Giải chuyên đề học tập Sinh học 10 Cánh diều bài 4: Cơ sở công nghệ tế bào thực vật và ứng dụng

Câu hỏi mở đầu

"Thịt nuôi cấy" (thịt nhân tạo, hình 4.1) được sản xuất như thế nào? Sản xuất thịt nuôi cấy mang lại những lợi ích tiềm năng gì đối với con người?

Hướng dẫn trả lời:

Thịt nhân tạo được đánh giá chứa đầy đủ dưỡng chất và hương vị như thịt tươi sống nhưng lại hạn chế việc giết mổ động vật, bảo vệ môi trường và an toàn vệ sinh thực phẩm.

Bên cạnh đó, thịt được tạo ra trong phòng thí nghiệm cũng đảm bảo loại bỏ các nguy cơ bị nhiễm bệnh. Đơn cử như dịch tả lợn Châu Phi xảy ra những năm trở lại đây khiến nhiều nước trên thế giới lao đao song nó sẽ không thể trở thành mối đe dọa với thịt nhân tạo.

I. Khái quát về công nghệ tế bào động vật

Câu hỏi 1. Dựa trên đặc tính sinh học nào của tế bào động vật mà người ta có thể nuôi cấy được mô tế bào trong phòng thí nghiệm?

Dựa trên những đặc tính sinh học của tế bào động vật là khả năng phân chia và biệt hóa của tế bào.

II. Ứng dụng công nghệ tế bào động vật

Câu hỏi 2. Vì sao các dòng tế bào nuôi cấy có thể được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu sinh học?

Các dòng tế bào nuôi cấy có thể được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu sinh học vì công nghệ nuôi cấy mô tế bào động vật có khả năng cung cấp các dòng tế bào dùng cho nghiên cứu sinh học tế bào.

Câu hỏi 3. Em hãy kể tên một số dòng tế bào đã được thương mại hóa và sử dụng trong nghiên cứu.

Dòng tế bào còn được sử dụng trong nghiên cứu ung thư, tác động của hoá chất, bức xạ và virus với tế bào ung thư. Chẳng hạn, các dòng tế bảo ung thư như HeLa (tế bào ung thư cổ tử cung), HT29 (tế bào ung thư đại tràng), K562 (tế bào ung thư bạch cầu), nguyên bào sợi thận chuột hamster BHK-2I, dòng tế bào biểu mô gan người HEPG2, các dòng tế bào biến đổi gene,... được sử dụng cho nghiên cứu. Các dòng tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSC), là nguồn tế bào gốc để biệt hoá thành các mô khác và được dùng cho mục đích trị liệu.

Luyện tập 1. Hãy tìm thông tin về một số loại vaccine phòng bệnh do virus được sản xuất bằng công nghệ tế bào động vật và công nghệ tế bào động vật kết hợp công nghệ gene.

Hướng dẫn trả lời:

Vaccine DNA và RNA đang được phát triển để chống lại các bệnh khác nhau, bao gồm HIV, Zika và COVID-19…

Tìm hiểu thêm 1. Liệu pháp gene được áp dụng hoặc có tiềm năng áp dụng điều trị bệnh nào ở người?

Hiện nay, liệu pháp gen đã được ứng dụng trong điều trị một số bệnh như: hồng cầu hình liềm, tan máu bẩm sinh, máu khó đông, teo cơ Duchene, các bệnh lây nhiễm virus như HIV, viêm gan,… giúp chữa bệnh ung thư da, ung thư vùng đầu cổ với những kết quả rất đáng khả quan.

Luyện tập 2. Hãy kể thêm các ứng dụng khác của công nghệ tế bào động vật nghiên cứu và sản xuất các sản phẩm thương mại.

Ứng dụng của công nghệ tế bào động vật trong nghiên cứu và sản xuất các sản phẩm thương mại.

• Sản xuất vaccine phòng bệnh cho virus
• Sản xuất protein tái tổ hợp trị liệu
• Nuôi cấy tế bào và liệu pháp gene
• Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học
• Sản xuất kháng thể đơn dòng
• Nuôi cấy 3D vi lỏng

Vận dụng 1. Tìm hiểu thêm một số sản phẩm sinh dược được sản xuất bằng công nghệ tế bào động vật.

Một số sinh phẩm dược được sản xuất nhờ công nghệ tế bào thực vật

• Shikonin: được sử dụng như một tác nhân chống vi khuẩn và chống loét
• Anthraquinon: sử dụng làm thuốc nhuộm và mục đích y tế
• Alkaloid: đặc biệt codeine và morphine cho mục đích y tế
• Berberine: một alkaloid sử dụng cho bệnh tả

Câu hỏi 4. Quan sát hình 4.4 và cho biết cừu Dolly được nhân bản vô tính bằng cách nào. Cừ Dolly có đặc điểm di truyền giống con cừu nào được nêu trong hình?

Cừu Dolly được nhân bản vô tính bằng cách sử dụng công nghệ chuyển nhân tế bào soma, trong đó nhân tế bào từ một tế bào trưởng thành.

