Bài giảng Kỹ thuật DNA và công nghệ sinh học

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chính của bài giảng trình bày các thuật ngữ và khái niệm, sử dụng bioinformatics và đồng thời nêu lên dự án bộ gen người. Để hiểu rõ hơn, mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung bài giảng này.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật DNA và công nghệ sinh học

KỸ THUẬT DNA & CÔNG NGHỆ SINH HỌC 1
Các thuật ngữ và khái niệm Trình tự bộ gene người được hoàn tất vào – 2007. 2007 Trình tự bộ gene của hơn 7000 loài đang tiến hành ((từ -2010). ) Kỹ thuật giải trình tự DNA phụ thuộc vào các tiến bộ công nghệ, bắt đầu với kỹ thuật tái tổ hợp DNA.  Kỹ thuật tái tổ hợp DNA: các trình tự nucleotide từ 2 sinh vật khác nhau, thường 2 loài khác nhau, được tổổ hợp với nhau trong ống ố nghiệm (in vitro) trong cùng 1 phân tử DNA. Kỹ thuật h ậ tái ái tổổ hợp h DNA là then h chốt hố củaủ kỹ thuật h ậ gene (genetic engineering), kỹ thuật thao tác trên gene (manipulation ( i l ti off gene)) nhằm hằ phục h vụ cho h cácá mục đích thực tiễn. 2
Các thuật ngữ và khái niệm  Công nghệ sinh học: thao tác trên sinh vật hay các thành phần của chúng để làm nên các sản phẩm hữu ích. Ví dụ: ụ kỹỹ thuật ậ microarray: y sự ự đo mức độộ biểu hiện ệ của hàng ngàn gene khác nhau. 3
Genomics: khoa học về bộ gen, xác định trình tự nucleotide của DNA bộ gen, và chức năng của chúng, bao gồm giải trình tự, sự tổ chức các gen, các đột biế ở mức biến ứ độ DNA vàà nghiên hiê cứu ứ dòng dò chảy hả thông thô tin từ DNA đến protein của 1 tế bào, của 1 mô hay 1 cơ thể. thể Proteomics: khoa học nghiên cứu chức năng của tất cả các protein được biểu hiện, bao gồm: nghiên cứu cấu hình (conformation), vị trí (localization), các biến đổi (modification), các tương tác (interaction), vàà chức hứ năng ă (function). (f i ) Dựa trên cấu trúc của protein + sự hổ trợ của máy tính → thiết kế thuốc 4
Proteomics is the study of the function of all expressed proteins. (Tyers, M., & Mann, M. (2003). From genomics to proteomics. i Nature, N 193 197.)) 422(6928) 193-197 422(6928), Neáu nhö genomics giuùp cho vieäc chaån ñoaùn sôùm thì vieäc ngan ngaên ngöa ngöøa va vaø chöa chöõa trò nhieu nhieàu beänh se seõ nhô nhôø caùc keát quaû cuûa proteomics. Caùc nghieân cöùu proteomics cho thaythaáy ô ôû moät so soá beänh, h phan phaân tö töû protein ôû ngöôøi bình thöôøng vaø ngöôøi beänh khoâng khac khong khaùc nhau, nhöng protein ngöôi ngöôøi beänh thieáu bieán ñoåi sau dòch maõ 55
What is Bioinformatics? 6
Sử dụng Bioinformatics: • Lưu trữ/ truy xuất các thông tin sinh học (database) • Truy xuất/ so sánh các trình tự gen • Dự đoán chức năng của các gen/protein chưa biết ế • Tìm kiếm các chức năngg đã được ợ nghiên g cứu của một ộ gen • So sánh dữ liệu với các nghiên cứu khác • Soạn thảo, đóng góp dữ liệu 7
Chương trình truy xuất trình tự National Center for Biotechnology Information GenBank and other genome databases Ch Chương t ì h so sánh trình á h trình t ì h tự t BLAST GCG MacVector Chương trình cấu trúc protein 3D modeling programs – RasMol, Protein Explorer 8
Tìm kiếm sự tươngg đồng: g BLAST (Basic Local Alignmet Search Tool) Tìm kiếm dữ liệu về trình tự gen/protein quan tâm Gióng hàng và so sánh giữa trình tự truy vấn và trình tự trong ngân hàng dữ liệu, liệu cho phép tìm kiếm các trình tự không bắt cặp, các khoảng trống (gap), xác định độ tương đồng. →Có thể xác định cấu trúc, trúc chức năng và tiến hóa của 1 gen 9
