ qu©n bÞ” nªn chóng kh«ng cßn tån t¹i ngoµi phßng thÝ nghiÖm . C¸c nhµ khoa häc còng vËt lén víi t×nh tr¹ng khã xö nhÊt ®ã lµ thiÕu c¸c b»ng chøng ®Ó hoÆc ñng hé hoÆc ph¶n ®èi vÒ b¶n chÊt g©y nguy h¹i cña c¸c c«ng tr×nh vÒ DNA . Cuèi cïng , c¸c nhµ nghiªn cøu ®· chän biÖn ph¸p nh¾c nhë vµ ho¹ch ®Þnh chÝnh s¸ch cho c¸c c«ng tr×nh cña hä . C¸c thÝ nghiÖm DNA t¸i tæ hîp ph¶i lu«n xem xÐt tíi c¸c rñi ro ë c¸c møc ®é thÊp, trung b×nh vµ cao vµ quyÕt ®Þnh r»ng bÊt kú mét thÝ nghiÖm nµo mµ cã rñi ro (nh­ Berg
  • 24. 24 ®· nªu) ®Òu ph¶i ®­îc chØ ®¹o mét c¸ch chÆt chÏ cho tíi khi cã mét ph­¬ng ph¸p tèt h¬n . ChiÕn l­îc nµy bao hµm c¶ trong lÜnh vùc vËt lý còng nh­ sinh häc vµ ­u tiªn nhiÒu cho viÖc ph¸t triÓn c¸c chñng vi khuÈn kh«ng cã kh¶ n¨ng sèng ë bªn ngoµi phßng thÝ nghiÖm . KhuyÕn c¸o Asilomar dÉn tíi viÖc h×nh thµnh mét Uû ban cè vÊn vÒ DNA t¸i tæ hîp t¹i viÖn søc khoÎ quèc gia Hoa kú(NIH). Uû ban nµy sÏ ®­a ra c¸c h­íng dÉn ®Çy ®ñ song song víi c¸c khuyÕn c¸o Asilomar.N¨m th¸ng tr«i qua , mäi ®iÒu ®· ®­îc s¸ng tá tr­íc c«ng chóng lµ c¸c nhµ nghiªn cøu vÒ DNA kh«ng xa rêi c¸c ®¹o luËt x· héi. 2.4.T­¬ng lai cña c«ng nghÖ DNA t¸i tæ hîp Nh÷ng thÝ nghiÖm ®­îc thùc hiÖn n¨m 1972 vµ nh÷ng n¨m sau ®ã ®· t¸c ®éng s©u s¾c tíi c¸ch suy nghÜ cña c¸c nhµ di truyÒn häc . Tr­íc nh÷ng thµnh c«ng vÒ c¸c thÝ nghiÖm t¸ch gen , c¸c nhµ di truyÒn häc suy luËn qua c¸c nghiªn cøu cña m×nh r»ng tÊt c¶ nh÷ng ®iÒu mµ hä hiÓu vÒ ®Æc ®iÓm vµ sù biÓu hiÖn cña gen cho tíi giê hä ®Òu cã thÓ thao t¸c ®­îc . C«ng nghÖ DNA cho phÐp c¸c nhµ di truyÒn häc hiÓu ®­îc cÊu tróc , chøc n¨ng còng nh­ sù ®iÒu hoµ gen vµ b¾t ®Çu ®i s©u vµo di truyÒn Ho¸ sinh c¸c bÖnh l·o khoa . §i ®«i víi nh÷ng th¾ng lîi trong c«ng nghÖ DNA th× ®ång thêi còng xuÊt hiÖn thªm c¸c nguyªn lý cña c«ng nghÖ sinh häc . C«ng nghÖ sinh häc lµ mét nÒn c«ng nghiÖp réng lín vµ hoµn toµn míi trong ®ã sinh häc ph©n tö cã thÓ tham gia gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò vÒ « nhiÔm, c¸c chÒ phÈm thùc phÈm , n¨ng l­îng vµ sù tæng hîp c¸c lo¹i d­îc phÈm míi . C¸c nhµ Ho¸ sinh sím ®Ó ý tíi vi khuÈn , coi ®ã lµ c¸c nhµ m¸y ho¸ häc t­¬ng lai vµ suy luËn r»ng cã thÓ lËp ch­¬ng tr×nh cho DNA ®Ó tæng hîp mét sè l­îng kh«ng h¹n chÕ c¸c chÊt cã ý nghÜa ®èi víi c«ng nghiÖp , kinh tÕ vµ y häc. Sau nh÷ng n¨m 1970, mét sè høa hÑn ®· thµnh hiÖn thùc, nhiÒu nhµ m¸y ®· b¾t ®Çu ¸p dông kü thuËt DNA ®Ó s¶n xuÊt nhiÒu s¶n phÈm h÷u Ých. Ch¼ng h¹n nh­ n¨m 1980, mét c«ng ty ®· thu ®­îc insulin tõ vi khuÈn t¸i tæ hîp víi nh÷ng gen cña c¸c tÕ bµo tuþ ng­êi . Mét c«ng ty kh¸c còng ®· sö dông c¸c tÕ bµo vi khuÈn ®Ó t¹o ra interferon –mét chÊt øc chÕ virut mµ th«ng th­êng chØ ®­îc t¹o ra tõ c¸c tÕ bµo cña ng­êi . NhiÒu c«ng ty kh¸c còng ®· t¸i tæ hîp DNA trong vi khuÈn ®Ó cho vi khuÈn nµy cã thÓ t¹o nªn c¸c chÊt nh­ hormon sinh tr­ëng cña ng­êi , hay mét vacxin cho mét bÖnh nµo ®ã cña ®éng vËt hoÆc c¸c enzym hoµ tan trong dÇu Trong nh÷ng n¨m 1980, nhiªu s¶n phÈm kh¸c cña c«ng nghÖ DNA ®­îc dù b¸o lµ hiÖn thùc hoÆc lµ cã kh¶ n¨ng trë thµnh hiÖn thùc . C¸c vi khuÈn t¸i tæ hîp ®­îc dïng trong viÖc lo¹i th¶i c¸c chÊt ®éc h¹i , hoµ tan c¸c chÊt khã tan trong n­íc nh­ tãc ch¼ng h¹n . Vi khuÈn t¸i tæ hîp ®· tæng hîp ®­îc c¸c enzym hoµ tan côc m¸u ®«ng cña ng­êi lµ Urokinaza vµ hormon cña thËn lµ erythropoietin . Hµng tr¨m c«ng ty trªn ThÕ giíi ®· øng dông c«ng