Cừu có đặc điểm di truyền giống con cừu cho nhân.

Câu hỏi 5. Theo em, tuổi sinh học của cừu Dolly có tương ứng với tuổi thực của nó không? Giải thích. Từ đó, hãy cho biết, cần lưu ý điều gì khi thực hiện nhân bản vô tính động vật có vú bằng phương pháp chuyển nhân tế bào soma vào tế bào trứng đã loại bỏ nhân.

Theo em, tuổi sinh học của cừu Dolly không tương ứng với tuổi thực của nó.

Cừu Dolly chào đời ngày 5-7-1996 từ ba người mẹ: Một con cừu cái cung cấp DNA, một cừu cái khác cung cấp trứng để tiếp nhận DNA của cừu cái thứ nhất vào và cừu cái thứ ba mang nặng đẻ đau. Cừu cái thứ nhất khi cung cấp DNA đã 6 tuổi và đã chết trước đó từ lâu. Điều này có nghĩa là khi mới sinh ra, cừu Dolly có tuổi thật là 6 tuổi về mặt gien và trở thành bản sao của “mẹ” nó. Cộng với 6 tuổi đời kể từ ngày sinh ra, có thể nói tuổi thật của cừu Dolly là 12 tuổi, đạt tuổi thọ trung bình của loài cừu (từ 10 đến 16 tuổi).

Hiện nay, tỉ lệ nhân bản thành công các con vật còn khá thấp. Con vật nhân bản như cừu Dolly có tuổi thọ thấp hơn bình thường, chứng tỏ quy trình nhân bản cần phải hoàn thiện nhiều hơn nữa.

Một trong các lí do mà các nhà khoa học nghĩ đến là việc tái lập trình hệ gene của tế bào cho nhân còn chưa được hoàn thiện. Trong quá trình biệt hoá tế bào, nhiều gene được đóng/mở bằng cách methyl hoá (gắn thêm nhóm -CH3) một số vị trí nucleotide (cytosine). Trong quá trình giải biệt hoá tế bào cho nhân, có thể một số gene trong tế bào cho nhân chưa được khử nhóm methyl nên còn nhiều gene chưa được giải biệt hoá, dẫn đến quá trình phát triển của con vật nhân bản chưa bình thường.

Vận dụng 2. Nêu quan điểm về những lợi ích và nguy cơ nhân bản vô tính ở động vật có vú. Em ủng hộ hay phản đối việc nhân bản vô tính ở động vật có vú ở người? Vì sao?

Ngày nay, với quy trình công nghệ nhân bản được cải tiến không ngừng, các nhà khoa học đã nhân bản thành công nhiều loài động vật như bò, lợn, cừu, ngựa, lừa, mèo, chó, khỉ và nhiều loại động vật có vú khác. Năm 2021, các nhà khoa học ở viện chăn nuôi của Việt Nam lần đầu tiên nhân bản thành công được các con lợn ỉ, một giống lợn quý của nước ta.

Nhân bản vật nuôi không chỉ nhằm mục đích sản sinh ra nhiều cá thể có cùng kiểu gene ưu việt mà chúng còn được dùng như những “nhà máy” sản xuất thuốc chữa bệnh cho người. Ví dụ: Động vật nhân bản có thêm gene của người sản sinh ra các protein dùng để chữa một số bệnh di truyền ở người như dê chuyển gene sản sinh ra protein của người và tiết vào sữa, protein này dễ dàng được tách chiết và tinh chế từ sữa dê dùng làm thuốc chữa bệnh di truyền rối loạn đông máu.

Năm 2003, các nhà khoa học đã nhân bản thành công một con bò bằng cách lấy nhân từ tế bào da của một con bò đông lạnh đã chết từ năm 1980 cấy vào tế bào trứng đã bị loại bỏ nhân. Thành công này mở ra một hướng ứng dụng mới của nhân bản vô tính ở động vật, giúp gia tăng số lượng cá thể động vật có nguy cơ tuyệt chủng cao.

Mặc dù nhân bản vô tính đã thành công ở nhiều loài động vật, tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề cần phải khắc phục. Tỉ lệ nhân bản thành công ở nhiều loài động vật là rất thấp, các con vật nhân bản không sống được lâu (cừu Dolly chỉ sống được 6 năm), nhiều con mắc bệnh. Điều này chứng tỏ việc tái lập trình hệ gene từ tế bào cho nhân vẫn không được diễn ra một cách hoàn hảo trong tế bào trứng. Một số gene có thể đã không được đóng/mở đúng thời điểm trong quá trình phát triển cá thể.

Em phản đối việc nhân bản động vật có vú và người vì: động vật có vú tạo ra từ nhân bản vô tính có nguy cơ bộc lộ những sai hỏng bất thường trong quá trình phát triển. Cho đến nay, câu hỏi liệu có cho phép nhân bản vô tính người hay không vẫn còn là vấn đề gây tranh cãi, quan ngại về mặt đạo đức. Nhiều quốc gia đưa vào luật về việc cấm nhân bản vô tính người.