1
• Chương 1 Mở đầu – Lược sử sự ra đời của SHPT – Sự chuyển vật liệu di truyền ở vi khuẩn.(T. Trí)
• Chương 2 Vật liệu di truyền: Đại phân tử sinh học & Liên kết hóa học yếu.(T. Trí)
• Chương 3 Tính ổn định và những biến động của DNA:
Sao chép & Đột biến , tái tổ hợp, Gen nhảy (C.Sương)
• Chương 4 Sự phiên mã (C. Sương)
• Chương 5 Sự dịch mã (T. Trí)
• Chương 6 Sự điều hòa biểu hiện gen (T. Trí)
• Chương 7 Kỹ thuật trong SHPT
• Chương 8 Một số ứng dụng của SHPT (seminar)
Lược sử sự ra đời Sinh học phân tử
• 1666 Phát hiện tế bào
Matthias Schleiden (1804- 1881) và Theodor Schwann (1810-1882) đưa ra học thuyết tế bào 1839
• Robert Hooke
• Theodor Schwann
• Matthias Schleiden
1859 Học thuyết tiến hóa, Darwin
Phủ định thuyết VSV phát sinh ngẫu nhiên (Pasteur, 1864)
• 1866 Định luật phân ly độc lập trong di truyền tính trạng, Mendel
• 1869 Johann Friedrich Miescher khám phá ra DNA và goi nĩ là nuclein.
Mendel: Cha đẻ của Di truyền học
Johann Miescher
• 1902 - Emil Hermann Fischer đạt gải Nobel : chỉ ra rằng các amino acid được kết hợp với nhau để hình thành cấu trúc của protein
• 1912 Bản đồ liên kết gen của ruồi Drosophila, Morgan
EmilFischer
Thomas Morgan
Thí nghiệm của Frederick Griffith ,1928 Thí nghiệm về biến nạp của Griffith
3
• 1941 – George Beadle và Edward Tatum tiến hành thí nghiệm đột biến dinh dưỡng ở Neurospora crassa. Đưa ra giả thuyết một gen, một enzyme.
George Beadle Edward Tatum
DNA mang tín hiệu di truyền
Năm1944 nhóm Avery, McCarty, McLeod xác định rõ nguyên nhân gây biến nạp là gì?
Tế bào S + (protease,
RNAase)→ Chuột chết Tế bào S + (DNAase)→ Chuột sống
→ DNA là nhân tố biến nạp Oswald T. Avery
• 1952 – Alfred Hershey và Martha Chase kết luận vật liệu di truyền của phage T
2là DNA
1952-1953 James D.
Watson và Francis H. C.
Crick công bố cấu trúc chuỗi xoắn kép của DNA
→ Sinh học phân tử ra đời.
James Watson và Francis Crick
Học thuyết trung tâm (F.Crick,1956) DNA → RNA → Protein
• Một gen được biểu hiện qua hai bước
1) Phiên mã (Transcription): tổng hợp RNA
2) Dịch mã (Translation): Tổng hợp Protein
• 1970 Howard Temin và David Baltimore độc lập phân lập được enzyme cắt giới hạn
→ Cột mốc lịch sử trong kỹ thuật di truyền
• 1984 Kỹ thuật PCR được Kary Mullis đề xuất.
→ Kỹ thuật nền tảng của kỹ thuật di truyền
• 1986 Leroy Hood:
Phát triển máy giải trình tự tự động
• 1990 chương trình bộ gen người (HGP) bắt đầu.
Leroy Hood
• 1996 Bộ gen của nấm men (Saccharomyces cerevisiae) được giải trình tự.
• 1997 Escherichia coli được giải trình tự
• 1998 Hoàn thành việc giải trình tự bộ gen Caenorhabditis elegans
• 2000 Hoàn thành việc giải trình tự bộ gen Drosophila melanogaster
• 2000, bộ gen thực
vật đầu tiên,
Arabidopsis thalina
được giải trình tự
5
14/4/2003 hoàn tất bản giải kí tự chuỗi bộ gen người (Homo sapiens).
Tốn 2,7 tỉ USD
Ứng dụng của Sinh học phân tử
• Công nghệ tạo các sinh vật mới có ích.
Công nghệ sản xuất giống cây trồng, vật nuôi vượt giới hạn của tiến hóa để chống chịu bệnh, thích nghi với các điều kiện sinh thái và cho năng suất cao.
• Công nghệ sản xuất các loại thực phẩm mới có
giá trị dinh dưỡng cao, có giá trị thuốc – dinh
dưỡng, các chất bổ sung (các vitamin..) cá
protein đơn bào.
CÁ
- Gen sinh trưởng (fGH, hGH, bGH) - -gallactosidase,
- kháng hygromycine, - protein chống đơng lạnh, - -globin, neomicine, - phosphats-transferase, - liciferase
Các loại gen sinh trưởng - mMT,
- hGH, - mMT-bGH, - PRL-bGH, - mMT-hGRF, - alb-hGRF,
- mMT-hGF và mMT-bGH HEO
Các gen chống thải lọai
Các gen trị liệu
- smt-sGH5, sMT-sGH9.
