Kỹ thuật DNA tái tổ hợp (Recombinant DNA Technology) là gì?

  Kỹ thuật tái tổ hợp ADN là một bước đột phá trong công nghệ sinh học, cho phép con người can thiệp vào vật chất di truyền để tạo ra những sinh vật có đặc tính mong muốn. Bằng cách sử dụng enzyme cắt giới hạn, vector và phương pháp chuyển gen, kỹ thuật này đã mở ra nhiều ứng dụng quan trọng trong y học, nông nghiệp và công nghiệp.

Kỹ thuật DNA tái tổ hợp (Recombinant DNA Technology) là gì?

Công nghệ DNA tái tổ hợp là công nghệ tạo ra các phân tử DNA từ 2 hay nhiều nguồn DNA khác nhau, các phân tử DNA được tạo ra mang các đặc tính của các phân tử DNA cấu thành.

Quá trình này đem lại khả năng tạo thành các phân tử DNA mới có các tính chất và chức năng kết hợp từ các nguồn thông tin di truyền khác nhau.

Nguyên liệu quan trọng trong quá trình tái tổ hợp DNA

Gen đích (Gen cần chuyển)

Tách chiết bộ DNA của sinh vật chứa gen cần chuyển:

Có nhiều cách để tách chiết DNA:

• Sử dụng các loại hóa chất: Phenol-chloroform, CTAB, Trizol, ….
• Sử dụng các bộ kit tách chiết đã thương mại hóa trên thị trường của các công ty như ABT, Qiagen, Thermo, ….

Khuếch đại các đoạn gen mong muốn bằng kỹ thuật PCR:

• Sử dụng các cặp mồi đặc hiệu để nhân nhanh số lượng các đoạn phân tử DNA chứa gen đích qua các chu kì nhiệt.
• Sau quá trình này ta sẽ có 1 lượng lớn các phân tử DNA chứa các đoạn gen đích ta mong muốn để chuẩn bị có các bước phía sau.

Các Enzyme

Có 2 loại enzyme chính trong công nghệ DNA tái tổ hợp

• Enzyme cắt (restriction enzyme, RE): Có vai trò cắt chính xác các đoạn gen đích bằng các trình tự đặc hiệu trên đoạn DNA, đồng thời cắt mở vòng các vector chuyển gen.
• Enzyme nối (DNA ligase): Có vai trò nối các đoạn DNA lại với nhau.

Thể truyền (Vector chuyển gen)

Thể chuyền có bản chất là các phân tử DNA mang các đặc điểm sau:

• Có khả năng tự nhân lên độc lập với tế bào chủ
• Có khả năng gắn các phân tử DNA ngoại lại mà không làm mất đi khả năng tự nhân lên
• Có các trình tự nhận biết của enzyme cắt
• Có chứa các đoạn gen đánh dấu giúp nhận biết trong quá trình biểu hiện gen.

Thể truyền thường có 2 loại chính:

• Plasmid: Là các DNA vòng kép nằm trong tế bào chất của vi khuẩn
• Phage: Là virus của các vi khuẩn, có khả năng chuyển các đoạn gen lớn

Quá trình tái tổ hợp DNA

Thu nhận DNA chứa gen đích từ tế bào chủ: Tách chiết toàn bộ DNA của sinh vật chứa gen cần chuyển bằng cách sử dụng các loại hóa chất, hoặc sử dụng các bộ kit tách chiết có sẵn trên thị trường. Khuếch đại đoạn gen mong muốn bằng kỹ thuật PCR.

Cắt lấy gen cần chuyển và thể truyền: Cắt bằng cùng 1 loại enzyme để cắt chính xác đoạn gen đích cần thiết thông qua chu trình đặc hiệu có trên DNA và vector chuyển gen.

Gắn gen cần chuyển vào thể truyền bằng enzyme nối: Dùng enzyme nối (Ligase) để nối đoạn gen đích và vector lại với nhau.

Chuyển giao vào tế bào nhận: Chuyển các DNA tái tổ hợp vào tế bào nhận và tạo điều kiện giúp nó được biểu hiện.

Quá trình tái tổ hợp DNA yêu cầu sự chính xác và kiểm soát kỹ thuật cao, từ việc chọn lựa gen đích, cắt và nối DNA, đến việc chuyển giao DNA tái tổ hợp vào tế bào nhận. Tất cả các bước cùng tạo nên một quy trình hoàn chỉnh để tạo ra sản phẩm phù hợp.

Ý nghĩa của DNA tái tổ hợp với y học

Công nghệ DNA tái tổ hợp đã đóng góp một cách quan trọng vào sự phát triển của nhiều lĩnh vực trong xã hội, đặc biệt là trong lĩnh vực y khoa.

• Insulin cho bệnh tiểu đường: Sử dụng DNA tái tổ hợp để sản xuất insulin có thể giúp tăng cường nguồn cung cấp hormon insulin, loại bỏ phương pháp thu thập insulin từ động vật, giúp insulin được cung cấp rộng rãi hơn và giảm chi phí sản xuất.
• Vắc xin viêm gan B: DNA tái tổ hợp của kháng nguyên bề mặt virus viêm gan B được sản xuất trong tế bào nấm men để đưa vào vắc xin.
• Hormon tăng trưởng (hGH): Công nghệ tái tổ hợp DNA cho phép sản xuất hormon tăng trưởng từ nguồn gốc tổ hợp, giúp hỗ trợ sự phát triển ở những người có vấn đề tại tuyến yên hoặc các tình trạng rối loạn yếu tố tăng trưởng khác.
• Yếu tố đông máu: Sử dụng DNA tái tổ hợp để sản xuất yếu tố đông máu VIII, giúp cung cấp giải pháp mới cho người bệnh mà không cần phải hiến máu để lấy yếu tố này một cách tự nhiên.
• DNA tái tổ hợp sử dụng để phát triển các kỹ thuật chẩn đoán HIV: Sử dụng protein HIV tái tổ hợp trong các kỹ thuật chẩn đoán giúp xác định kháng thể HIV một cách chính xác, cung cấp thông tin quan trọng về tình trạng nhiễm HIV của người bệnh.

Ứng dụng của Công nghệ DNA tái tổ hợp

Tạo ra các giống Vi sinh vật mang gen sinh vật khác

• Coli mang gen sản xuất Insulin ở người (Điều trị tiểu đường)
• Coli mang gen sản xuât Somatostatin (Hoocmon điều hòa các hoocmon khác ở người)
• Tạo chủng vi sinh vật lành tính có mang 1 số gen gây bệnh, phục vụ nghiên cứu, sản xuất vắc-xin
• Các chủng vi sinh vật có khả năng làm sạch môi trường như xử lý dầu tràn

Tạo ra các giống cây trồng biến đổi gen

• Giống cà chua được bất hoạt gen sản xuất Ethylen giúp tăng thời gian bảo quản
• Các giống cây trồng có khả năng kháng bệnh
• Giống lúa có gen sản xuất β-caroten
• …..

Tạo ra các động vật chuyển gen phục vụ y học

• Cừu sản xuất protein huyết thanh
• Bò sản xuất r- protein người
• Các loài động vật chuyển gen giúp tăng năng suất thịt, trứng, sữa, …
• …

Kết luận

Kỹ thuật tái tổ hợp ADN không chỉ là một thành tựu quan trọng của sinh học phân tử mà còn là nền tảng cho nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống. Sự phát triển không ngừng của công nghệ này hứa hẹn mang lại những giải pháp đột phá trong điều trị bệnh, cải thiện năng suất nông nghiệp và bảo vệ môi trường.