Bài giảng Công nghệ sinh học đại cương: Chương 1+2 - ThS. Vương Thị Thúy Hằng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Công nghệ sinh học đại cương: Chương 1+2 được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái niệm công nghệ sinh học và quan hệ của công nghệ sinh học với các ngành khoa học tự nhiên và xã hội khác; các nguyên lý cấu trúc hóa học của ADN; dòng chảy của thông tin di truyền; biểu hiện của gen;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Công nghệ sinh học đại cương: Chương 1+2 - ThS. Vương Thị Thúy Hằng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ NGHỆ AN KHOA NÔNG - LÂM - NGƯ BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG (Dùng cho hệ Đại học ngành Thú y) Giảng viên: ThS. VƯƠNG THỊ THÚY HẰNG
CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM, LỊCH SỬ VÀ BIỆN CHỨNG PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC Tài liệu học tập: 1. Đỗ Năng Vịnh (CB), 2008, Giáo trình Công nghệ sinh học đại cương, NXB Nông nghiệp.(tr.9 - 24)
Khi nói đến công nghệ sinh học thì anh/chị nghĩ đến những sản phẩm nào?
Thế nào là CNSH?
1.1 . Khái niệm công nghệ sinh học và quan hệ của công nghệ sinh học với các ngành khoa học tự nhiên và xã hội khác Công nghệ sinh học (CNSH) là tập hợp các ngành khoa học – công nghệ về sự sống, bao gồm sinh học phân tử, kỹ thuật gen, công nghệ tế bào, công nghệ vi sinh, công nghệ protein và enzym... , nghiên cứu và khai thác các quá trình sinh học, hoạt động sống của vi sinh vật, tế bào động và thực vật, cơ thể sống và mô phỏng các quá trình sinh học ở quy mô sản xuất công nghiệp
CNSH là sự kết hợp giữa các nguyên lý khoa học và công nghệ trong một hệ thống trong đó các cơ thể sống, mô hoặc tế bào, cơ quan tử, các phân tử hoặc quá trình sống được khai thác sử dụng vào sản xuất ở quy mô công nghiệp.
Sự ra đời và phát triển của CNSH có quan hệ chặt chẽ với sự phát triển của nhiều ngành khoa học và công nghệ khác nhau. Các mối quan hệ đó được thể hiện ở sơ đồ: Công nghệ sinh học ra đời và phát triển như một tất yếu lịch sử
1.2. Các ngành khoa học về sự sống và mối quan hệ biện chứng
1.2.1. Các ngành khoa học cơ bản về sự sống Các ngành khoa học cơ bản về sự sống mới nhất hiện nay có thể nói là genom học (genomics) bao gồm cấu trúc, tổ chức và chức năng của từng gen, nhóm gen, hệ thống gen, các hệ điều hành gen, protein học, toán sinh học, điều khiển học sinh học và nano sinh học.. . sẽ dần trở thành các ngành học chuyên sâu.
1.2.2. Các ngành khoa học công nghệ sinh học Sự phát triển của các khoa học cơ bản về sự sống đã và sẽ dẫn đến sự ra đời của các ngành Khoa học - Công nghệ của CNSH, trong đó bao gồm : - Kỹ nghệ di truyền (genetic engineering). - Công nghệ tế bào (cell biotechnology). - Công nghệ enzym và protein (protein and enzym technology). - Công nghệ vi sinh (microbiotechnology). - Công nghệ lên men (fermentation technology). - Công nghệ vacxin và chế phẩm dược (vacxin and biopharmaceutical technology) và các khoa học công nghệ khác.
1.2.3. Các ngành công nghệ sinh học ứng dụng Sự phát triển của các khoa học - công nghệ sinh học sẽ tạo ra sự bùng nổ của các lĩnh vực khác nhau của khoa học CNSH ứng dụng, bao gồm: - CNSH y học: công nghệ vacxin và chế phẩm dược, liệu pháp gen,... - CNSH Nông Lâm Ngư nghiệp: công nghệ vi nhân giống thực vật, công nghệ nhân bản động vật, CNSH tạo giống mới, CNSH bảo vệ sức khỏe và dinh dưỡng cây trồng, vật nuôi. - CNSH Môi trường - Sinh thái - CNSH và năng lượng sinh học - CNSH và vật liệu mới
1.2.4. Các ngành khoa học công nghệ tự nhiên Sự phát triển của các ngành khoa học tự nhiên như toán học, vật lý học, hoa học, tin học, thiên văn học và các ngàn h khoa học về trái đất đã tạo ra hàng loạt các ngành Khoa học - Công nghệ (KHCN) tự nhiên như: - Công nghệ chế tạo máy - Công nghệ điện tử - Công nghệ lazer - Năng lượng nguyên tử - Công nghệ vật liệu - Tự động hóa - Công nghệ thông tin - Công nghệ nano và nhiều ngành khác.