nghÖ DNA trong c«ng nghiÖp . NhiÒu nhµ khoa häc ®· ph¸t biÓu mét c¸ch l¹c quan vÒ mét t­¬ng lai trong ®ã sù thô tinh sÏ lµ lçi thêi , thùc vËt cã thÓ sö dông c¸c ®éc tè vi khuÈn ®Ó xua ®uæi c«n trïng vµ hoa mµu cã thÓ ®­îc trång cÊy mµ kh«ng bÞ ph¸ h¹i cña s­¬ng gi¸ . Tíi nh÷ng n¨m 1990, c¸c nhµ nghiªn cøu ®· ®i qu¸ xa so víi viÖc cµi mét DNA ngo¹i lai vµo c¸c tÕ bµo vi khuÈn vµ c«ng nghÖ DNA ®· ph¸t triÓn trong rÊt nhiÒu lÜnh vùc . Ch¼ng h¹n nh­ in dÊu v©n DNA lµ mét d¹ng míi cña ph¸p y ®· ®­îc c¸c hÖ thèng ph¸p luËt chÊp thuËn . Trong gen trÞ liÖu con ng­êi ®· ®­îc truyÒn vµo c¸c gen ngo¹i lai ®Ó ch÷a c¸c bÖnh .Hay ®éng vËt biÕn ®æi gen cã ®­îc hÖ thèng miÔn dÞch cña ng­êi .Råi dù ¸n t×m hiÓu tr×nh tù Baz¬ c¸c gen ®¬n cña ng­êi H¬n bÊt kú mét kü thuËt nµo kh¸c , c«ng nghÖ DNA sÏ cho nh©n lo¹i c¬ héi lµm chñ ®­îc nh÷ng ph©n tö ®· t¹o nªn chÝnh hä. CÊc nhµ khoa häc thÝch thó khi con ng­êi cµng hiÓu râ h¬n n÷a vÒ c¬ thÓ m×nh còng nh­ c¸c ®éng t¸c nh­ bß, b¬i léi , ch¹y nh¶y hay bay l­în v.v.. Khã thÊy nh÷ng vÊn ®Ò vÒ sù tån t¹i cña con ng­êi mµ l¹i kh«ng ®ông tíi c«ng nghÖ DNA còng nh­ c¸c vÊn ®Ò chÝnh trÞ næi lªn ®ßi hái ph¶i cã c¸c gi¶i ph¸p cã tÝnh toµn cÇu.Ch¼ng h¹n nh­ liÖu c«ng nghÖ DNA cã cho phÐp ®Ó gen can thiÖp vµo viÖc “c¶i biÕn gièng nßi” hay kh«ng? Hay c¸c vÊn ®Ò thuéc ®¹o ®øc , nh÷ng b¨n kho¨n vÒ tinh thÇn sÏ cßn cßn tõng b­íc n¶y sinh trªn con ®­êng ®i tíi cña DØ truyÒn häc . Nh­ng cã mét ®iÒu mµ ai còng ph¶i thõa nhËn lµ c«ng nghÖ DNA ®· ®i vµo cuéc sèng con ng­êi vµ trë thµnh mét trong nh÷ng øng dông cã tÝnh thuyÕt phôc nhÊt . 2.5.Nh÷ng tiÕn bé ®¸ng kÓ trong gtl hiÖn nay : *Nhãm nghiªn cøu Tr­ßng §¹i häc California , Los Angeles sö dông Liposome ®­îc bao polyme Polyethylen glycol (PEG) ®Ó ®­a vµo n·o . ViÖc chuyÓn gen vµo c¸c tÕ bµo n·o lµ mét thµnh c«ng rÊt cã ý nghÜa bëi v× c¸c vec t¬ virut lµ qu¸ lín ®· v­ît qua ®­îc hµng rµo gi÷a n·o vµ m¸u . Thµnh c«ng nµy ®· t¹o tiÒm n¨ng cho viÖc trÞ c¸c bÖnh Parkinson .(20/3/2003 New Scientist .Com –March 20, 2003 ). *Sù can thiÖp cña RNA hay c¸c gen lÆn cã thÓ lµ mét ph­¬ng ph¸p míi ®Ó ®iÒu trÞ bÖnh Huntington. ( New Scientist . Com –March 13, 2003).
  • 25. 25 *Ph­ong ph¸p TLG theo c¸ch söa ch÷a nh÷ng sai sãt trong RNA th«ng tin cña c¸c gen khiÕm khuyÕt . Kü thuËt nµy lµ tiÒm n¨ng ®iÒu trÞ c¸c bÖnh vÒ m¸u nh­ bÖnh thiÕu m¸u vïng biÓn , bÖnh x¬ nang ( mét bÖnh di truyÒn t¸c ®éng tíi c¸c tuyÕn ngo¹i tiÕt ) vµ mét sè bÖnh ung th­ . ( New Scientist ,Com –october 11, 2002.) *TLG dïng trong ®iÒu trÞ bÖnh X-SCID . Tuy nhiªn , viÖc nµy ®· dõng l¹i khi mét bÖnh nh©n ë Ph¸p bÞ m¾c bÖnh b¹ch cÇu (Leukemia) . (New Scientist .Com – October 3, 2003). *C¸c nhµ nghiªn cøu ë Tr­êng §H Case Western vµ Copernicus Therapeutics cã thÓ t¹o ®­îc c¸c liposome nhá tíi 25 nanomet , nã cã thÓ mang DNA trÞ liÖu qua c¸c lç ë nh©n tÕ bµo (New Scientist . Com – May 12, 2002) *C¸c tÕ bµo h×nh l­ìi liÒm ®· ®iÒu trÞ thµnh c«ng trªn chuét ( The Science –March 18, 2002). Ch­¬ng III C¸c ph­¬ng ph¸p cña c«ng nghÖ DNA 3.1.Thu thËp gen C¸c tÕ bµo cña c¬ thÓ sèng bao gåm hµng ngh×n gen hoÆc nhiÒu h¬n n÷a.C¬ thÓ chóng ta cã tíi 100.000 gen trong bé gen (genome ).NÕu chØ cÇn nghiªn cøu mét gen ®¬n th× nhiÖm vô cña nhµ Ho¸ sinh còng rÊt lín bëi v× mét gen còng ®· cã tíi hµng ngh×n milimet chiÒu dµi DNA . Tuy nhiªn, c«ng viÖc nµy trë nªn thËt ®¬n gi¶n nhê