CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
1.1. Khái niệm về Công nghệ Sinh học (CNSH)
Công nghệ Sinh học (Biotechnology) là một thuật ngữ xuất hiện cách đây khoảng
25 năm sau khi có khi có những thành tựu của công nghệ gen (kỹ thuật tái tổ hợp DNA).
Có nhiều định nghĩa khác nhau về CNSH, tuy nhiên định nghĩa theo Liên đoàn Công
nghệ Châu âu được nhiều người chấp nhận nhất:
Công nghệ sinh học là các quá trình sản xuất ở qui mô công nghiệp có sự tham
gia của các tác nhân sinh học (ở mức độ cơ thể, tế bào hoặc dưới tế bào) dựa trên các
thành tựu tổng hợp của nhiều bộ môn khoa học, phục vụ cho việc tăng của cải vật chất
của xã hội và bảo vệ lợi ích của con người.
Như vậy CNSH không phải là một môn khoa học như hoá, lý, sinh học, hay sinh
học phân tử, … mà là một phạm trù sản xuất (công nghệ). Tác nhân sinh học ở mức độ cơ
thể như động vật, thực vật, ở mức độ tế bào như tế bào vi sinh vật và ở mức độ dưới tế
bào như gen, enzyme.
Công nghệ sinh học có tính chất liên ngành, nó ứng dụng những thành tựu của
nhiều ngành khoa học vào sản xuất như di truyền học, hoá sinh học, sinh lý học, vi sinh
vật học, hoá học, tin học, cơ khí, …
Từ định nghĩa trên cho thấy công nghệ gen không phải là CNSH mà nó chỉ là
một thành phần chủ chốt, là cơ sở, là động lực để thúc đẩy sự phát triển cực kỳ nhanh
chóng của công nghệ sinh học.
1.2. Phân loại công nghệ sinh học
Tuỳ theo cách nhìn khác nhau mà công nghệ sinh học được phân loại theo các kiểu
khác nhau. Xét về tác nhân sinh học tham gia vào quá trình CNSH có thể chia thành
các nhóm sau:
- CNSH động vật (Animal Biotechnology)
- CNSH thực vật ( Plant Biotechnology)
- CNSH vi sinh vật (Microbial Biotechnology)
- CNSH enzyme hay CN enzyme (Enzyme Biotechnology)
Ngoài ra còn có các khái niệm khác như CN protein (Protein Engineering), CN
gen (Gene Engineering). CN gen và CN protein luôn luôn xuyên suốt và là công nghệ
chìa khoá nằm trong CN thực vật, CN động vật và CN vi sinh vật.

-
) thì quá trình tích luỹ sẽ
theo hướng tạo glycerol thay vì hướng tích luỹ ethanol. Glycerol rất cần để chế tạo thuốc
nổ.
Giai đoạn phát triển quan trọng thứ hai là quá trình phát triển của CNSH sản xuất
thuốc kháng sinh penicilin. Năm 1928 Alexander Fleming đã phát hiện được khả năng
kháng khuẩn của nấm mốc Penicillum notatum. Tuy nhiên đến năm 1940 sản xuất
penicillin được sản xuất trên qui mô lớn. Thuốc kháng sinh penicillin đã cứu hàng triệu
thương binh trong thế chiến thứ hai. Trong thời kỳ này có một số cải tiến kỹ thuật và thiết
bị lên men vô trùng cho phép làm tăng đáng kể năng suất lên men. Ngày nay ngành công
nghiệp sản xuất thuốc kháng sinh có doanh thu trên 16 tỷ USD (1994).
2
Sau thế chiến thứ hai, là giai đoạn hoàn thiện các qui trình CNSH truyền thống,
như tối ưu hoá quá trình lên men, chọn lọc và tạo ra các chủng vi sinh vật đột biến siêu
tổng hợp, làm tăng năng suất lên men. Song song với những kết quả này các nghiên cứu
sinh học phân tử, hoá sinh học có bước phát triển nhảy vọt làm cơ sở cho sự hình thành
và phát triển cực kỳ nhanh chóng của CNSH hiện đại. Đầu tiên phải kể đến công trình
của Watson và Crick về mô hình xoắn kép DNA (1953). Sau đó là sự phát hiện hàng loạt
các cấu trúc bậc I của các phân tử protein như insulin của Sanger (1955). Sự phát hiện
của restriction enzyme vào năm 1968 là công cụ quan trọng của kỹ thuật DNA tái tổ hợp.
Năm 1972 đánh dấu một mốc quan trọng của CNSH khi Berg, Boyer và Cohen (Mỹ) đã
tạo ra phân tử DNA tái tổ hợp trong in vitro. Từ thành công này mở đầu cho sự phát triển
như vũ bão của công nghệ gen, một cuộc cách mạng thực sự đối với sự phát triển sinh
học và là động lực thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của CNSH, ngành công nghệ của thế
kỷ 21.
1.4. Triển vọng phát triển của CNSH ở thế kỷ 21
Như nhiều nhận định của các nhà khoa học và kinh tế thì thế kỷ 21 sẽ là kỷ
nguyên của CNSH và công nghệ thông tin. Một điều lý thú là hai nghành công nghệ mũi
nhọn của thế kỷ 21 này có mối quan hệ chặt chẽ, tương hỗ cùng thúc đẩy nhau phát triển
không ngừng. Ví dụ: máy tính giúp các nhà sinh học xây dựng nhanh chóng mô hình

