Khoa học tự nhiên lớp 9 · KNTT · Chương 14
Lý thuyết KHTN 9 Bài 48: Ứng dụng công nghệ di truyền vào đời sống
Tóm tắt lý thuyết Khoa học tự nhiên 9 Bài 48: Ứng dụng công nghệ di truyền vào đời sống theo chương trình SGK Kết nối tri thức với cuộc sống. Hệ thống hoá kiến thức trọng tâm, sơ đồ thí nghiệm minh hoạ, bảng so sánh và câu hỏi trắc nghiệm tự luận có lời giải chi tiết.
I. Lý thuyết trọng tâm bài học
- Công nghệ di truyền là các kĩ thuật hiện đại được thực hiện trên nucleic acid để nghiên cứu, điều chỉnh, biến đổi gene nhằm tách, tổng hợp và chuyển gene mục tiêu vào các vật chủ mới, từ đó tạo ra cơ thể sinh vật mang đặc tính mới.
Công nghệ di truyền
- Công nghệ di truyền được phát triển dựa trên kiến thức về gene (DNA) và được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống (nông nghiệp, y tế, môi trường,…).
I - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DI TRUYỀN TRONG NÔNG NGHIỆP
1. Tạo giống cây trồng biến đổi gene
- Mục đích: Các giống cây trồng biến đổi gene (cây GMO) được tạo ra nhằm thu được các giống cây trồng có các tính trạng mới do gene chuyển quy định, phù hợp với mục đích sản xuất. Một số tính trạng mong muốn được quan tâm như: năng suất cao, chống chịu sâu bệnh hoặc có khả năng sinh trưởng và phát triển trong điều kiện môi trường khắc nghiệt (chịu hạn, chịu mặn, kháng thuốc diệt cỏ),…
- Quy trình: Cài gene đích quy định một tính trạng mong muốn vào một plasmid để tạo thể truyền tái tổ hợp → Chuyển thể truyền tái tổ hợp vào tế bào thực vật → Chọn lọc và nuôi cấy tế bào thực vật đã được chuyển thể truyền tái tổ hợp trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo thành cây biến đổi gene mang tính trạng mong muốn.
Công nghệ tạo giống cây trồng biến đổi gene
- Thành tựu: Giống ngô Bt được chuyển gene kháng sâu có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis, giống “lúa vàng” được chuyển gene tổng hợp β-carotene, giống đu đủ mang gene kháng virus gây bệnh,…
2. Tạo vật nuôi chuyển gene
- Mục đích: Vật nuôi chuyển gene được tạo ra nhằm thu được các giống có đặc tính mới do gene chuyển quy định, phù hợp với mục đích sản xuất.
- Quy trình: Cài gene đích quy định một tính trạng mong muốn vào một plasmid để tạo thể truyền tái tổ hợp → Chuyển thể truyền tái tổ hợp vào dòng tế bào phôi (trứng đã thụ tinh ở động vật) để tạo phôi chuyển gene → Chọn lọc và cấy phôi được chuyển gene vào tử cung của con cái cho mang thai hộ để sinh sản ra động vật chuyển gene.
Công nghệ tạo động vật chuyển gene
- Thành tựu: 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; dê được chuyển gene tạo ra tơ nhện để sản xuất sữa dê chứa protein tơ nhện dùng cho nhiều mục đích như tạo dây chằng, giác mạc mắt và sụn, gân nhân tạo, áo giáp quân sự; cá được chuyển gene phát sáng dùng làm cá cảnh;…
II - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DI TRUYỀN TRONG Y TẾ VÀ PHÁP Y
1. Ứng dụng công nghệ di truyền trong y tế
- Tạo ra các dòng tế bào (vi khuẩn, nấm, động vật và thực vật) hoặc cơ thể (vật nuôi, cây trồng) mang các gene đích nhằm sản xuất thuốc sinh học, ví dụ: erythropoietin điều trị bệnh thiếu máu, insulin điều trị bệnh đái tháo đường hay vaccine RNA phòng bệnh Covid-19,…
- Sử dụng liệu pháp gene chữa trị bệnh di truyền do gene sai hỏng gây ra, bằng cách chuyển gene lành vào cơ thể người bệnh nhờ vector virus.