sö dông mét enzym c¾t giíi h¹n(restriction enzyme) , c¸c enzyme nµy cã thÓ c¾t c¸c ph©n tö DNA ë c¸c vÞ trÝ ®Æc hiÖu , ®iÒu ®ã cho phÐp c¸c nhµ sinh Ho¸ t¸ch riªng ®­îc c¸c ®o¹n DNA.ViÖc sö dông nhiÒu enzym giíi h¹n ®· lµm t¨ng kh¶ n¨ng nghiªn cøu c¸c gen n»m trªn nh÷ng ®o¹n DNA nµy . Tuy nhiªn nhê sö dông c¸c ph©n tö RNA th«ng tin (mRNA) nªn còng kh«ng cÇn thiÕt ph¶i t×m b»ng ®­îc mét gen ®Æc hiÖu trong c¸c ®o¹n DNA . Nh­ ta biÕt , biÓu hiÖn gen th«ng qua sù tæng hîp protein trong tÕ bµo liªn quan tíi sù m· ho¸ cña c¸c ph©n tö mRNA . Khi ta muèn t¸ch mét gen tæng hîp protein X th× ta ph¶i t×m kiÕm c¸c tÕ bµo ho¹t ho¸ t¹o nªn protein X ®Ó t¸ch ra c¸c ph©n tö mRNA tõ tÕ bµo chÊt cña tÕ bµo .Khi ®· x¸c ®Þnh ®­îc chÝnh x¸c c¸c tÕ bµo cÇn nghiªn cøu , lóc nµy ta ph¸ vì tÕ bµo , c¸c thµnh phÇn cña tÕ bµo ®­îc xö lý b»ng hµng lo¹t c¸c ph­¬ng ph¸p lý ho¸ häc vµ thu ®­îc c¸c chÊt nh­ protein, c¸c chÊt bÐo, carbohydrat vµ acid nucleic . C¸c ph©n tö mRNA ®­îc thu thËp nhê lîi thÕ cña c¸c ®u«i poly-A (poly –A tails), phÇn RNA cã tíi 150-200 nucleotit chøa adenin (v× thÕ míi cã tªn lµ poly A) . PhÇn lín mRNA ®Òu g¾n víi c¸c h¹t xenluloza mµ trªn bÒ mÆt cña chóng cã nhiÒu m¶nh acid nucleic chøa thimin “poly –T”. C¸c m¶nh vì cßn l¹i sÏ ®­îc röa ®Ó lo¹i ®i . Vµ b©y giê cã thÓ thu thËp c¸c ph©n tö mRNA tõ c¸c h¹t xenluloza ®Ó cã ®­îc mRNA c« ®Æc . Sau khi ®· cã ®­îc mRNA tinh khiÕt th× nh÷ng th«ng tin Ho¸ sinh mµ nã chøa ®ùng cã thÓ chuyÓn ng­îc l¹i trong DNA . §Ó thùc hiÖn ®­îc b­íc nµy , c¸c tr×nh tù cña c¸c baz¬ ni t¬ trong mRNA ®­îc sö dông nh­ mét c¸i khu«n ®Ó tæng hîp c¸c tr×nh tù baz¬ bæ cøu trong DNA . Mét enzym gäi lµ Enzym phiªn m· ng­îc (Reverse transcriptase) gióp cho viÖc tæng hîp nµy . Chóng ta nhí l¹i r»ng vµo nh÷ng n¨m 1970 Howard Temin vµ David Baltimore ®· ph¸t hiÖn ra vÒ enzym phiªn m· ng­îc , ng­êi ta sö dông RNA nh­ mét c¸i khu«n ®Ó tæng hîp mét ph©n tö DNA bæ cøu . Khi sö dông enzym phiªn m· ng­îc ®Ó t¹o nªn c¸c ph©n tö DNA th× ®ßi hái ph¶i cã mét chÊt måi (Primer)-hay lµ cÇn sù cã mÆt cña c¸c tr×nh tù nucleotit khëi ®Çu .
  • 26. 26 ChÊt måi nµy bao gåm c¸c chuçi nucleotit cña Thimin (polyT), c¸c chuçi nµy g¾n víi ®u«i poly A cña mRNA vµ ho¹t ®éng nh­ mét vÞ trÝ khëi ®Çu cho sù tæng hîp DNA. Sau ®ã reverse transcriptase dÞch chuyÓn däc theo c¸c ph©n tö mRNA m· ho¸ cho mét ph©n tö DNA bæ cøu víi mRNA ( complementary DNA= cDNA) .PhÇn cuèi cDNA cã mét nucleotit vßng xo¾n ng¾n ®­îc ®­a vµo nhê mét enzym , lý do t¹i sao vÉn ch­a râ .NÕu chuçi ®¬n cDNA lµ phï hîp víi mong muèn th× vßng xo¾n nucleotit nµy sÏ ®­îc lo¹i bá bëi enzym nucleaza vµ cDNA cã thÓ t¸ch khái c¸c khu«n mRNA ë d¹ng tinh khiÕt. H×nh 3.1. Ph­¬ng ph¸p chung ®Ó t¹o DNA bæ cøu (cDNA) (a) c¸c tÕ bµo tæng hîp protein nh­ c¸c tÕ bµo tuþ ®­îc gi÷ cÈn thËn vµ mRNA ®­îc t¸ch chiÕt ra tõ nh÷ng tÕ bµo nµy , (b)mRNA ®­îc xö lý víi enzym Transcriptaza ng­îc . Enzym nµy sö dông nh÷ng m· baz¬ ni t¬ trong RNA ®Ó tæng hîp chuçi bæ cøu cña DNA . cDNA sau ®ã l¹i dïng ®Ó tæng hîp mét chuçi DNA bæ cøu víi chuçi thø nhÊt . §Ó t¹o ®­îc mét gen ®Ó lång vµo tÕ bµo , ng­êi ta ph¶i t¹o ra c¸c ph©n tö DNA chuçi kÐp . §Ó hoµn tÊt qu¸ tr×nh nµy , vßng xo¾n nucleotit ph¶i ®­îc ®Æt ®óng chç , khi ®ã ph¶i dïng enzym DNA Polymeraza . Enzym nµy sö dông nucleotit vßng nh­ mét chÊt måi vµ di chuyÓn xuèng ph©n tö DNA . Sö dông ph©n tö nµy nh­ mét c¸i khu«n ®Ó tæng hîp ph©n tö DNA bæ cøu . Lóc nµy vßng xo¾n ®­îc lo¹i ®i nhê nucleaza vµ kÕt qu¶ lµ ®­îc mét ph©n tö cDNA xo¾n kÐp t­¬ng tù nh­ gen m· ho¸ nguyªn gèc ph©n tö mRNA . Tuy nhiªn , ph©n tö cDNA kh«ng cã intron (trong gen nguyªn gèc th× vÉn cã) mµ nã chØ chøa c¸c exon ( H×nh 3.2)
