Bài 45. Ứng dụng công nghệ di truyền vào đời sống
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 45. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DI TRUYỀN VÀO ĐỜI SỐNG
Mở đầu
Câu hỏi
Drew Weissman và Katalin Kariko là hai nhà khoa học đạt giải Nobel năm 2003 với nghiên cứu ứng dụng công nghệ di truyền để sản xuất vaccine mRNA phòng chống COVID-19. Trong tương lai, công nghệ di truyền sẽ ngày càng đóng vai trò quan trọng hơn vào đời sống và xã hội. Tuy nhiên, liệu tất cả ứng dụng của công nghệ di truyền đều mang lại lợi ích cho con người và được nhân loại đón nhận không?
Không phải tất cả ứng dụng của công nghệ di truyền đều mang lại lợi ích cho con người. Bên cạnh những lợi ích đem lại thì những ứng dụng của công nghệ di truyền cũng tiềm ẩn những rủi ro nhất định. Do đó, để được nhân loại đón nhận, khi nghiên cứu và ứng dụng công nghệ di truyền cần cân nhắc kĩ giữa lợi ích và rủi ro.
1.Ứng dụng công nghệ di truyền
1.1.Lý thuyết
Công nghệ di truyền đã mở ra nhiều ứng dụng quan trọng trong y học, nông nghiệp, và các lĩnh vực khác, giúp cải thiện chất lượng cuộc sống, năng suất nông nghiệp và hiểu biết về sinh học.
1.2.Y học
Chẩn Đoán Và Điều Trị Bệnh - Chẩn Đoán Di Truyền: Xét Nghiệm Di Truyền: Sử dụng để phát hiện các đột biến gen gây ra bệnh di truyền, chẳng hạn như bệnh cystic fibrosis, bệnh Huntington, hoặc mù màu. Các xét nghiệm này có thể được thực hiện trước sinh, trong thai kỳ, hoặc trong cuộc sống hàng ngày. Chẩn Đoán Sớm: Xét nghiệm di truyền giúp phát hiện sớm các bệnh lý tiềm ẩn, từ đó có thể quản lý và điều trị kịp thời. - Điều Trị Bệnh: Gene Therapy (Liệu Pháp Gen): Sử dụng công nghệ để thay thế hoặc sửa chữa gen lỗi trong tế bào để điều trị bệnh. Ví dụ, liệu pháp gen đã được sử dụng để điều trị một số bệnh như bệnh thiếu hụt enzyme hoặc bệnh rối loạn miễn dịch.
1.3.Nông nghiệp
Nông Nghiệp - Cải Thiện Giống Cây Trồng Biến Dị Gen : Sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen để tạo ra các giống cây trồng có khả năng chống chịu sâu bệnh, chịu hạn, hoặc có giá trị dinh dưỡng cao hơn. Ví dụ, cây trồng biến đổi gen (GMO) như ngô Bt có khả năng chống sâu bệnh. - Sàng Lọc Gen: Sử dụng các công nghệ như CRISPR để phát triển các giống cây trồng mới với các đặc tính mong muốn như khả năng chống sâu bệnh hoặc tăng năng suất. - Cải Thiện Giống Động Vật Chọn Giống Động Vật: Sử dụng các công nghệ di truyền để chọn lọc các giống động vật có đặc điểm ưu việt như tăng trưởng nhanh, sức khỏe tốt, và khả năng sinh sản cao.
1.4.Khoa học
Nghiên Cứu Cơ Bản - Khám Phá Chức Năng Gen: Nghiên cứu các gen và cách chúng ảnh hưởng đến các quá trình sinh học, từ đó hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của cơ thể và các bệnh lý. - Tạo Mô Hình Sinh Học: Sử dụng công nghệ di truyền để tạo ra các mô hình sinh học cho các nghiên cứu, như mô hình động vật gen knock-out hoặc các tế bào gốc.
1.5.Hình thành kiến thức mới 1
Quan sát Hình 45.1 và đọc thông tin ở Bảng 45.1, hãy cho biết giống cây trồng biến đổi gene có những đặc tính vượt trội nào so với giống ban đầu.
Ảnh
Giống cây trồng biến đổi gene có những đặc tính vượt trội so với giống ban đầu như có năng suất cao hơn, khả năng chống chịu tốt hơn, khả năng sinh trưởng và phát triển tốt trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, có khả năng kháng sâu bệnh,…
1.6.Luyện tập
Hãy tìm hiểu thực tế và cho biết ở địa phương em có sử dụng giống cây trồng biến đổi gene không? Nếu có, hãy liệt kê một số loại cây trồng đó.
- Ở địa phương của em có sử dụng giống cây trồng biến đổi gene. - Một số giống cây trồng biến đổi gene như: giống ngô được chuyển gene kháng sâu; giống “lúa vàng” được chuyển gene tổng hợp b-carotene; giống đu đủ mang gene kháng virus gây bệnh đốm vòng; giống lúa được chuyển gene tổng hợp lactoferrin có trong sữa người; các giống đậu tương, ngô, bông kháng thuốc diệt cỏ;…
1.7.Hình thành kiến thức mới 2
Đọc thông tin và cho biết những thành tựu công nghệ di truyền nào đã được ứng dụng tại địa phương nơi em sống.
