Chọn dòng tế bào biến dị soma
Người ta có thể tiến hành xử lý và chọn lọc tế bào thực vật ở ba mức độ cấu
trúc chính: callus, tế bào đơn (single cell) và tế bào trần. Trong phạm vi công
nghệ (nuôi cấy) tế bào thực vật, người ta thường tập trung các nghiên cứu cho
mục đích chọn dòng tế bào sản xuất dư thừa (over production) các loại sản
phẩm chủ yếu là các amino acid và các hợp chất tự nhiên.
Trong công tác giống cây trồng, chọn dòng tế bào biến dị soma có thể khái
quát ở một số ứng dụng sau:
- Chọn dòng tế bào chống chịu các điều kiện bất lợi của ngoại cảnh, ví
dụ: chống chịu nóng, lạnh, phèn, mặn, khô-hạn...
- Chọn dòng tế bào kháng các độc tố: độc tố do nấm bệnh tiết ra, các
loại kháng sinh…
Các dòng tế bào mang các đặc tính mong muốn sau khi chọn lọc được
sẽ được tái sinh thành cơ thể thực vật hoàn chỉnh để phát triển nguồn
cây giống mới, thích hợp cho các điều kiện sản xuất nông nghiệp cụ
thể.
Nhìn chung, hiện tượng biến dị di truyền xuất hiện ở các tế bào không phân
hóa (undifferentiation), các protoplast phân lập, các callus và các mô nuôi
cấy in vitro. Nuôi cấy tế bào thực vật có khả năng tạo biến dị di truyền tương
đối nhanh và không cần phải ứng dụng các kỹ thuật phức tạp khác.
Các biến dị chọn lọc được trong nuôi cấy in vitro có nhiều cách gọi khác
nhau như: dòng callus (calliclones-từ nuôi cấy callus) hoặc dòng protoplast
(protoclones-từ nuôi cấy protoplast)... Tuy nhiên, thuật ngữ biến dị dòng
soma (somaclonal variation) được sử dụng phổ biến nhất, hoặc biến dị dòng
giao tử (gameclonal variation) để chỉ các dòng bị biến đổi di truyền phát triển
từ các tế bào giao tử hoặc thể giao tử. Sự đa dạng của biến dị ở các dòng
soma làm nổi bật một thực tế rằng biến dị dòng soma là một công cụ rất hữu
hiệu cho việc cải thiện các đặc điểm di truyền của tế bào.
Sản xuất các protein tái tổ hợp
Công nghệ sinh học
Nuôi cấy tế bào thực vật đã được sử dụng để sản xuất các sản phẩm tự nhiên
cách đây hơn 20 năm và gần đây hơn chúng được dùng để sản xuất các
protein tái tổ hợp. Protein tái tổ hợp (protein ngoại lai) là protein tự nhiên
được sửa đổi bằng công nghệ gen nhằm nâng cao hoặc thay đổi hoạt tính của
chúng. Tương tự như các tế bào vi sinh vật, các tế bào thực vật rất thích hợp
cho các nguyên liệu tái tổ hợp do chúng có thể sinh trưởng trên môi trường
tương đối đơn giản không cần bổ sung protein, nhưng do chúng là các sinh
vật eukaryote bậc cao nên có thể tiến hành các biến đổi hậu dịch mã như
trong tế bào của người. Nếu protein ngoại lai được sản xuất trong nuôi cấy tế
bào và được tiết ra trong môi trường, nhiều hơn phần được tích lũy trong tế
bào, thì việc thu hồi và tinh sạch sản phẩm có thể được tiến hành mà không
có nhiều protein nhiễm bẩn. Các protein có nguồn gốc thực vật an toàn cho
người hơn các protein có nguồn gốc từ tế bào động vật bởi vì các chất nhiễm
bẩn và virus thực vật không phải là tác nhân gây bệnh ở người. Ngoài ra, nuôi
cấy tế bào thực vật cũng là một công cụ thực nghiệm thuận lợi cho việc khảo
sát sự sản xuất protein ngoại lai trong cây hoàn chỉnh (whole plants).
Thực vật chuyển gen hiện nay được xem là hệ thống sản xuất rất kinh tế cho
việc sản xuất các protein ngoại lai như kháng thể, enzyme và hormone. Sản
xuất thương mại một số protein của vi khuẩn và động vật đã được tiến hành
bằng thực vật. Yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của sản
xuất protein dựa trên cơ sở thực vật là hiệu suất của protein ngoại lai hoặc
nồng độ của sản phẩm được tích lũy trong sinh khối. Theo đó, người ta đã
chú ý cải thiện sự biểu hiện gen ngoại lai trong cây chuyển gen thông qua
việc phát triển các promoter tốt hơn, chọn lọc các dòng chuyển gen ổn định,
và ức chế gen im lặng (silence gene). Tuy nhiên, một yếu tố quan trọng là sự
đứt gãy protein ngoại lai đã làm giảm nồng độ của sản phẩm chức năng trong
mô thực vật sau khi các phân tử được tổng hợp và lắp ráp. Sự đứt gãy protein
ngoại lai đã làm bẩn sản phẩm với các đoạn protein mất hoạt tính, và người ta
cũng gặp khó khăn khi loại bỏ các protein đứt gãy này trong các hoạt động
thu hồi protein chức năng ở sản xuất quy mô lớn. Tìm hiểu chi tiết về vị trí và
cơ chế của sự đứt gãy ở nội và ngoại bào là rất cần thiết để có thể phát triển
phương pháp sao cho giảm thiểu được sự tổn thất protein ở hậu sau dịch mã.
1. GM-CSF người
GM-CSF người (human granulocyte macrophage-colony stimulate factor), là
một trong bốn glycoprotein đặc biệt kích thích quần lạc đại thực bào của tế
bào bạch cầu hạt tổ tiên sản sinh ra các bạch cầu hạt, đại thực khuẩn và hai
loại tế bào máu trắng quan trọng. GM-CSF người được ứng dụng lâm sàng
trong điều trị bệnh giảm bạch cầu trung tính (neutropenia) và bệnh thiếu máu
không tái tạo (aplastic anemia). Sử dụng GM-CSF người trong cấy ghép tủy
xương đã giảm thiểu đáng kể nguy cơ nhiễm trùng do chúng kích thích tăng
tổng số bạch cầu trung tính. GM-CSF người đã được biểu hiện trong nhiều cơ
thể vật chủ khác nhau như: E. coli, nấm men, A. niger, tế bào động vật có vú
và tế bào thực vật, và hiện nay được sản xuất để dùng trong lâm sàng.
Bảng 7.3. Một số protein tái tổ hợp được sản xuất bằng nuôi cấy tế bào thực
vật.
Proteinđượcbiểuhiện Loàithựcvật
Nhântốsinhtrưởngbiểumôngười Nicotianatabacum
Hormonesinhtrưởngởngười
N.tabacum
Albuminhuyếtthanhngười
N.tabacum,Solanumtuberosum
Nhântốsinhtrưởngở cáhồi N.tabacum
α-interferonngười Oryzasativa
Hirudin(chốngđôngmáu) N.tabacum