  • 27. 27 H×nh 3.2. Sù h×nh thµnh mét ph©n tö cDNA chuçi kÐp (b­íc 1)RNA chÝn ®­îc ph©n lËp víi ®u«i poly-A trong phßng thÝ nghiÖm . Transcriptaza ng­îc vµ Deoxynucleotit ®­îc sö dông ®Ó tæng hîp DNA bæ cøu (cDNA) trong ®ã cã ®u«i poly-T bæ cøu .(B­íc 2) ph©n tö RNA ®­îc ph©n huû bëi kiÒm , cÆn cDNA cã c¸c vßng h×nh c¸i kÑp tãc ë ®Çu 3 .(B­íc3) cDNA võa ®ãng vai trß lµ khu«n võa lµ primer cho sù tæng hîp mét chuçi cDNA bæ cøu .(B­íc4) vßng h×nh cÆp tãc vÉn g¾n víi nh©n ®Ó t¹o mét cDNA chuèi kÐp phï hîp ®Ó cµi vµo mét vec t¬. C¸c cDNA chØ cã c¸c Exon. §Ó cho c¸c cDNA cã chøc n¨ng trong c¸c tÕ bµo nhËn , c¸c ph©n tö nµy ph¶i cã kh¶ n¨ng tù nh©n ®«i. D­íi c¸c ®iÒu kiÖn b×nh th­êng , c¸c ®o¹n DNA ngÉu nhiªn kh«ng t¸i b¶n ®­îc trong tÕ bµo sèng .Lý do lµ enzym DNA polymeraza chØ ®­îc khëi ®éng nÕu cã mÆt mét tr×nh tù ®Æc biÖt cña c¸c baz¬ lµ c¸c gèc sao chÐp ( origin of replication) . Mµ c¸c origin of replication l¹i ®­îc cung cÊp bëi c¸c DNA chÊt mang (carrier) , n¬i mµ c¸c cDNA g¾n vµo . C¸c chÊt mang (carrier) th­êng lµ c¸c vec t¬. 3.2.Sù lùa chän c¸c vec t¬. §èi víi c¸c thÝ nghiÖm c«ng nghÖ DNA th× c¸c vec t¬ th­êng ®­îc dïng lµ c¸c plasmid. Plasmid lµ mét DNA d¹ng vßng khÐp kÝn n»m ngoµi NST . §¸ng quan t©m lµ c¸c plasmid cña vi khuÈn (H ×nh 3.3.) , cßn víi c¸c tÕ bµo nh©n chuÈn nh­ c¸c tÕ bµo ®éng vËt vµ thùc vËt th× kh«ng cã plasmid .
  • 28. 28 H×nh 3.3. ¶nh.hiÓn vi ®iÖn tö hiÖn râ plasmid nh­ lµ mét ph©n tö DNA §iÒu hoµ . Trong h×nh Plasmid lµ nh÷ng vßng nhá .Ph©n tö DNA ®­îc ph©n lËp tõ lôc l¹p cña c©y xanh cã cÊu tróc vßng lín ë gi÷a h×nh. Chøc n¨ng cña plasmid ch­a ®­îc hiÓu ®Çy ®ñ . Tuy nhiªn c¸c nhµ khoa häc x¸c nhËn r»ng plasmid kh«ng cÇn cho sù tån t¹i cña tÕ bµo . Vµo nh÷ng n¨m 1970, c¸c nhµ khoa häc Stanley Cohen vµ c¸c céng t¸c ®· ph¸t hiÖn r»ng plasmid cã thÓ ®­îc më ra vµ g¾n ®­îc vµo c¸c ®o¹n DNA ®Ó t¹o nªn plasmid t¸i tæ hîp hay cßn gäi lµ chimera . C¸c chimera chøa c¸c origin of replication ®ßi hái bëi DNA polymeraza.Qu¸ tr×nh g¾n thªm mét ®o¹n cDNA vµo plasmid ph¶i sö dông rÊt nhiÒu enzym giíi h¹n . C¸c enzym giíi h¹n qóet trªn c¸c xo¾n kÐp cña plasmid cho tíi khi nhËn ra ®­îc tr×nh tù baz¬ ®Æc hiÖu . Sau ®ã plasmid ®­îc më ra ë d¹ng ngo»n ngßeo , lo¹i ®i 4 baz¬ trªn mçi sîi ®· bÞ c¾t . 4 baz¬ nµy g¾n láng lÎo víi c¸c baz¬ bæ cøu trªn ph©n tö cDNA ®· ®­îc më .TiÕp theo, enzym ligaza g¾n bé khung ph«t ph¸t , ®­êng cña plasmid vµ cDNA. Ng­êi ta lÊy DNA ligaza tõ bacteriophage T4 ®Ó t¹o ra liªn kÕt bÒn v÷ng vµ lµm æn ®Þnh chimera ®Ó ®­a vµo c¸c tÕ bµo tiÕp nhËn míi . Plasmid cµng nhá cµng cã lîi cho c«ng nghÖ DNA v× plasmid nhá Ýt bÞ h­ h¹i h¬n c¸c plasmid lín khi tr¶i qua qu¸ tr×nh ph©n lËp.H¬n n÷a, mét plasmid nhá cã thÓ g¾n víi tÕ bµo vËt chñ h÷u hiÖu h¬n. Giíi h¹n vÒ kÝch cì plasmid ph¶i tÝnh sao cho c¸c ph©n tö cDNA kh«ng qu¸ lín cã thÓ ®­îc cµi vµo . Theo chøc n¨ng c¸c gen trªn plasmid ng­êi ta chia ra nhiÒu lo¹i plasmid nh­ plasmid giíi tÝnh (F) , plasmid kh¸ng kh¸ng sinh (R) , plasmid col (cã gen m· ho¸ Colicin)... Plasmid ph¸t hiÖn ®Çu tiªn ë E.Coli