1.3. Lịch sử công nghệ sinh học và vấn đề bản chất của sự sống 1.3.1. Tóm tắt các giai đoạn phát triển của công nghệ sinh học và các sản phẩm chính của CNSH a) CNSH đã hình thành và ứng dụng trước khi có khái niệm CNSH Từ thời xa xưa, con người đã biết: - Sản xuất rượu, bia, các chế phẩm sữa, một số loại nước giải khát. - Sản xuất các axit và dung môi hữu cơ. - Công nghiệp kháng sinh với các nồi lên men hàng trăm ngàn lít.
b) Giai đoạn từ 1960 - 1975 - Công nghệ tế bào thực vật (nuôi cấy mô) bắt đầu sản xuất hàng triệu cây giống sạch bệnh trong điều kiện nhân tạo. - Sản xuất axit amin, axit glutamic, các enzym, kháng sinh bằng công nghiệp lên men sinh khối khổng lồ. Sản xuất các chất bổ sung dinh dưỡng cho người, chăn nuôi, nguyên liệu công nghiệp dược và chất tẩy rửa.
c) Giai đoạn từ sau 1975 - Hình thành kỹ thuật ADN tái tổ hợp, khái niệm CNSH và công nghiệp sinh học trở nên phổ biến. - Thuốc chữa bệnh và phòng bệnh cho người và gia súc : insulin, interferon, vacxin... tạo ra nhờ các kỹ thuật tái tổ hợp ADN và chuyển gen - Các chất điều tiết sinh trưởng, phát triển và sinh sản cây trồng, vật nuôi đặc biệt là hormon sinh trưởng và các chất hoạt tính sinh học khác . - Các bộ kít và phương pháp chẩn đoán bệnh. - Cấy truyền hợp tử và các kỹ thuật nhân giống và nhân bản động vật. - Chất bổ sung thức ăn gia súc: vitamin, axit amin, sinh khối tế bào, nấm men. - Nhân giống cây sạch bệnh quy mô lớn.
1.3.2. Những phát minh căn bản của nhân loại trong lĩnh vực sinh học dẫn đến sự ra đời của CNSH 1.3.2.1. Phát minh ra tê bào, quá trình phân bào và phân hoa cơ quan - Năm 1665 Robert Hooke quan sát thấy tế bào sống dưới kính hiển vi và đưa ra khái niệm tế bào "Cell". - Anton Van Leuwen Hoek (1632-1723), thiết kế kính hiển vi khuếch đại được 270 lần, lần đầu tiên quan sát thấy vi khuẩn, tế bào tinh trùng trong tinh dịch người và động vật.
- Matthias Schleiden và Theodore Schwann đề xướng học thuyết cơ bản của sinh học gọi là Học thuyết tế bào năm 1838: + Mọi cơ thể sống được cấu tạo bởi một hoặc nhiều tế bào . + Tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng cơ bản của cơ thể sống, là hình thức nhỏ nhất của sự sống. + Tế bào chỉ được tạo ra từ tế bào tồn tại trước đó . - Oscar Hertwig (1875) chứng minh bằng quan sát trên kính hiển vi rằng sự thụ thai là do sự hợp nhất của nhân tinh trùng và nhân trứng. - Hermannp, Schneider F.A. và Butschlio đã mô tả chính xác quá trình phân chia tế bào, năm 1883, Wilhelm Roux lần đầu tiên đã lý giải về sự giảm phân trong phân bào giảm nhiễm ở cơ quan sinh dục.
1.3.2.2. Phát minh sự phát triển của cơ thể sống là kết quả của sự phân hóa của tế bào. Cuối thế kỷ XVII và đầu thế kỷ XVIII, người ta nghĩ rằng trong tinh trùng đã chứa đựng toàn bộ người trưởng thành dưới dạng thu nhỏ. Cách hình thành các con vật từ phôi trở thành đối tượng tranh luận khoa học trong suốt thế kỷ XVIII cho đến cuối thế kỷ XIX. Có hai trường phái đối lập nhau: - Đối với những người theo thuyết tiền tạo, con vật mới hình thành hoàn toàn với đầy đủ các cơ qụan đã có mặt ở dạng thu nhỏ trong trứng (hoặc trong tinh trùng),
- Đối với những người theo thuyết biểu sinh: Trứng ban đầu không có một dấu vết tổ chức nào và phôi được hình thành dần dần bằng quá trình xây dựng có sự đóng góp "giống" của cả cha và mẹ. lưu ý rằng cả cha và mẹ đều góp phần hình thành con vật mới Phát triển phôi và phân hóa tế bào trở thành một khoa học trong đó trình tự hoạt động của thông tin di truyền và điều khiển hoạt hóa của gen trong quá trình phát triển cá thể có ý nghĩa quan trọng. Khoa học về điều khiển học sinh học ra đời sau này phát triển song song với các thành tựu về hệ điều hành hoạt hóa của gen.
1.3.2.3. Phát minh quá trình tiến hoa của sinh giới và vật liệu mang thông tín di truyền Quan điểm lịch sử của phát triển sinh giới và lý giải sự tiến hóa của các loài: - Sự tiến hóa trong sinh giới đã xảy ra nhờ di truyền, biến dị và chọn lọc tự nhiên . - Mỗi một loài đều có thể có quan hệ mật thiết với các loài khác bởi cùng có một tổ tiên chung. Tiếp sau đó, Gregor Mendel cha đẻ của di truyền học đã phát hiện các quy luật cơ bản đầu tiên của di truyền: - Các tính trạng được di truyền từ thế hệ này sang thế hệ kia theo các quy luật thống kê. - Tính trạng được xác định bởi các yếu tố di truyền (sau này người ta gọi là gen). Trong những năm 1880 đã phát hiện nhân tế bào là trung tâm của di truyền. Năm 1944 đã chứng minh được vật liệu di truyền do Griffith tìm ra hay "yếu tố Griffith" chính là một phân tử axitdeoxyribonucleic