Sinh học tổng hợp: Kỹ thuật, tiến trình, thành quả và dự phỏng tương lai

Chia sẻ: Nguyen Phuonganh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

78
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong vài năm gần đây đã xuất hiện một diễn tiến khoa học tuy còn trong giai đoạn thầm lặng, phôi thai, nhưng đang hứa hẹn mang lại một cuộc cách mạng mới trong sinh học bởi tiềm năng ứng dụng lớn lao trong xã hội, gồm việc chế tạo dược phẩm, tạo năng lượng và xử lý môi trường. Ðó là sự ra đời của bộ môn sinh học tổng hợp(synthetic biology) hay còn gọi là sinh học kiến tạo (constructive biology), dựa trên kỹ thuật tổng hợp và điều hòa gene. ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sinh học tổng hợp: Kỹ thuật, tiến trình, thành quả và dự phỏng tương lai

Sinh học tổng hợp: Kỹ thuật, tiến trình, thành quả và dự phỏng tương lai Trong vài năm gần đây đã xuất hiện một diễn tiến khoa học tuy còn trong giai đoạn thầm lặng, phôi thai, nhưng đang hứa hẹn mang lại một cuộc cách mạng mới trong sinh học bởi tiềm năng ứng dụng lớn lao trong xã hội, gồm việc chế tạo dược phẩm, tạo năng lượng và xử lý môi
trường. Ðó là sự ra đời của bộ môn sinh học tổng hợp(synthetic biology) hay còn gọi là sinh học kiến tạo (constructive biology), dựa trên kỹ thuật tổng hợp và điều hòa gene. Trong bài này từ ngữ “sinh học tổng hợp” sẽ được viết tắt là SB. Ðịnh hướng và kỹ thuật: SB là một nhánh mới của sinh học hiện đại và là một ứng dụng cao điểm của kỹ thuật gene (genetic engineering) đã được triển khai từ đầu thập niên 1980. Trong kỹ thuật gene cổ điển này, người ta tách dòng các gene và sau đó chuyển vào các tế bào (E. coli, nấm men hay tế bào
động, thực vật) nhằm mục đích tổng hợp protein và tìm hiểu bản chất sinh hóa (biochemical properties) của chúng. Các tính chất chức năng (functional properties) của gene được nghiên cứu bằng cách chuyển gene vào sinh vật, thường là chuột, dùng phương pháp gắn gene (knock- in) hay loại trừ gene (knock-out) để hoạt hóa hay bất hoạt gene. Các phương pháp này từng là nền tảng của công nghệ sinh học trong gần 3 thập niên qua ở nhiều nước trên thế giới.
Hình 1. Một số thành phần của bộ điều hành dùng trong kỹ thuật sinh học tổng hợp. Các thành phần (part) là DNA khi ghép lại sẽ tạo ra một bộ phận (device), và những bộ phận này sẽ tạo một hệ thống (system) cần thiết cho chức năng của tế bào mới thành lập.
SB phát sinh từ ứng dụng các thành quả sinh học hiện đại để tiến lên một bình diện cao hơn (paradigm shift). SB nhằm tái tạo (reconstitute) hệ thống gene của chu trình sinh học (biological pathway) tế bào, hoặc tái tạo bộ gene (genome) của virus, vi khuẩn, nấm men, và viễn tưởng xa hơn là của tế bào sinh vật bậc cao như thực vật và động vật. Mục đích tái tạo là làm thay đổi và hòan chỉnh các gene bằng phương pháp tổng hợp (synthesis) để tạo những sinh vật mới có đặc tính và khả năng sinh học như mong muốn. Vì liên hệ đến tòan bộ gene, nên trên lý thuyết, SB bao gồm các bộ môn sinh học về bộ gene
(genomics), bộ protein (proteonomics), sinh tin học (bioinformatics), sinh học cấu trúc và điện toán (structural and computational biology), cơ chế truyền tin của tế bào (cell signaling). Về kỹ thuật, SB cũng cần kết hợp nhiều phương pháp gồm genomics (để tổng hợp gene), proteonomics (để tổng hợp protein), bioinformatics (để kiến trúc mạng lưới gene), signaling (để họat hóa gene) và những kỹ thuật thường qui như micro-array, tổng hợp và giải trình tự DNA (DNA chip synthesis, sequencing), vi sinh vật học (microbiology), sinh học môi trường (environmental biology), sinh học
tiến hóa (evolution biology). Ðặc điểm của phương pháp SB là tạo những bộ phận gene (gene parts) và ghép lại thành một chu trình tổng hợp sinh học (biosynthesis pathway) hoặc tạo cả một bộ gene (genome) của tế bào. Trong công việc này, có hai hệ thống được phỏng theo mô hình thiên nhiên. Thứ nhất là tạo bộ điều hành (regulatory parts) và thứ hai là tạo các gene hay bộ gene. Các bộ điều hành giống như hệ thống điện (electronic circus) có thể bật (open) và tắt (shut-down), có cơ chế cảm thụ (sensors) và hệ thống điều hòa hoạt tính của gene như tần số điện cũng được gọi là inverter và
oscillator. Hiện thời bộ điều hành gene có thể đặt làm hoặc mua ở một số hãng công nghệ sinh học chuyên về SB (Hình 1). Các bộ điều hành cũng được trao đổi rộng rãi giữa các trung tâm nghiên cứu và đang được cải tiến thêm mỗi ngày để tạo những hệ thống SB đa dạng và hữu hiệu hơn. Bộ điều hành của tế bào động vật bậc cao thì phức tạp hơn; các thành qủa thu được hiện nay từ E. coli và nấm men. Các phương pháp tổng hợp DNA đang dược cải tiến rất nhanh để đáp ứng nhu cầu tổng hợp số lượng lớn gene và bộ điều hành dùng trong nghiên cứu SB (Hình 2).
Hình 2. Một phương thức tổng hợp gene được dùng trong SB: xây dựng nhiễm sắc thể nhân tạo.