Một số thành tựu công nghệ di truyền đã và đang được ứng dụng: - Tạo cây trồng biến đổi gene: giống ngô được chuyển gene kháng sâu, giống “lúa vàng” được chuyển gene tổng hợp b-carotene, giống đu đủ mang gene kháng virus gây bệnh, giống lúa được chuyển gene tổng hợp lactoferrin có trong sữa người,… - Tạo vật nuôi chuyển gene: Cá chép được chuyển gene tổng hợp hormone sinh trưởng ở người giúp cá chép sinh trưởng nhanh và có khả năng kháng virus gây bệnh IHNV; bò được chuyển gene tổng hợp protein giúp bò tăng chất lượng sữa, áo giáp quân sự;…
1.8.Luyện tập
Tại sao việc sản xuất insulin từ vi khuẩn E.coli có nhiều ưu điểm hơn việc chiết insulin từ tuyến tụy của động vật?
Việc sản xuất insulin từ vi khuẩn E.coli có nhiều ưu điểm hơn việc chiết insulin từ tuyến tụy của động vật vì việc sản xuất insulin từ vi khuẩn E.coli được tiến hành bằng cách chuyển gene mã hóa insulin của người vào vi khuẩn E.coli. Phương pháp này đem lại nhiều ưu điểm vượt trội: - Sản xuất được lượng insulin lớn trong thời gian ngắn, từ đó giúp hạ giá thành sản phẩm: Vi khuẩn E.coli có ưu điểm là sinh sản rất nhanh giúp tăng số bản sao của gene mã hóa insulin một cách nhanh chóng và dễ dàng, từ đó giúp thu được số lượng lớn hormone insulin. Trong khi, nếu dùng động vật để chiết insulin thì cần một lượng tụy rất lớn mới có thể sản xuất được một lượng nhỏ insulin.
1.9.Vận dụng
Trong đợt dịch bệnh COVID-19 bùng nổ, Bộ Y tế đã cấp phép cho 8 loại vaccine được sử dụng trong điều kiện khẩn cấp gồm: (1) AstraZeneca; (2) Sputnik V; (3) Vero cell; (4) Pfizer; (5) Moderna; (6) Janssen; (7) Hayat-vax; (8) Abdala. Hãy tìm hiểu thông tin và cho biết loại vaccine nào trong số tám loại ở trên được sản xuất nhờ ứng dụng công nghệ mRNA.
Trong số 8 loại vaccine trên, có 2 loại vaccine được sản xuất nhờ ứng dụng công nghệ mRNA là (4) Pfizer và (5) Moderna.
1.10.Hình thành kiến thức mới 3
Theo em, vi sinh vật biến đổi gene dùng để phân hủy rác thải hữu cơ cần có những đặc tính nào?
Vi sinh vật biến đổi gene dùng để phân hủy rác thải hữu cơ cần có những đặc tính như có khả năng phân hủy chất thải hiệu quả nhanh; có sức sống, chống chịu tốt; có khả năng chuyển hóa hóa học để trung hòa độc tố, cải tạo môi trường đất;…
1.11.Luyện tập
Hãy tìm hiểu thực tế và cho biết địa phương em có sử dụng chế phẩm vi sinh vật để làm sạch môi trường không? Nếu có, hãy xác định đó có phải là vi sinh vật biến đổi gene không?
- Một số chế phẩm vi sinh vật thường được dùng để làm sạch môi trường: Microbelift IND, icrobelift SA, Microbelift N1, men vi sinh Hiếu khí Jumbo A, men vi sinh kị khí Jumbo G, BIOTECH-H01, Bionetix BCP10, Microbelift OC, Microbelift DGT, men vi sinh khử mùi, Biomix1,… - Trong các chế phẩm trên có chế phẩm Microbelift là chế phẩm chứa chủng vi sinh Pseudomonas sp. biến đổi gene có khả năng tổng hợp được tập hợp khả năng phân hủy các hợp chất hydrocacbon từ một vài chủng Pseudomonas, đặc biệt là khả năng phân hủy dầu mỏ.
1.1.2.Hình thành kiến thức mới 4
Em hãy nêu ví dụ về ứng dụng công nghệ di truyền trong an toàn sinh học mà em biết.
Một số ứng dụng công nghệ di truyền trong an toàn sinh học như: - Sử dụng kĩ thuật giải trình tự gene thế hệ mới giúp công bố nhanh trình tự gene của các virus gây bệnh nguy hiểm như SARS, COVID-19,... từ đó sản xuất nhanh vaccine để phòng bệnh. - Sử dụng kĩ thuật tổng hợp đoạn mồi ứng dụng để phát hiện nhanh vi sinh vật - Ứng dụng công nghệ kháng thể đơn dòng trong chuẩn đoán nhanh người mắc bệnh COVID-19.
2.Đạo đức sinh học trong nghiên cứu và ứng dụng trong công nghệ di truyền
2.1.Đạo đức sinh học
Vấn Đề Đạo Đức - Quyền Riêng Tư Di Truyền: Bảo vệ thông tin di truyền cá nhân và quyền riêng tư của người tham gia xét nghiệm và nghiên cứu. - Sử Dụng Công Nghệ: Quản lý cách sử dụng công nghệ di truyền để tránh các ứng dụng không mong muốn hoặc có thể gây hại.
2.2.Thách thức
An Toàn và Hiệu Quả Đảm Bảo An Toàn: Đảm bảo rằng các công nghệ di truyền được phát triển và ứng dụng một cách an toàn và hiệu quả để không gây ra các tác dụng phụ không mong muốn. Nghiên Cứu Liên Tục: Tiếp tục nghiên cứu và đánh giá các công nghệ mới để đảm bảo sự tiến bộ không làm tổn hại đến con người và môi trường.
2.3.Ứng dụng
Công nghệ di truyền đang tạo ra những cơ hội mới và giải pháp cho nhiều thách thức trong các lĩnh vực khác nhau. Việc áp dụng công nghệ này cần được thực hiện với sự cân nhắc kỹ lưỡng về đạo đức và an toàn, để đảm bảo các lợi ích tối đa cho con người và môi trường
2.4.Hình thành kiến thức mới 5
Đạo đức sinh học là gì? Tại sao chúng ta cần đặc biệt quan tâm đến vấn đề đạo đức sinh học trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ di truyền?
- Đạo đức sinh học là những quy tắc ứng xử phù hợp với đạo đức xã hội trong nghiên cứu và ứng dụng những thành tựu của sinh học vào thực tiễn, bao hàm sự đánh giá về lợi ích và rủi ro bởi các can thiệp của con người vào sự sống. - Chúng ta cần đặc biệt quan tâm đến vấn để đạo đức sinh học trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ di truyền vì: Bên cạnh những lợi ích đem lại, công nghệ di truyền cũng đã can thiệp vào hệ gene của sinh vật, làm thay đổi sự phát triển tự nhiên của sinh vật và phát sinh các vấn đề liên quan đến đạo đức sinh học.
2.5.Luyện tập
Tại sao nhân bản vô tính ở người bị các quốc gia trên thế giới xem là vi phạm đạo đức sinh học?
Nhân bản vô tính ở người được coi là vi phạm đạo đức sinh học vì nó đặt ra những câu hỏi đầy thách thức về đạo đức, quyền lợi và tầm quan trọng của con người trong xã hội. Việc tạo ra một cá thể con người mà không có sự tham gia của hai phụ huynh tự nhiên đều đặn có thể dẫn đến việc coi thường giá trị cá nhân và quan hệ gia đình. Ngoài ra, việc thực hiện nhân bản vô tính có thể dẫn đến việc lạm dụng công nghệ trong y tế và thúc đẩy sự phân biệt đối xử giữa những người được tạo ra theo cách này và những người được sinh ra tự nhiên. Điều này gây ra những lo ngại đáng kể về công bằng và sự đa dạng trong xã hội.
2.6.Vận dụng
- Năm 1968, Robert Edwards đã cho thụ tinh thành công trứng người trong phòng thí nghiệm. Sau đó, vào năm 1978, với sự hỗ trợ của bác sĩ sản khoa Patrick Steptoe, ông và cộng sự đã tạo ra đứa trẻ bằng thụ tinh trong ống nghiệm đầu tiên ở Anh. Với thành công này, ông đã được trao giải Nobel vào năm 2010. - Năm 2018, một nhà khoa học đã công bố kết quả về việc sử dụng kĩ thuật CRISPR-Cas9 chỉnh sửa gene của phôi thai để tạo ra hai đứa bé gái sinh đôi có khả năng đề kháng với HIV. Với công bố này, tháng 12 năm 2019, ông đã bị toà án kết án ba năm tù vì tội vi phạm vấn đề đạo đức trong nghiên cứu. Theo em, tại sao cả hai nghiên cứu đều được thực hiện trên người nhưng nghiên cứu của Robert Edwards không vi phạm đạo đức sinh học?
Ảnh
Ảnh
- Nghiên cứu của Robert Edwards vào năm 1968 và 1978 về thụ tinh trong ống nghiệm không bị xem là vi phạm đạo đức sinh học vì Edwards và đồng nghiệp đã tiến hành nghiên cứu này với mục tiêu chính là giúp các cặp vợ chồng vô sinh có thể có con, điều này được xem là một ứng dụng y học có ích và mang lại lợi ích cho xã hội.
- Trong khi đó, nghiên cứu sử dụng CRISPR-Cas9 để chỉnh sửa gene của phôi thai với mục đích tạo ra bé gái sinh đôi có khả năng đề kháng với HIV là vi phạm đạo đức sinh học vì nghiên cứu này làm dấy lên lo ngại về sự rủi ro phát sinh trong quá trình thực hiện, có thể gây ra những đột biến không mong muốn, ảnh hưởng đến quyền lợi con người.
3.Dặn dò
Dặn dò
Ảnh
Dặn dò:
Các em nhớ đọc bài mới nhé!
Cảm ơn
Ảnh