Công nghệ tế bào CD

I. Công nghệ tế bào động vật

Khái niệm: Công nghệ tế bào là một lĩnh vực của công nghệ sinh học, bao gồm các quy trình kĩ thuật chọn tạo và nuôi cấy tế bào, mô trong ống nghiệm (in vitro) nhằm duy trì và tăng sinh tế bào, mô; từ đó sản xuất các sản phẩm phục vụ đời sống con người.

Công nghệ tế bào được phát triển dựa trên nền tảng kết hợp của một số lĩnh vực như sinh học tế bào, sinh học phân tử,…
Công nghệ tế bào bao gồm công nghệ tế bào thực vật và công nghệ tế bào động vật.

II. Nguyên lí công nghệ tế bào

Nguyên lí: Công nghệ tế bào dựa trên nguyên lí về tính toàn năng của tế bào, khả năng biệt hóa và phản biệt hóa của tế bào:

+ Tính toàn năng của tế bào là khả năng một tế bào phân chia, phát triển thành mô, cơ quan, cơ thể hoàn chỉnh trong môi trường thích hợp.

+ Biệt hóa là quá trình một tế bào biến đổi thành một loại tế bào mới, có tính chuyên hóa về cấu trúc và chức năng; từ đó phân hóa thành các mô, cơ quan đặc thù trong cơ thể.

+ Phản biệt hóa là quá trình kích hoạt tế bào đã biệt hóa thành tế bào mới giảm hoặc không còn tính chuyên hóa về cấu trúc và chức năng. Tế bào sinh dưỡng khi được kích hoạt phản biệt hóa sẽ hình thành mô sẹo ở thực vật và tế bào gốc ở động vật.

+ Tính toàn năng, khả năng biệt hóa và phản biệt hóa có sự khác nhau giữa tế bào động vật và tế bào thực vật:

+ Phản biệt hóa có thể thực hiện được ở hầu hết các loại tế bào khác nhau của cơ thể thực vật.

+ Phản biệt hóa ở tế bào động vật thường khó thực hiện hơn tế bào thực vật. Tính toàn năng, khả năng biệt hóa và phản biệt hóa của tế bào động vật có sự khác biệt rất lớn giữa các loại tế bào, mô và cơ quan.

III. Một số thành tựu của công nghệ tế bào thực vật

1. Nhân nhanh các giống cây trồng

Quy trình: Từ mảnh lá, thân, rễ,… của cây mẹ, trải qua giai đoạn phản biệt hóa, công nghệ nhân giống in vitro đã tạo ra mô sẹo, tái sinh chồi từ mô sẹo, từ đó phát triển thành nhiều cây con.

Ứng dụng của vi nhân giống:

• Nhân nhanh các giống cây trồng, đặc biệt là các giống quý hiếm như các cây dược liệu, cây gỗ quý, cây thuộc loài nằm trong sách đỏ (ví dụ: lan kim tuyến, sâm ngọc linh),…

• Tạo ra các giống cây sạch bệnh virus (kĩ thuật nuôi cấy mô phân sinh, tạo hạt giống nhân tạo).
• Tạo ra nguyên liệu khởi đầu cho các quy trình nuôi dịch huyền phù tế bào thực vật, chuyển gene vào tế bào thực vật.

2. Tạo giống cây trồng mới

2.1. Dung hợp tế bào trần

Dung hợp tế bào trần là kĩ thuật loại bỏ thành tế bào và lai giữa các tế bào cùng loài hoặc khác loài.

Quy trình: Loại bỏ thành tế bào để tạo tế bào trần → Dung hợp tế bào trần để tạo tế bào lai → Nuôi cấy in vitro tế bào lai để tạo giống cây lai.

Ứng dụng:

+ Tạo cây lai mang các đặc tính tốt của hai dòng tế bào ban đầu mà bằng phương pháp sinh sản hữu tính thông thường không thể tạo ra được.

Ví dụ: tạo cây pomato mang đặc điểm của cả cây cà chua và cây khoai tây.

+ Dung hợp dòng tế bào trần đơn bội (n) với dòng tế bào trần lưỡng bội (2n) cùng loài được sử dụng trong tạo các giống cây tam bội (3n) không hạt.

Ví dụ: dưa hấu không hạt, bưởi và cam không hạt,…

2.2. Tạo giống cây trồng biến đổi gene

Chuyển các gene kháng sâu bệnh, kháng thuốc diệt cỏ hoặc các gene hỗ trợ nâng cao chất lượng cây trồng trên cây đậu tương, khoai tây, ngô, bông,…

Sản xuất vaccine ăn được: Chuyển gene quy định protein kháng nguyên của một số bệnh virus trên động vật nuôi (ví dụ: kháng nguyên H5N1, H3N1,… gây bệnh cúm gia cầm) vào một số loại cây để tổng hợp các protein kháng nguyên, từ đó sản xuất vaccine ăn được.

