Bài 19: Công nghệ tế bào

- Công nghệ tế bào là ngành kĩ thuật về quy trình ứng dụng phương pháp nuôi cấy tế bào hoặc mô để tạo cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh để tạo ra một số lượng lớn tế bào nhằm mục đích nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế.

- Nguyên lí của công nghệ tế bào: Nuôi cấy các tế bào gốc trong môi trường thích hợp và tạo điều kiện để chúng phân chia rồi biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau.

• Khái niệm công nghệ tế bào động vật: Công nghệ tế bào động vật là quy trình công nghệ nuôi cấy các loại tế bào động vật và tế bào người trong môi trường nhân tạo để tạo ra một lượng lớn tế bào nhằm mục đích nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế.

• Nguyên lí của công nghệ tế bào động vật: Nuôi cấy các tế bào gốc trong môi trường thích hợp và tạo điều kiện để chúng phân chia rồi biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau.

• Thành tựu của công nghệ tế bào động vật: Ba thành tựu nổi bật và có ý nghĩa lớn trong thực tiễn của công nghệ tế bào động vật là nhân bản vô tính vật nuôi, liệu pháp tế bào gốc, liệu pháp gene.

- Nhân bản vô tính vật nuôi:

+ Là công nghệ tạo ra các con vật giống hệt nhau về kiểu gene không thông qua quá trình sinh sản hữu tính.

+ Công nghệ nhân giống vô tính đã áp dụng thành công cho một số loài như ếch, bò, lợn, cừu, ngựa, lừa, mèo, chó, khỉ nhưng nổi bật nhất là nhân bản ở cừu Dolly năm 1996.

+ Công nghệ nhân giống vô tính không chỉ nhằm mục đích sinh sản tạo ra nhiều cá thể có cùng kiểu genne ưu việt mà chúng còn làm tăng sống lượng các thể của những loài có nguy cơ tuyệt chủng.

- Liệu pháp tế bào gốc:

+ Là phương pháp chữa bệnh bằng cách truyền tế bào gốc được nuôi cấy ngoài cơ thể vào người bệnh để thay thế các tế bào bị bệnh di truyền.

+ Ưu điểm của phương pháp này là cơ thể người sẽ không loại thải tế bào ghép nhưng để tránh vấn đề vi phạm đạo đức, các nhà khoa học đã tìm kiếm, nhân nuôi các loại tế bào gốc tách chiết từ các mô của người trưởng thành.

+ Liệu pháp tế bào gốc được kì vọng sẽ chữa được các bệnh Parkinson, bệnh tiểu đường type 1, người có cơ tim bị tổn thương do đột quỵ hay bị tổn thương các tế bào thần kinh, các bệnh ung thư. Đồng thời, thành tựu trong nuôi cấy các tế bào động vật cũng cho phép việc ứng dụng nghiên cứu phát triển thịt nhân tạo hoặc sản xuất các protein chữa bệnh cho người.

- Liệu pháp gene:

+ Là phương pháp chữa bệnh di truyền nhờ thay thế gene bệnh bằng gene lành bằng cách: Nhân nuôi tế bào trong ống nghiệm, chỉnh sửa gen hoặc thay thế các gene bệnh của tế bào bằng gene lành → Sàng lọc các tế bào đã được chỉnh sửa gene và nhân bản trong ống nghiệm → Truyền các tế bào chỉnh sửa gene vào cơ thể bệnh nhân.

+ Liệu pháp thay thế gene chỉ sử dụng được cho người bệnh di truyền do hỏng một gene nhất định và tế bào bị bệnh phải thuộc loại tế bào liên tục phân chia trong suốt cuộc đời của bệnh nhân.

• Khái niệm tế bào gốc: Tế bào gốc là những tế bào có thể phân chia và biệt hóa thành thành loại tế ào khác nhau.

• Phân biệt các loại tế bào gốc:

+ Tế bào gốc phôi (tế bào gốc vạn năng): Có nguồn gốc từ phôi sớm của động vật, có thể phân chia và biệt hóa thành mọi loại tế bào của cơ thể trưởng thành.