Ví dụ Amino acids Symbols Amino Symbols % identity acids Alanine Ala A Methionine Met M CATTATGATA 70% Cysteine Cys C Asparagine Asn N Aspartic acid Asp D Proline Pro P GTTTATGATT Glutamic acid Glu E Glutamine Gln Q Phenylalanine Phe F Arginine Arg R Glycine Gly G Serine Ser S Hi tidi Histidine Hi His H Th Threonine i Th Thr T Isoleucine Ile I Valine Val V MRCKTETGAR Lysine Lys K Tryptophan Trp W 90% Leucine Leu L Tyrosine Tyr Y MRCGTETGAR 10
DỰ ÁN BỘ GEN NGƯỜI (HUMAN GENOME PROJECT) -Được bắt bắ đầu đầ vàoà - 1990, 1990 được đ tổổ chức hứ bởi liên liê hiệp hiệ các á nhà khoa học trên thế giới: 20 trung tâm giải trình tự ở 6 nước,, và một ộ số lượng ợ g lớn các pphòngg thí nghiệm. g ệ -Mục đích dự án: xác định toàn bộ trình tự của mỗi chromosome (3,2 tỉ cặp base của bộ gen đơn bội), - 2003, 2003 hầu như toàn bộ bộ gen người đã được giải trình tự. tự -2006, phần cuối cùng của chromosome 1 được công bố. - Sự p phát triển ể vượ vượt bậc trong o g ggiải trình tự ự bộ ge gen ngừơi: gừơ : Bộ gen người đầu tiên được công bố: 13 năm; 100 triệu USD -Bộ Bộ gen của James Watson được giải trình tự trong 4 tháng (2007), ~ 1 triệu USD. -Hiện tại, bộ gen của 1 người có thể được giải trong thời gian i cực ngắn ắ (tính ( í h bằng bằ giờ): iờ) 1000 USD S 11
Molecular Interactions Cellular Function Functional end products Metabolites (~2500 small molecules) Genomics Transcriptomics Proteomics Metabolomics Dòng thông tin trong tế bào và các kỹ thuật -omics 13
Giải trình tự DNA và nhân dòng DNA - công cụ quan trọng t của ủ kỹ thuật th ật di truyền t ề Phương pháp giải trình tự (DNA sequencing) được xây d trên dựa t ê nguyênê tắc tắ bắt cặp ặ bổ sung. Qui trình giải trình tự tự động thế hệ đầu tiên là phương pháp của Sanger: phương pháp Dideoxy (phương pháp gián đoạn chuỗi: chain determination method) một một chuỗi DNA mới được tổng hợp dựa vào thông tin từ một DNA khuôn thông qua enzyme DNA polymerase III III. Các nucleotide được biến đổi (dideoxyribonuceotides: ddNTP) nối vào chuỗi DNA đang được tổng hợp với các chiều dài khác nhau 14
15
Nếu như một ddNTPs nào đó gắn vào chuỗi đang được tổng hợp thì quá trình tổng hợp sẽ bị gián đoạn, do đó phương pháp này còn được gọi là phương pháp gián đoạn chuỗi( chain determination method). Mỗiỗ một ddNTP được đánh dấu ấ hùynh quang nhằm ằ xác định nucleotide tại mỗi điểm cuối của mỗi đọan DNA. DNA Trình tự của mỗi đoạn DNA sẽ được đọc từ kết quả của spectrogram (thanh phổ) 16
Dideoxyy Chain Termination Method for Sequencing DNA 17
Nhân dòng DNA -Tạo Tạo ra nnhiều bản copy của 1 gene đích. đích -Đóng vai trò quan trọng trong tạo sản phẩm protein. -Các phương pháp: Sử dụng vi khuẩn và plasmid Phản ứng PCR (polymer chain reaction) 21
Phương pháp nhân dòngg ggene sử dụng plasmid và vi khuẩn 22
Enzyme cắt giới hạn để tạo DNA tái tổ hợp Enzyme cắt DNA thành các đọan giới hạn (retriction fragment) Cá enzyme cắt Các ắ giới iới hạn h tạo đầu đầ dính dí h (sticky ( i k ends-đầu d đầ đính của đọan này bổ sung với đầu dính của DNA khác) hay đẩu bằng (blunt) Phần lớn các enzyme cắt giới hạn có nguồn gốc tử vi khuẩn. Enzyme ligase hàn các nối (bond) của các đoạn giới hạn lại với nhau 23
Enzyme cắt hạn chế (Restriction endonuclease d l - RE) Các dạng đầu mút tạo ra bởi các loại enzyme giới hạn 24