cã ký hiÖu lµ ColE1.Tõ c¸c plasmid tù nhiªn ph©n lËp ®­îc ng­êi ta ®· t¹o nªn nhiÒu thÕ hÖ plasmid nh©n t¹o kh¸c nhau víi nhiÒu ®Æc ®iÓm quÝ thuËn lîi cho viÖc t¸ch dßng . Plasmid thÕ hÖ thø nhÊt lµ nh÷ng plasmid ®Çu tiªn ®­îc sö dông ®Ó t¸ch dßng vec t¬ pSC101 (Stanley&Cohen ,1973),ColE1(Hershfield,1974) . Plasmid thÕ hÖ thø hai ®­îc t¹o ra b»ng c¸ch tËp hîp c¸c ®Æc tÝnh quÝ cña nhiÒu plasmid tù nhiªn hoÆc g¾n thªm c¸c gen chØ thÞ ®Ó ®­îc mét plasmid míi . Tiªu biÓu cho plasmid thÕ hÖ nµy lµ pBK322 (Bolivar vµ céng t¸c ,1977). Plasmid pBK322 cã kh¶ n¨ng t¸i b¶n cao , cho phÐp g¾n c¸c ®o¹n DNA cã tíi 6kb vÉn ho¹t ®éng b×nh th­êng . Plasmid thÕ hÖ thø ba lµ nh÷ng plasmid m¹nh ,kÝch th­íc rÊt nhá vµ mét polylinker (polycloning site ) rÊt ®­îc ­a chuéng trong c«ng nghÖ gen .Polylinker lµ mét ®o¹n polynucleotit tæng hîp mang mét chuçi c¸c vÞ trÝ nhËn d¹ng duy nhÊt cña nhiÒu lo¹i RE (restiction Enzyme) Nhãm c¸c plasmid pUC ®iÓn h×nh lµ pUC18 ®­îc c¶i biªn tõ pBK322 , kÝch th­íc kho¶ng 2.686bp mang gen ApR vµ mét phÇn gen lacZ , xen gi÷a gen lacZ lµ polylinker. c¸c plasmid nhãm nµy chØ kh¸c nhau vÒ ®é dµi cña polylinker.Plasmid nhãm pUC cã kÝch th­íc nhá , vïng polylinker cho phÐp g¾n bÊt kú mét tr×nh tù DNA l¹ nµo . Nhãm plasmid pSP vµ Gemini cã kÝch th­íc kho¶ng 3.000bp, mang c¸c gen ApR vµ polylinker , kh«ng mang gen lacZ. Vec t¬ pSP mang promoter ®Æc tr­ng cho RNA ë hai bªn vïng polylinker (pSP64,pSP56,Gemini...) ­u ®iÓm næi bËt cña plasmid nhãm nµy lµ cho phÐp
  • 29. 29 phiªn m· c¸c ®o¹n DNA ng¾n trong vec t¬ t¹o nªn nhiÒu RNA, c¸c RNA nµy ®­îc dïng lµm mÉu dß hay ®Ó nghiªn cøu cÊu tróc , chøc n¨ng cña RNA. H×nh 3.4. Tæng hîp vµ sö dông Cosmid ,(a) DNA thu nhËn tõ Bacteriophage Lamda ,(b) DNA më ra vµ c¸c ®o¹n cDNA ®­îc cµi vµo nhê enzym ,(c) t¹o thµnh Cosmid,(d) C¸c m· di truyÒn chøa cosmid cho yÕu tè nµy ®i vµo vi khuÈn vµ nh­ vËy lµ hoµ víi vi khuÈn ,(e) ë ®©y nãgöi th«ng ®iÖp ®Ó h×nh thµnh mét thÓ gièng plasmid cã mang cDNA. Mét vec t¬ kh¸c còng hay dïng lµ c¸c Cosmid . Cosmid lµ mét ®o¹n DNA ®­îc t¹o ra b»ng c¸ch cµi mét ph©n tö cDNA vµo gi÷a c¸c tr×nh tù Cos ë cuèi c¸c ph©n tö DNA . Ph©n tö DNA dïng ®Ó t¹o Cosmid ®­îc lÊy tõ virut, th­êng lµ bacteriophage lamda , nã sao chÐp ®­îc trong vi khuÈn . C¸c virut nh­ bacteriophage cã chøa c¸c m· di truyÒn cho c¸c yÕu tè cho phÐp thÊm nhËp tÕ bµo khi sao chÐp . Khi ë bªn trong tÕ bµo chñ , DNA d¹ng th¼ng cña virut göi th«ng ®iÖp tíi c¸c vßng gièng plasmid do g¾n vµo c¸c tr×nh tù Cos cña nã . Sö dông Cosmid còng gièng nh­ s©u chØ vµo kim råi kÕt l¹i c¸c ®Çu láng lÎo ®Ó t¹o nªn mét Plasmid . C¸c Cosmid cã kh¶ n¨ng vËn chuyÓn c¸c ®o¹n DNA lín vµo bªn trongbtÕ bµo v× chóng cã kh¶ n¨ng thÊm nhËp vµo tÕ bµo mét c¸ch dÔ dµng Vec t¬ thø 3 lµ mét Virut ®· ®­îc thiÕt kÕ l¹i ®Ó mang c¸c mÈu DNA ngo¹i lai nh­ cDNA.Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y c¸c virut cã RNA nh­ Retrovirut ®· ®­îc dïng ®Ó chuyªn chë c¸c gen tíi c¸c tÕ bµo cña ng­êi. Virut cã thÓ ®­îc thiÕt lËp cho viÖc vËn chuyÓn m· di truyÒn cu¶ c¸c ®o¹n vi khuÈn ®Ó sö dông nã nh­ c¸c t¸c nh©n g©y miÔn dÞch vµ th­êng gäi lµ vacxin vec t¬ vi khuÈn .Nã ®¹i diÖn cho sù tiÕp cËn míi víi viÖc tiªm chñng cho mét quÇn thÓ d©n c­ réng lín vµ ®ã còng lµ nguyªn nh©n ®Ó l¹c quan vÒ c¸c vac xin t­¬ng lai . Mét virut ®­îc sö dông réng r·i víi t­ c¸ch lµ mét vec t¬ ®ã lµ Bacteriophage hay ®¬n gi¶n gäi lµ Phage .MÆc dï kh«ng cÇn thiÕt x¶y ra , nh­ng bé gen cña phage th­êng tù sao chÐp trong tÕ bµo chÊt cña vi khuÈn . NhiÒu d¹ng cña phage bé gen cña nã l¹i g¾n víi c¸c NST cña Vi khuÈn vµ n»m l©u dµi ë ®ã . V× v©y bé gen cña phage cã thÓ dïng ®Ó chuyÓn cDNAtíi mét NST vi khuÈn . Mét qu¸ tr×nh t­¬ng tù nh­ vËycòng x¶y ra ë c¸c virut cña mét loµi thùc vËt hay c¸c virut cña ®éng vËt (tøc lµ retrovirut) víi c¸c tÕ bµo vËt chñ . H¬n n÷a , ®Ó cã mét ®iÓm gèc cho sù sao chÐp (origin of replication) th× mét vec t¬ th­êng chØ cã mét vÞ trÝ ®¬n , n¬i dµnh cho enzym giíi h¹n ®Æc biÖt , mÆc dï enzym cã thÓ c¾t vec t¬ ë r¸t nhiÒu ®iÓm . Vec t¬ nµy cßn cã mét bé phËn gièng nh­ maker gene (dÊu chuÈn gen) gióp cho vec t¬ cã thÓ ®Þnh vÞ ®­îc trong c¸c tÕ bµo. Gen kh¸ng kh¸ng sinh lµ mét dÊu chuÈn thÝch hîp bëi v× c¸c tÕ bµo cã dÊu chuÈn vÉn cßn tån t¹i khi xö lý víi kh¸ng sinh cßn nh÷ng tÕ bµo kh«ng cã dÊu chuÈn th× sÏ bÞ chÕt. Gi¶ thiÕt lµ cµi ®­îc mét gen th× maker gene ph¶i ho¹t ®éng . Mét yÕu tè kh¸c lµm t¨ng gi¸ trÞ cña vec t¬ nµy lµ tÝnh thÝch nghi cña nã víi c¸c tÕ bµo vËt chñ . TÝnh æn ®Þnh cña vec t¬ cã thÓ ®¹t ®­îc b»ng c¸ch khi muèn ®­a mét gen vµo th× ph¶i kiÓm so¸t chÆt chÏ thêi ®iÓm ®­a gen vµo sao cho ®óng thêi kú phiªn m· , ch¼ng h¹n nh­ trong thêi kú tÕ bµo sinh tr­ëng nhanh .Tiªu ®iÓm kiÓm so¸t sù biÓu hiÖn gen trong cång nghÖ DNA lµ sù ho¹t ®éng ë vÞ trÝ promoter –mét tr×nh tù baz¬ t¹o nªn sù h×nh thµnh RNA th«ng tin . TÝnh æn ®Þnh còng ®¹t ®­îc b»ng c¸ch sö dông NST thay v× c¸c vec t¬ plasmid . §Ó gi¶m bít kh¶ n¨ng mÊt toµn bé plasmid , c¸c nhµ c«ng nghÖ DNA ®· ®­a vµo c¸c tÕ bµo mét l­îng lín plasmid gäi lµ “high copy number-nhiÒu b¶n sao” v× cã sù cè mÊt c¸c tÕ bµo cã chøa plasmid trong lóc ph©n chia tÕ bµo .
  • 30. 30 H×nh 3.5. .Bacteriophage Lamda Phage ®i vµo c¸c tÕ bµo vi khuÈn , ë ®ã lâi DNA cña nã g¾n víi NST cña vi khuÈn . Khi tæ hîp víi DNA ngo¹i lai , phage ®ãng vai trß nh­ mét vec t¬ cho DNA ®ã. Mét c¸ch kh¸c ®Ó duy tr× plasmid lµm cho c¸c tÕ bµo phô thuéc plasmid ph¶i sèng tiÕp tôc . Ch¼ng h¹n nh­ mét gen cho mét enzym cÇn thiÕt nµo ®ã cã thÓ ®­îc ®­a vµo plasmid cïng víi mét gen kh¸c. Plasmid sÏ cµi vµo tÕ bµo c¸c gen cña enzym cÇn thiÕt ®ã. §Ó tån t¹i, c¸c tÕ bµo ph¶i cã plasmid (vµ gen ®Ó t¹o ra c¸c enzym) . V× thÕ chØ cã c¸c tÕ bµo cã plasmid th× míi tån t¹i ®­îc khi ph©n chia tÕ bµo .Còng cã thÓ lµ cÇn ph¶i hîp nhÊt mét gen kh¸ng kh¸ng sinh vµo plasmid . Vµ nh­ vËy th× chØ c¸c tÕ bµo cã chøa plasmid kh¸ng l¹i kh¸ng sinh míi tån t¹i cßn c¸c tÕ bµo kh¸c th× sÏ bÞ chÕt . 3.3.Lùa chän c¸c tÕ bµo chñ B¶n chÊt cña vec t¬ còng quan träng nh­ b¶n chÊt cña c¸c tÕ bµo hay c¬ quan vËt chñ . Mét ®ßi hái kh¸c lµ c¸c tÕ bµo vËt chñ ph¶i thÝch hîp ®­îc víi viÖc nu«i cÊy trong phßng thÝ nghiÖm vµ cã kh¶ n¨ng hîp nhÊt víi c¸c vËt chÊt di truyÒn cña vec t¬ . Vµ c¸c nhµ Ho¸ sinh còng ph¶i cã kh¶ n¨ng kiÓm so¸t ®­îc sù biÓu hiÖn gen trong c¸c tÕ bµo chñ vµ thu thËp ®­îc c¸c s¶n phÈm cña gen . Mét trong sè c¸c ph­¬ng tiÖn vËn t¶i lín nhÊt ®èi víi sù biÓu hiÖn protein lµ vi khuÈn Escherichia Coli (H×nh 3.7a). Nh­ ®· ®Ò cËp ë c¸c ch­¬ng tr­íc, vi khuÈn ®· ®­îc sö dông réng r·i ngay tõ trong c¸c thÝ nghiÖm ®Çu tiªn cña c«ng nghÖ DNA v× ng­êi ta ®· qu¸ hiÓu vÒ vi khuÈn .§èi víi virut th× ng­êi ta còng sö dông c¸c t­ liÖu nghiªn cøu tõ nh÷ng n¨m ®Çu 1950 . TÝnh di truyÒn cña chóng ®· ®­îc x¸c lËp trong c¸c thÝ nghiÖm vÒ biÕn n¹p (transformation) vµ céng hîp