Ứng dụng công nghệ di truyền trong liệu pháp gene ở người bị bệnh u xơ nang
2. Ứng dụng công nghệ di truyền trong pháp y
- Đối chiếu dấu vết DNA thu thập được để định danh cá nhân nhằm xác định huyết thống, xác định danh tính hài cốt liệt sĩ trong chiến tranh từ lâu, xác định tử thi trong các vụ án hoặc thảm hoạ (cháy, thiên tai) mà các dữ liệu khác (hình thái, di vật) không đủ để định danh, xác định thủ phạm gây án,…
Giám định DNA để định danh cá nhân
IV - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DI TRUYỀN TRONG LÀM SẠCH MÔI TRƯỜNG VÀ AN TOÀN SINH HỌC
1. Ứng dụng công nghệ di truyền trong làm sạch môi trường
- Mục đích: Ứng dụng công nghệ di truyền để tạo ra các chủng vi sinh vật biến đổi gene có khả năng phân hủy chất thải nhằm làm sạch môi trường.
- Đặc điểm của các chủng vi sinh vật biến đổi gene được sử dụng trong làm sạch môi trường: 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;…
- Thành tựu: vi khuẩn phân hủy rác thải hữu cơ, vi khuẩn phân hủy dầu mỏ, vi khuẩn chuyển hóa kim loại nặng, vi khuẩn phân hủy thuốc trừ sâu,…
Mô phỏng vi sinh vật có khả năng phân hủy rác thải nhựa
2. Ứng dụng công nghệ di truyền trong an toàn sinh học
- An toàn sinh học là hoạt động ngăn chặn việc sử dụng sai mục đích, làm mất mát, trộm cắp hoặc cố ý phóng thích các mầm bệnh, chất độc hại hay bất kì vật liệu sinh học nào khác.
- Mục đích của an toàn sinh học là bảo vệ sức khỏe con người và môi trường tránh bị tiếp xúc với các tác nhân sinh học.
- Trong an toàn sinh học, công nghệ di truyền được ứng dụng nhằm xác định và tạo ra các sản phẩm giúp kiểm soát các tác nhân gây nguy cơ mất an toàn sinh học: giải nhanh trình tự gene của tác nhân gây bệnh, chẩn đoán nhanh tác nhân gây bệnh, sản xuất vaccine phòng bệnh,…
Ứng dụng công nghệ di truyền trong an toàn sinh học
IV - ĐẠO ĐỨC SINH HỌC TRONG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DI TRUYỀN
- Đạo đức sinh học là những quy tắc ứng xử trong nghiên cứu và ứng dụng thành tựu của sinh học vào thực tiễn phù hợp với đạo đức xã hội.
Đạo đức sinh học trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ di truyền
- Đạo đức sinh học giúp mọi người kiểm soát hành vi khi ứng dụng công nghệ di truyền: Đạo đức sinh học đề cập việc đánh giá được các lợi ích, rủi ro của công nghệ để mỗi người kiểm soát hành vi khi ứng dụng công nghệ một cách chính đáng và tuân thủ các quy định, phù hợp với đạo đức xã hội.
Lợi ích và rủi ro của ứng dụng công nghệ di truyền
- Một số nguyên tắc đạo đức sinh học trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ di truyền: không tạo ra sinh vật biến đổi gene gây nguy hiểm cho con người và môi trường; có biện pháp đề phòng rủi ro có thể phát sinh trong quá trình nghiên cứu; các nghiên cứu trên động vật cần giảm thiểu sự đau đớn đến mức tối thiểu; không biến đổi gene trên người;…
Bảng tổng hợp & so sánh kiến thức trọng tâm
| Lĩnh vực ứng dụng công nghệ gene | Thành tựu công nghệ di truyền tiêu biểu | Cơ chế biến đổi di truyền | Lợi ích kinh tế & Xã hội |
|---|---|---|---|
| Y học & Dược phẩm | Sản xuất insulin người, hormone tăng trưởng GH, vaccine tái tổ hợp | Chuyển gene người vào vi khuẩn để nuôi cấy nhân sinh khối lớn | Sản xuất thuốc số lượng lớn, giá thành rẻ, giảm nguy cơ dị ứng nguồn động vật |
| Nông nghiệp trồng trọt | Giống ngô và bông mang gene kháng sâu đục thân, đậu tương kháng thuốc trừ cỏ | Chuyển gene tổng hợp độc tố diệt sâu từ vi khuẩn vào cây | Tăng năng suất cây trồng, giảm tối đa việc phun thuốc trừ sâu hóa học độc hại |
| Nâng cao giá trị dinh dưỡng | Lúa 'Gạo vàng' (Golden Rice) giàu hàm lượng beta-carotene | Chuyển gene sinh tổng hợp tiền vitamin A từ hoa thủy tiên vào bộ gene cây lúa | Chống bệnh khô mắt, mù lòa và suy giảm miễn dịch do thiếu vitamin A ở trẻ em |
| Liệu pháp gene (Gene therapy) | Sửa chữa hoặc thay thế gene đột biến gây bệnh bằng gene lành | Dùng virus lành tính làm vector đưa gene lành vào tế bào bệnh nhân | Triển vọng chữa khỏi hoàn toàn các bệnh di truyền nan y (tan máu bẩm sinh, ung thư) |
Ghi nhớ trọng tâm "Em đã học"
📌 Các điểm then chốt cần ghi nhớ:
- Kiến thức then chốt 1: Công nghệ di truyền (công nghệ DNA tái tổ hợp) là quy trình công nghệ sinh học dùng để chuyển một đoạn gene mong muốn từ tế bào của loài cho sang tế bào của loài nhận thông qua một phân tử mang (vector chuyển gene).
