Bài 21: Công nghệ tế bào

I. Công nghệ tế bào là gì?

1. Khái niệm công nghệ tế bào

- Công nghệ tế bào là quy trình kĩ thuật ứng dụng phương pháp nuôi cấy mô tế bào hoặc nuôi cấy mô trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo ra cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh. Quá trình này dựa trên tính toàn năng, nguyên lí phân chia và biệt hoá của tế bào để tạo ra các sản phẩm là các dòng tế bào, mô, cơ quan, cơ thể với số lượng lớn.

2. Nguyên lí của công nghệ tế bào

- Nguyên lí: tính toàn năng của tế bào, khả năng biệt hoá và phản biệt hoá của tế bào.

→ Nuôi cấy tế bào in vitro trên môi trường nhân tạo hình thành dòng tế bào, mô, cơ quan và cơ thể hoàn chỉnh.

• Tính toàn năng của tế bào là khả năng một tế bào phân chia, phát triển thành mô, cơ quan, cơ thể hoàn chỉnh trong môi trường thích hợp.
• Biệt hoá là quá trình một tế bào biến đổi thành một loại tế bào mới, có tính chuyên hoá về cấu trúc và chức năng; từ đó phân hoá thành các mô, cơ quan đặc thù trong cơ thể.
• Phản biệt hoá là quá trình kích hoạt tế bào đã biệt hoá thành tế bào mới giảm hoặc không còn tính chuyên hoá về cấu trúc và chức năng.

Cơ sở khoa học của công nghệ tế bào là tính toàn năng của tế bào. Mỗi tế bào chứa hệ gene của tế bào quy định tất cả các đặc tính và tính trạng của cơ thể sinh vật. Các tế bào toàn năng có khả năng biệt hoá và phản biệt hoá. Tuỳ thuộc điều kiện môi trường nuôi cấy mà tế bào có thể tạo ra các sản phẩm công nghệ khác nhau.

II. Công nghệ tế bào thực vật

1. Công nghệ tế bào thực vật

- 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.

2. Một số thành tựu của công nghệ tế bào thực vật

a. Nuôi cấy mô tế bào

- Phương pháp nuôi cấy mô đem lại nhiều thành tựu trong nông nghiệp, lâm nghiệp như nhân nhanh với số lượng lớn cây ở những loài quý hiếm có thời gian sinh trưởng chậm, cây kháng bệnh virus và nhiều bệnh khác.

b. Lai tế bào sinh dưỡng

- Lai tế bào sinh dưỡng là kĩ thuật lai hai tế bào sinh dưỡng thuộc hai loài thực vật khác nhau sau khi được loại bỏ thành cellulose để tạo thành tế bào lai, sau đó đưa tế bào lai vào nuôi cấy trong môi trường đặc biệt để chúng phân chia và tạo thành cây lai khác loài.

- Kĩ thuật này giúp tạo ra giống mới mang đặc điểm của hai loài mà bằng phương pháp tạo giống thông thường không tạo ra được.

c. Nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn chưa thụ tinh

- Hạt phấn và noãn chưa thụ tinh được nuôi cấy trong ống nghiệm rồi cho phát triển thành cây đơn bội hoặc lưỡng bội hoá các mô đơn bội và nuôi cấy để tạo thành cây lưỡng bội hoàn chỉnh.

- Kĩ thuật này có thể tạo ra các cây có kiểu gene đồng hợp tử về tất cả các gene, đem lại nhiều lợi ích trong công tác tạo giống cây trồng.

Ở nước ta, quy trình nhân giống vô tính trong ống nghiệm đối với một số giống cây trồng đã được hoàn thiện, giúp bảo tồn được một số nguồn gene quý hiếm có nguy cơ tuyệt chủng.

III. Công nghệ tế bào động vật

1. 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.

- Tế bào gốc là những tế bào có thể phân chia và biệt hoá thành nhiều loại tế bào khác nhau. Tế bào gốc có thể được chia thành nhiều loại dựa theo nguồn gốc.

• Tế bào có nguồn gốc từ phôi sớm của động vật (tế bào gốc phôi hay tế bào vạn năng): có thể phân chia và biệt hoá thành mọi loại tế bào của cơ thể trưởng thành.
• Tế bào có nguồn gốc từ các mô của cơ thể trưởng thành (tế bào gốc trưởng thành hay tế bào gốc đa tiềm năng): chỉ có thể phân chia và biệt hoá thành một số loại tế bào nhất định của cơ thể.

2. Một số thành tựu của công nghệ tế bào động vật

a. Nhân bản vô tính vật nuôi

- Nhân bản vô tính là công nghệ tạo ra các con vật giống hệt nhau về kiểu gene không thông qua quá trình sinh sản hữu tính.

- Vai trò:

• Tạo ra nhiều cá thể có cùng kiểu gene ưu việt.
• Tăng số lượng cá thể của những loài có nguy cơ tuyệt chủng.

b. Liệu pháp tế bào gốc

- 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.

c. Liệu pháp gene

- Liệu pháp gene là phương pháp chữa bệnh di truyền nhờ thay thế gene bệnh bằng gene lành.

- Một số yêu cầu cơ bản:

• Nhân nuôi tế bào trong ống nghiệm, chỉnh sửa gene hoặc thay thế gene bệnh của tế bào bằng gene lành.
• Sàng lọc các tế bào đã được chỉnh gene và nhân bản trong ống nghiệm.
• Truyền các tế bào chỉnh sửa gene vào cơ thể bệnh nhân.

Công nghệ tế bào động vật được thực hiện dựa trên tính toàn năng và khả năng biệt hoá của tế bào gốc. Tuỳ theo sự thay đổi về điều kiện và thành phần môi trường nuôi cấy tế bào gốc, nhất là thành phần hormone sinh trưởng và nhờ quá trình phân bào đã tạo ra các mô, cơ quan hay cơ thể mới.