  • 31. 31 (conjugation) trong nh÷ng n¨m 1960 vµ nã ®· ®­îc dïng ®Ó giÉi m· qu¸ tr×nh tæng hîp protein trong nh÷ng n¨m 1960 vµ 1970. H¬n n÷a , c¸c tÕ bµo E.Coli ®­îc sö dông réng r·i cßn do chóng cã tèc ®é t¸i b¶n ®Æc biÖt cao .Trong ®iÒu kiÖn lý t­ëng, cø 20 phót vi khuÈn nµy l¹i nh©n ®«i mét lÇn . Khi vi khuÈn t¸i sinh th× plasmid vµ c¸c gen ®­îc cµi vµo còng ®­îc t¸i sinh .Vµ trong nhiÒu giê th× sÏ cã mét quÇn thÓ cã tíi hµng triÖu c¸c con ch¸u cña vi khuÈn còng nh­ hµng triÖu b¶n sao cña c¸c plasmid biÕn ®æi gen .Nh÷ng qï©n thÓ nh­ vËy gäi lµ colony(khuÈn l¹c) vµ gäi lµ dßng (clone) ®èi víi plasmid vµ gen . Tõ lãng cña c«ng nghÖ DNA gäi lµ gen “®· ®­îc t¸ch dßng”(gene have been cloned).ViÖc t¸ch dßng gen ë c¸c tÕ bµo ®éng vËt th× chËm h¬n nhiÒu bëi b× c¸c tÕ bµo nµy nh©n lªn víi tèc ®é chËm so víi c¸c tÕ bµo E.Coli. MÆc dï E.Coli lµ con ngùa thå (Workhorse) cña di truyÒn ph©n tö , nh­ng nh÷ng vi khuÈn nµy còng cã nh÷ng ®iÓm bÊt lîi .Ch¼ng h¹n nh­ mét sè chñng E.Coli còng g©y bÖnh tiªu ch¶y ë trÎ em vµ c¸c kh¸ch du lÞch (traveler’s diarrhea). H¬n n÷a thµnh tÕ bµo cña c¸c tÕ bµo E.Coli cßn cã c¶ c¸c néi ®éc tè mµ c¸c néi ®éc tè nµy l¹i cã h¹i cho con ng­êi. C¸c néi ®éc tè còng khã lo¹i ra khái c¸c chÕ phÈm thuèc . E.Coli còng chØ t¹o ra ®­îc mét l­îng t­¬ng ®èi Ýt protein , ®©y lµ ®iÓm yÕu lµm gi¶m gi¸ trÞ cña nã trong c«ng nghÖ DNA . Mét sinh vËt kh¸c ®­îc biÕn ®æi , ®ã lµ vi khuÈn Bacillus Subtilis (H×nh 3.7b) . Sinh vËt h×nh chiÕc gËy nµy kh«ng g©y bÖnh . N¨m 1958 nã ®­îc biÕn n¹p trong c¸c thÝ nghiÖm Griffith vµ tõ sau ®ã di truyÒn vi khuÈn ®· ®­îc nghiªn cøu thÊu ®¸o h¬n . Chñng B.Subtilis s¶n xuÊt protein mét c¸ch tÝch cùc vµ chñng nµy ®· ®­îc dïng trong c«ng nghiÖp s¶n xó©t c¸c kh¸ng sinh , c¸c chÊt diÖt c«n trïng vµ c¸c enzym c«ng nghiÖp . Plasmid cña B.Subtilis vµ sù tÊn c«ng cña virut sÏ ®­îc ®Ò cËp kü trong c¸c ch­¬ng sau. Trong nh÷ng tr­êng hîp x¸c ®Þnh , ng­êi ta muèn sö dông c¸c tæ chøc nh©n chuÈn – tøc lµ c¸c tÕ bµo cã nh©n , c¸c c¬ quan tö vµ phøc t¹p h¬n c¸c vi khuÈn nh©n trÇn . Sinh vËt thÝch hîp trong tr­êng hîp nµy lµ nÊm mem Saccharomycess Cerevisiae (H×nh 3.7c). NÊm men kh«ng g©y bÖnh , ®· ®­îc th¨m dß kü cµng vÒ mÆt di truyÒn vµ ®· ®­îc sö dông mét c¸ch th­êng qui trong qu¸ tr×nh lªn men vµ lµm b¸nh m× . Sö dông c¸c tæ chøc nh©n chñan th× tèt h¬n cho viÖc s¶n xuÊt c¸c protein cho ng­êi bëi v× c¸c protein kh¸ phøc t¹p l¹i ®­îc s¶n xuÊt bëi c¸c tæ chøc phøc t¹p h¬n . Mét vi sinh vËt nh©n chuÈn kh¸c lµ nÊm còng ®­îc sö dông trong c«ng nghÖ DNA , chóng ta sÏ xem xÐt sau. Trong mét sè c¸c thÝ nghiÖm cña c«ng nghÖ DNA l¹i ®ßi hái c¸c tÕ bµo ®éng vËt cã vó (§VCV) . Khi sö dông c¸c tÕ bµo ®éng vËt cã vó sÏ cã mét lîi thÕ lµ tr¸nh ®­îc c¸c ®éc tè nh­ khi sö dông vi khuÈn . C¸c nhµ Ho¸ sinh còng ph¸t hiÖn r»ng mét sè protein lµ qu¸ lín vµ qu¸ phøc t¹p nÕu ph¶i tæng hîp b»ng vi khuÈn (ch¼ng h¹n nh­ c¸c chÊt ho¹t ho¸ plasminogen cña m«) . V× c¸c protein phøc t¹p cã xu h­íng cuén l¹i kh«ng ®óng quy c¸ch trong vi khuÈn vµ sù khiÕm khuyÕt nµy cã thÓ dÉn tíi sù t¹o thµnh c¸c s¶n phÈm kh«ng cã ho¹t tÝnh . Vi khuÈn cßn cã thÓ thiÕu hÖ enzym cã liªn quan tíi sù c¶i biÕn protein tíi d¹ng cuèi cïng cña nã nh­ viÖc g¾n thªm ph©n tö cachohydrat ch¼ng h¹n .