- 1-antitripsin (trong điều trị viêm phổi), - Tạo albumin,
- Yếu tố trong đông máu CỪU - Tạo các gene tăng trưởng
(mMT, hGH, mMT-bGH, PRL-bGH,
mMT-hGRF, alb-hGRF, mMT-hGF ) b-GH BÒ
Gen tạo máu Gen tạo sữa Gen tạo kháng thể
• Liệu pháp gen và
liệu pháp thay thế tế
bào và mơ.
7 Phương pháp chuẩn đoán bệnh mới
• Kỹ thuật tạo dòng(cloning) và đặc biệt là kỹ thuật PCR đưa đến kỹ thuật chuẩn đoán mới bằng lai DNA và RNA. Phương pháp này hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong chuẩn đoán các bệnh di truyền, quan hệ dòng họ, tội phạm hình sự….
Một số thành tựu ở Việt Nam
• 1997, hoàn thiện quy trình công nghệ chuyển gen hormon sinh trưởng người vào cá vàng (Carassius auratus)
• Năm 2003, Viện Sinh học nhiệt đới đã chuyển gen Bt kháng sâu vào cây thuốc lá (Nicotiana tabacum) và cây ngô (Zea mays)
• Năm 2005, Viện Sinh học nhiệt đới đã chuyển gen hormon sinh trưởng người vào cá chép (Cyprinus carpio)
Các hiện tượng di truyền ở vi khuẩn
- Biến nạp (transformation) - Tải nạp (transduction)
- Giao nạp, tiếp hợp (conjugation)
- Chuyển vị gen (transposition)
Biến nạp (transformation)
- Quá trình tế bào tiếp nhận DNA trần từ vào tế bào chủ
- Tính khả nạp (competence): cĩ thể được tăng cường bằng xử lý hĩa học, vật lý - Cơ chế biến nạp:
+ DNA gắn lên DNA-binding protein trên vách tế bào
+ Nuclease thủy phân một mạch DNA, cho phép mạch đơn cịn lại đi vào trong tế bào
+ Mạch DNA được mang và bảo vệ bởi một số protein chuyên biệt + Mạch DNA tái tổ hợp vào bộ gen bởi RecA protein
+ Tế bào cĩ kiểu gen mới được tạo thành khi tế bào phân chia
Tải nạp (transduction)
- DNA của tế bo cho được chuyển qua tế bo nhận bởi virut - Tải nạp chuyên biệt (specialized transduction): tải nạp
trên một số gen nhất định của vi khuẩn cho (virut mang theo gen của vi khuẩn khi bị cắt một cách khơng chính xác ra khỏi bộ gen tế bào chủ)
- Tải nạp chung (generalized transduction): tải nạp một gen bất kỳ từ vi khuẩn cho sang tế bo nhận (DNA của tế bo bị phn đoạn và lắp ngẫu nhiên vào vỏ virut mới) - Biến đổi bởi phage (phage conversion): sự thay đổi kiểu
hình ở vi khuẩn do sự thể hiện của gen virut tiềm tan
Plasmid
- Phân tử DNA vịng, kích thước nhỏ cĩ thể tự sao chép độc lập trong tế bào chủ
- Cấu trúc của plasmid:
+ Mang gen ORI (origin of replication,Ori) kiểm sốt tần số sao chép và số lượng bản sao của plasmid trong tế bào
+ Gen điều khiển sự chuyển DNA trong giao nạp (một số) + Các gen khác: kháng kháng sinh, tạo ra độc tố, khả năng biến dưỡng những cơ chất khơng bình thường như thuốc trừ sâu, dung mơi cơng nghiệp
Plasmid R: plasmid kháng thuốc
+ Mang một số transposon mỗi loại cho tính kháng đối với một loại kháng sinh nhất định
+ Kháng đồng thời đến 5 loại kháng sinh khác nhau
+ Phát tán tính kháng thuốc nhanh trong quần thể thơng qua quá trình giao nạp
- Tế bào cĩ thể chứa đồng thời một số plasmid khác nhau
nếu chúng tương thích (ORI khác nhau)
9 Sự giao nạp (conjugation)
- Chuyển DNA thông qua giao nạp ở vi khuẩn - Plasmid xúc tiến sự giao nạp:
+ Tổng hợp khuẩn mao pili giúp hai tế bào tiếp xúc + Tạo cầu giao nạp (conjugative bridge) truyền DNA
+ Plasmid sao chép bằng cơ chế sao chép cuộn vòng (rolling circle replication) và chuyển một bản sao cho tế bào nhận
+ Tế bào nhận sao chép để có plasmid vòng mạch kép
- Yếu tố F ở E. coli thực hiện việc cho gen trên nhiễm sắc thể tế bào cho sang tế bào nhận (chủng Hfr):
+ Sự hiện diện đồng thời của trình tự sát nhập (insertion sequence) ở yếu tố F và nhiễm sắc thể của tế bào
+ F chứa trình tự khởi đầu chuyển (origin of transfer)
+ Trình tự này giúp F mang theo các gen của nhiễm sắc thể nằm ngay dưới hạ lưu của trình tự chuyển từ tế bào cho sang tế bào nhận + Sự cắt không chính xác khi sao chép và chuyển yếu tố F làm tăng tần số giao nạp chuyên biệt của nhiễm sắc thể sang tế bào nhận