với vật nuôi chuyển gen kháng bệnh, tăng chất lượng thịt, tạo dòng vô tính (như cừu
Dolly) để sản xuất ra hàng loạt vật nuôi cho năng suất và chất lượng thịt tốt. Ngoài ra đưa
các gen mã hoá cho hocmon, vaccin, thuốc vào trong thực vật, tuyến sữa của vật nuôi để
con người phòng và chữa bệnh bằng cách ăn chuối hoặc uống sữa.
3
Tài nguyên sinh học và môi trường cũng là một lãnh vực hứa hẹn những phát
triển và ứng dụng của CNSH trong thế kỷ 21. Chúng ta tin tưởng rằng CNSH thế kỷ 21 sẽ
giúp con người phát triển bền vững hơn nữa tài nguyên và môi trường sống của mình.
4
CHƯƠNG II: KỸ THUẬT TÁI TỔ HỢP DNA
Kỹ thuật tái tổ hợp DNA (Recombinant DNA technology) thường được gọi là kỹ
thuật di truyền ra đời trên cơ sở hàng loạt những thành tựu của sinh học phân tử, hoá sinh
học, vi sinh vật học, di truyền học, … Kỹ thuật tái tổ hợp DNA bao gồm một tập hợp các
kỹ thuật tách, cắt, nối ghép, chuyển và biểu hiện gen như mong muốn.
Sự ra đời của kỹ thuật tái tổ hợp DNA bắt đầu từ những năm 1972-1973 khi nhóm
nghiên cứu của Berg, Boyer và Cohen (Mỹ) lần đầu tiên tạo được một phân từ DNA tái tổ
hợp từ ba nguồn vật liệu khác nhau là bộ gen của virus SV 40 gây bệnh ung thư ở khỉ,
một phần của bộ gen phage λ và các gen của operon lactose của vi khuẩn E. coli. Đến
năm 1977 có thể coi là một mốc lịch sử của kỹ thuật tái tổ hợp DNA với thành tựu của
Boyer tạo ra hoc môn của não Somatostatin từ E. coli được chuyển gen. Sau đó một năm
cũng Boyer tạo ra insulin (hoc môn tuyến tuỵ) từ E. coli.
Có hai phát hiện quan trọng là công cụ cơ bản của kỹ thuật di truyền là sự phát
hiện restriction enzyme và vector plasmid.
2.1. Các enzyme rectriction endonuclease
Năm 1962 Arber lần đầu tiên đã chứng minh rằng vi khuẩn có những enzyme
đặc biệt có khả năng phân biệt được DNA của mình và DNA lạ. Các enzyme này có khả
năng hạn chế (rectriction) sự phát triển của các phage trong tế bào vi khuẩn bằng cách
phân huỷ DNA của phage một cách đặc hiệu, do đó các enzyme này được gọi là enzyme
cắt hạn chế (restriction enzyme). Các restriction enzyme có vai trò rất quan trọng trong kỹ
thuật tái tổ hợp DNA.

cặp base bằng phương pháp cơ học hoặc bằng restriction enzyme. Sau đó các đoạn
DNA này được gắn vào plasmid tạo DNA tái tổ hợp. Đây là phương pháp mang tính
chất ngẫu nhiên, mò mẫm vì bộ gen của sinh vật chứa rất nhiều gen nên rất khó phân
lập được gen cần thiết một cách chính xác (Ví dụ: ở người có trên 100.000 gen). Tuy
nhiên phương pháp này hiện nay vẫn sử dụng để thành lập ngân hàng gen của các
sinh vật (bank of genomic DNA).
2.2.2. Tổng hợp gen bằng phương pháp hoá học
Năm 1969 nhóm của Khorana đã tổng hợp nhân tạo được gen đầu tiên là gen mã hoá
tổng hợp tRNA của alanin của nấm men. Gen này có chiều dài 77 cặp nucleotide,
nhưng do không có trình tự điều hoà nên không hoạt động.
Để tổng hợp nhân tạo gen bằng phương pháp hoá học cần biết được trình tự
nucleotide của gen. Trình tự nucleotide của gen được xác định phương pháp nghiên
cứu trình tự axit amin của protein mà gen mã hoá hoặc bằng các phương pháp xác
định trình tự nucleotide.
Lần đầu tiên vào năm 1977, Itakura và Boyer đã tổng hợp thành công gen mã hoá
cho hoc mon somatostatin của động vật có vú, và gen này đã biểu hiện trong tế bào
E. coli. Sau thành công này nhiều gen đã được tổng hợp nhân tạo như gen mã hoá
cho protein như gen tổng hợp hoc mon tăng trưởng của người somatotropin, hoc mon
trị tiểu đường insulin.
2.2.3. Sinh tổng hợp gen từ mRNA tương ứng
6
----G A A T T C---- EcoR I ----G A A T T C----
----C T T A A G---- ----C T T A A G----
Trình tự nhận biết của EcoR I Đầu dính .
----G G A T C C---- Bam HI ----G G A T C C----
----C C T A G G---- ----C C T A G G----
Trình tự nhận biết của Bam HI Đầu dính
Đây là phương pháp mà ngày nay kỹ thuật tái tổ hợp DNA sử dụng rộng rãi. Phương
pháp này dựa vào quá trình phiên mã ngược nhờ sử dụng enzyme phiên mã ngược là
reverse transcriptase. Đây là enzyme xúc tác cho quá trình tổng hợp nên DNA một