  • 32. 32 H×nh 3.6. C¸c tÕ bµo chñ lµ vi sinh vËt dïng cho c«ng nghÖ DNA ,(a) Escherichia Coli ,(b) Bacillus subtilis , (c) Saccharomyces cerevisiae . Mét bÊt lîi khi lµm viÖc víi c¸c tÕ bµo §VCV lµ thao t¸c rÊt khã kh¨n vµ ®¾t tiÒn so víi viÖc sö dông c¸c tÕ bµo vi khuÈn . ViÖc nu«i cÊy c¸c tÕ bµo §VCV còng rÊt phøc t¹p vµ viÖc cµi c¸c
  • 33. 33 ph©n tö vec t¬ vµo c¸c tÕ bµo §VCV lµ cùc kú phøc t¹p. Tuy nhiªn, c¸c nhµ c«ng nghÖ DNA ®· ph©n chia ra nhiÒu ®­êng h­íng ®Ó hoµn tÊt viÖc tæng hîp protein trong c¸c tÕ bµo §VCV b»ng c¸ch sö dông c¸c tr×nh tù promoter, nh÷ng vec t¬ míi ,vµ c¶ nh÷ng ph­¬ng ph¸p míi ®Ó bµi xuÊt protein . Khi vec t¬ ®· ®­îc chuÈn bÞ råi th× viÖc cµi nã vµo c¸c tÕ bµo hay tæ chøc tiÕp nhËn t­¬ng ®èi dÔ dµng . Plasmid vµ Cosmid sÏ th©m nhËp vµo c¸c tÕ bµo khi lµm nãng lªn hay lµm l¹nh ®i xen kÏ cïng víi sù cã mÆt cña can xi clorua vµ virut x©m nhËp vµo tÕ bµo trong lóc c¸c qu¸ tr×nh sao chÐp cña chóng vÉn diÔn ra mét c¸ch b×nh th­êng . Mét ph­¬ng ph¸p kh¸c dïng ®Ó cµi lµ ®¹n sinh häc biological bullistic” , c¸c ph­¬ng ph¸p vi tiªm (microsyring injection) sÏ ®­îc bµn sau. 3.4.Sù biÓu hiÖn cña gen Khi ®· chuÈn bÞ ®­îc vec t¬ vµ cµi ®­îc vµo c¸c tÕ bµo hay tæ chøc cña vËt chñ th× c¸c nhµ c«ng nghÖ DNA ph¶i ý thøc tíi viÖc xem xÐt vÒ mÆt Ho¸ sinh v× nã cßn gãp phÇn vµo sù thµnh , b¹i cña c¶ qu¸ tr×nh. Nh÷ng b­íc nµy còng ph¶i thËn träng nh­ c¸c b­íc tr­íc bëi v× c¸c qu¸ tr×nh sinh ho¸ cßn liªn quan tíi sù biÓu hiÖn gen bªn trong tÕ bµo . Mçi bø¬c nh­ thÕ phô thuéc vµo sù ®Þnh vÞ chiÕn l­îc (strategic location), tøc lµ ph¶i ®Æt chÝnh x¸c gen cÇn cµi vµo ®óng vÞ trÝ trªn plasmid (H5.9) . Khi enzym RNA polymeraza phiªn m· DNA thµnh mRNA th× còng lµ lóc b¾t ®Çu qu¸ tr×nh ®Þnh vÞ mét vÞ trÝ nhËn d¹ng trªn ph©n tö DNA .VÞ trÝ nµy gäi lµ vÞ trÝ promoter (promoter site), ®ã lµ mét tr×nh tù baz¬ nãi lªn r»ng enzym ®· b¾t ®Çu tæng hîp mRNA .Enzym nµy sau ®ã di chuyÓn däc theo ph©n tö DNA vµ tæng hîp mRNA cho tíi khi ®Õn m· kÕt thóc. §Ó cã sù biªu hiÖn gen th× vÞ trÝ promoter ph¶i ®­îc ®Æt ®óng dÊu (spot) trªn vec t¬ cã liªn quan víi gen. H×nh 3.7. Vai trß cña Vec t¬ ch¼ng h¹n nh­ plasmid m· ho¸ Insulin. Plasmid cã c¸c vÞ trÝ ®Ó khëi ®Çu sù h×nh thµnh mRNA (promoter), nã cho phÐp g¾n víi Riboxom vµ kÕt thóc sù t¹o thµnh mRNA (terminator) . Trong c¸c tÕ bµo nh©n chuÈn th× mRMA më ®Çu ®­îc c¶i biÕn b»ng c¸ch lo¹i ®i nh÷ng intron ®Ó t¹o thµnh ph©n tö mRNA cuèi cïng . VÞ trÝ kÕt thóc (termination site) còng cã tÇm quan träng nh­ vÞ trÝ promoter. §©y lµ m· cña c¸c baz¬ tÝn hiÖu kÐt thóc qu¸ tr×nh phiªn m· . §iÒu nµy thËt lµ h÷u Ých v× ®· ®Æt mét tÝn hiÖu h÷u hiÖu ngay sau gen ®Ó ng¨n ngõa viÖc ®äc lÊn c¶ sang c¸c gen bªn c¹nh .Gen mong muèn sÏ ®­îc ®Æt thËt chÝnh x¸c gi÷a vÞ trÝ promoter vµ vÞ trÝ kÕt thóc ®Ó ®¶m b¶o cho sù phiªn m· hîp lý . H¬n n÷a, ®èi víi c¸c vÞ trÝ promoter vµ vÞ trÝ kÕt thóc th× c¸c vec t¬ ph¶i chøa mét tr×nh tù baz¬ cho vÞ trÝ g¾n riboxom (ribosomal binding site). VÞ trÝ nµy lµ cÇn thiÕt bëi v× bëi v× ph©n tö mRNA ®­îc m· ho¸ bëi gen ph¶i ®­îc g¾n víi riboxom vµ ®Ó lµm ®­îc ®iÒu ®ã th× cÇn ph¶i cã mét tr×nh tù baz¬ bæ cøu víi nã trªn riboxom .NÕu viÖc g¾n kh«ng thµnh c«ng th× pha dÞch m· ®Ó tæng hîp protein sÏ kh«ng x¶y ra vµ gen kh«ng ®­îc biÓu hiÖn. Mét vÊn ®Ò kh¸c cÇn ph¶i xem xÐt ®èi víi sù biÓu hiÖn gen cã liªn quan tíi sù tæng hîp c¸c ph©n tö mRNA.ë vi khuÈn toµn bé tr×nh tù DNA ®­îc phiªn m· thµnh ph©n tö mRNA .Nh­ng