- Kiến thức then chốt 2: Ba bước cơ bản trong kĩ thuật chuyển gene: 1. Tách DNA của tế bào cho và thể truyền (plasmid vi khuẩn hoặc virus); 2. Dùng enzyme cắt giới hạn restriction endonuclease cắt và enzyme ligase nối để tạo phân tử DNA tái tổ hợp; 3. Chuyển DNA tái tổ hợp vào tế bào nhận (thường là vi khuẩn ) và nuôi cấy để gene biểu hiện sản phẩm.
- Kiến thức then chốt 3: Ứng dụng trong y học: Sản xuất thuốc và dược phẩm sinh học quy mô công nghiệp: Chuyển gene mã hóa insulin chữa bệnh tiểu đường, hormone sinh trưởng người GH, kháng thể và vaccine tái tổ hợp an toàn.
- Kiến thức then chốt 4: Ứng dụng trong nông nghiệp (cây trồng và vật nuôi biến đổi gene - GMO): Tạo giống bông và ngô mang gene Bt kháng sâu đục thân, gạo vàng chứa gene tổng hợp beta-carotene (tiền vitamin A), đậu tương kháng thuốc trừ cỏ glyphosate.
- Kiến thức then chốt 5: Liệu pháp gene (Gene therapy): Kĩ thuật y học tiên tiến thay thế hoặc sửa chữa các gene bị đột biến hỏng bằng gene lành, mở ra hy vọng chữa dứt điểm các bệnh di truyền hiểm nghèo và ung thư.
🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)
- Công nghệ di truyền (công nghệ DNA tái tổ hợp) là quy trình công nghệ sinh học dùng để chuyển một đoạn gene mong muốn từ tế bào của loài cho sang tế bào của loài nhận thông qua một phân tử mang (vector chuyển gene).
- Ba bước cơ bản trong kĩ thuật chuyển gene: 1. Tách DNA của tế bào cho và thể truyền (plasmid vi khuẩn hoặc virus); 2. Dùng enzyme cắt giới hạn restriction endonuclease cắt và enzyme ligase nối để tạo phân tử DNA tái tổ hợp; 3. Chuyển DNA tái tổ hợp vào tế bào nhận (thường là vi khuẩn ) và nuôi cấy để gene biểu hiện sản phẩm.
- Ứng dụng trong y học: Sản xuất thuốc và dược phẩm sinh học quy mô công nghiệp: Chuyển gene mã hóa insulin chữa bệnh tiểu đường, hormone sinh trưởng người GH, kháng thể và vaccine tái tổ hợp an toàn.
- Ứng dụng trong nông nghiệp (cây trồng và vật nuôi biến đổi gene - GMO): Tạo giống bông và ngô mang gene Bt kháng sâu đục thân, gạo vàng chứa gene tổng hợp beta-carotene (tiền vitamin A), đậu tương kháng thuốc trừ cỏ glyphosate.
- Liệu pháp gene (Gene therapy): Kĩ thuật y học tiên tiến thay thế hoặc sửa chữa các gene bị đột biến hỏng bằng gene lành, mở ra hy vọng chữa dứt điểm các bệnh di truyền hiểm nghèo và ung thư.