3. Sản xuất các chất có hoạt tính sinh học trong tế bào thực vật

Công nghệ nuôi cấy dịch huyền phù tế bào thực vật, nuôi cấy rễ tơ,… cho phép sản xuất các chất có hoạt tính sinh học từ các dòng tế bào tự nhiên của các cây dược liệu hoặc từ dòng tế bào thực vật mang gene tái tổ hợp.

Ví dụ: một số vaccine ăn được, hormone sinh trưởng của thực vật và động vật, các hợp chất alkaloid, anthocyanin, terpenoid hoặc steroid,… đã được sản xuất trên các dòng tế bào thực vật.

IV. Một số thành tựu của công nghệ tế bào động vật

1. Tạo mô, cơ quan thay thế

1.1. Ứng dụng trong công nghệ mĩ phẩm

Nuôi cấy và biệt hóa tế bào gốc thành tế bào mỡ dùng trong công nghệ thẩm mĩ.

1.2. Ứng dụng trong y học

+ Nuôi cấy tế bào cơ, tế bào sụn và nguyên bào xương dùng trong điều trị nhiều bệnh tổn thương tim mạch, thoái hóa xương, khớp, các bệnh viêm nhiễm,…

+ Thành lập ngân hàng tế bào gốc cuống rốn nhằm lưu trữ các tế bào gốc để điều trị bệnh.

+ Mở ra triển vọng tái tạo các mô tự thân để thay thế các mô bị tổn thương ở người bệnh nhờ công nghệ phản biệt hóa tế bào sinh dưỡng thành tế bào gốc. Việc cấy ghép mô này cho những người bệnh khác có thể cần sự hỗ trợ của thuốc chống đào thải mô, cơ quan.

 + Mở ra triển vọng tạo ra các dòng tế bào gốc để biệt hóa thành các dòng tế bào máu, tế bào thần kinh, thành mạch máu,… giúp điều trị nhiều bệnh như tổn thương tủy sống, thoái hóa điểm vàng do lão hóa, tiểu đường, các bệnh tim mạch và bệnh Parkinson,…

2. Tạo dòng tế bào và động vật chuyển gene

2.1. Ứng dụng sản xuất chế phẩm sinh học

Chuyển gene quy định tổng hợp các chất như hormone sinh trưởng, các kháng thể, kháng nguyên, interferon,… vào tế bào động vật tạo ra các dòng tế bào và động vật chuyển gene để sản xuất thuốc, vaccine.

2.2. Ứng dụng làm mô hình cho các nguyên cứu bệnh học và sàng lọc thuốc

Công nghệ tế bào gốc giúp tạo nên các dòng tế bào và động vật chuyển gene làm mô hình cho các nguyên cứu bệnh học và sàng lọc thuốc.

3. Nhân bản vô tính động vật

3.1. Khái niệm

Nhân bản vô tính động vật là quá trình tạo ra các tế bào hoặc nhiều cá thể hoàn toàn giống nhau về mặt di truyền từ một hoặc một số tế bào sinh dưỡng ban đầu.

3.2. Thành tựu

Cừu Dolly là động vật có vú đầu tiên được nhân bản vô tính năm 1996. Sau đó, hàng hoạt các động vật như chó, lợn, dê,… đã được nhân bản vô tính thành công.

3.3. Quy trình nhân bản vô tính cừu Dolly

+ Lấy tế bào tuyến vú của cừu cho nhân ra khỏi cơ thể.

+ Lấy trứng từ cừu cái trưởng thành, sau đó loại bỏ nhân của tế bào trứng này.

+ Dùng xung điện để dung hợp nhân của tế bào tuyến vú vào tế bào trứng đã loại bỏ nhân.

+ Nuôi cấy trứng đã được cấy nhân trên môi trường nhân tạo để trứng phát triển thành phôi.

+ Cấy phôi vào tử cung của cừu mang thai hộ. Sau thời gian mang thai, cừu mẹ này đã sinh ra cừu Dolly.

3.4. Một số ứng dụng của nhân bản vô tính động vật:

+ Tạo ra mô, cơ quan thay thế để điều trị bệnh cho người.

+ Tạo ra các mô, cơ quan làm mô hình sàng lọc thuốc.

+ Tạo ra các bản sản của các động vật có nguy cơ tuyệt chủng nhằm mục đích bảo tồn sự đa dạng di truyền.

- Nhân bản vô tính hiện nay chỉ được phép làm trên động vật, không được phép làm trên người do các lí do về đạo đức sinh học.