+ Tế bào gốc trưởng thành (tế bào gốc đa tiềm năng): Có nguồn gốc từ các mô của cơ thể trưởng thành, chỉ có thể phân chia và biệt hóa thành một số loại tế bào nhất định của cơ thể.

• Nuôi cấy tế bào người và động vật mang lại nhiều lợi ích:

+ Mở ra triển vọng tạo ra tế bào, mô, cơ quan thay thế cho người bệnh mà không gặp trường hợp loại thải tế bào ghép vì nhân tế bào được cấy vào tế bào trứng là nhân của tế bào da người bệnh. Các tế bào được nhân dòng trong ống nghiệm là tế bào của người bệnh nhưng là tế bào khỏe mạnh.

+ Cho phép nghiên cứu và phát triển thịt nhân tạo làm thực phẩm cho con người.

+ Ứng dụng để sản xuất ra các protein chữa bệnh cho người.

Công nghệ tế bào thực vật là quy trình công nghệ nuôi cấy các tế bào, mô thực vật ở điều kiện vô trùng để tạo ra các cây có kiểu gene giống nhau nhằm mục đích nhân giống.

- Nguyên lí của công nghệ tế bào thực vật: Cơ sở khoa học của công nghệ tế bào thực vật là dùng môi trường dinh dưỡng có bổ sung các hormone thực vật thích hợp tạo điều kiện để nuôi cấy các tế bào thực vật tái sinh thành các cây.

- Để cho các tế bào thực vật đã biệt hóa có thể phân chia và phát triển thành một cây hoàn chỉnh thì các nhà khoa học cần nuôi cấy trong điều kiện vô trùng với đầy đủ chất dinh dưỡng cùng các loại hormone thực vật với tỉ lệ thích hợp để nhằm đưa các tế bào biệt hóa về trạng thái chưa phân hóa tạo nên mô phân sinh (mô sẹo).

Một số thành tựu của công nghệ tế bào thực vật:

- Nhân giống bảo tồn giống Sâm Ngọc Linh quý hiếm.

- Nhân giống sạch bệnh, có khả năng chống chịu với virus và vi sinh vật gây bệnh: giống chuối chống chịu nấm; giống khoai tây, cà chua chống chịu được virus;…

- Nhân giống nhanh với số lượng lớn: nhân giống vô tính các loại hoa lan quý hiếm và nhiều cây có giá trị kinh tế rất lớn.

- Tạo giống mới: Kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật phục vụ chuyển gene góp phần tạo ra những giống cây mới như giống bông kháng côn trùng ăn lá, giống lúa vàng có khả năng sản sinh ra tiền chất tạo vitamin A, giống ngô kháng thuốc diệt cỏ,…

 Các giống cây được tạo ra nhờ nuôi cấy mô có thường sạch bệnh và có tính đồng nhất cao về mặt di truyền. Do đó, đặc điểm hình thái, sinh lý của các cây chuối trồng trên cùng một cánh đồng, được hưởng cùng điều kiện chăm sóc sẽ rất tương đồng với nhau, giúp người ta có thể dễ dàng phát hiện ra đó có phải là những cây chuối nuôi cấy mô hay không.

  Các giống cây được tạo ra nhờ nuôi cấy mô thường sạch bệnh và có tính đồng nhất cao về mặt di truyền. Do đó, trong điều kiện thuận lợi, tất cả các cây sẽ phát triển rất nhanh, cho sản phẩm nhiều và chất lượng đảm bảo. Tuy nhiên, do không có tính đa dạng di truyền cao, nên một tác nhân bất lợi cũng có thể tác động tiêu cực đến tất cả các cây giống. Bởi vậy, việc trồng các giống cây nuôi cấy mô trên một diện tích rộng có thể đem lại lợi ích kinh tế rất lớn nhưng cũng đem lại rủi ro cao.