Giáo trình Công nghệ Sinh học Động vật

1 
MỞ ĐẦU 
I. KHÁI NIỆM 
Công nghệ Sinh học (CNSH) (Biotechnology) đòi hỏi sự tập hợp của trí tuệ, kỹ thuật dựa 
trên nền tảng cơ bản của khoa học sự sống. Đó là kết quả của việc ứng dụng những nguyên lý khoa 
học và công nghệ để chế tạo, sản xuất nguyên vật liệu bằng những tác nhân sinh học, nhằm tạo ra 
hàng hóa và dịch vụ phục vụ con người. 
Công nghệ Sinh học trên người và động vật (CNSH N&ĐV) là những kỹ thuật CNSH tiến 
hành hoặc ứng dụng trên đối tượng người và động vật. Ở nước ta, CNSH trên người chưa thực sự 
phát triển thành một lĩnh vực độc lập, nên thường được gọi chung là Công nghệ Sinh học Động 
vật (CNSH ĐV). 
CNSH ĐV có lịch sử tiềm tàng lâu dài, các kiến thức và sự ứng dụng sơ khai đã diễn ra 
cách đây 8.000 năm ở khu vực Tây Bắc Á, khi con người lần đầu tiên biết săn bắt các loài động vật 
hoang dại về nuôi để lấy thịt, lông, sữavà sau đó thuần hóa chúng làm phương tiện vận chuyển. 
Cách đây nhiều thập niên, con người đã có nhiều cải tiến mạnh mẽ trong chăn nuôi động 
vật, biết chọn lọc những cá thể khỏe mạnh, tiêm chủng để phòng ngừa bệnh, thực hiện nhiều kỹ 
thuật khác để tăng cường khả năng sinh sản của chúng. Tuy nhiên, CNSH ĐV hiện đại (dựa trên 
thành tựu tế bào học và di truyền học) chỉ thật sự bắt đầu vào những năm 60 của thế kỉ XX và bùng 
nổ trong hai thập kỷ gần đây. 
II. NỀN TẢNG KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT 
II.1. GENOMICS VÀ BỘ GEN NGƯỜI 
II.1.1. Genomics 
Genomics là lĩnh vực nghiên cứu về thành phần, tổ chức, chức năng và tiến hóa của thông 
tin di truyền chứa trong bộ gen. 
Ba lĩnh vực chính của genomics: hệ gen cấu trúc (structure genomics), hệ gen chức năng 
(functional genomics), hệ gen so sánh (comparative genomics). Genomics được xem là tâm điểm 
của sinh học, bởi mọi kết quả từ nghiên cứu genomics đã, và đang đóng góp tích cực vào các lĩnh 
vực ứng dụng như chăm sóc sức khỏe con người, nông nghiệp, lâm nghiệp và nhiều lĩnh vực khác. 
Sự phát triển nhanh chóng của genomics có sự trợ giúp của các ngành khoa học kỹ thuật khác, 
chẳng hạn các thiết bị giải trình tự Ngoài ra, sự “đua nhau” giải mã bộ gen các sinh vật từ những 
năm 1990 với nhiều quy mô, nhiều mức độ khiến công việc này trở nên sôi động. Đến nay, có trên 
dưới 100 loài được giải mã bộ gen. 
II.1.2. Bộ gen người 
Ý tưởng giải trình tự cả bộ gen người được đưa ra từ các cuộc họp được tổ chức vào những 
năm 1984-1986 bởi Cơ quan Năng lượng Mỹ (U.S. Department of Energy). 
Chương trình được khai trương khi Cơ quan Năng lượng và Viện sức khỏe Mỹ kết hợp. Vào 
cùng thời điểm này, việc giải trình bộ gen người cũng được bắt đầu ở Pháp, Anh và Nhật bản. Với 
xu hướng này, việc thành lập Tổ chức Bộ gen Người (Human Genome Organisation_HUGO) vào 
mùa xuân năm 1988, đã kéo theo một số quốc gia khác cùng tham gia chương trình và có đóng góp 
vào kế hoạch này, đặc biệt là Đức và Trung Quốc. 
2 
Tháng 6-1988, cuộc họp quan trọng về việc giải trình tự và lập bản đồ bộ gen (Genome 
Mapping và Sequencing Meeting) đầu tiên được tổ chức tại Cold Spring Harbor đã chứng kiến nỗ 
lực của kế hoạch giải trình tự bộ gen người của Celera Genomics (nhóm thứ hai giải trình tự bộ gen 
người do Craig Venter chủ trì). Cuộc họp được xem như là một điểm nhấn ban đầu cho HGP. Nhờ 
sự phát triển, hợp tác quốc tế, nhờ tiến bộ của genomics, cũng như kỹ thuật máy tính, bản phác 
thảo hành động (working draft) bộ gen người đã được hoàn thành vào 26/6/2000. 
Tháng 2/2001, các phân tích của bản phác thảo hành động được công bố. 
Dự án bộ gen người hoàn thành và tuyên bố kết thúc vào ngày 14/4/2003, sớm hơn 2 năm ở 
Hội nghị khoa học của NIH kỉ niệm 50 năm chuỗi xoắn kép DNA. Tháng 5-2006, trình tự của NST 
người cuối cùng được công bố trên tạp chí Nature. 
Mặc dù hầu hết các bài báo đều cho rằng bộ gen người đã hoàn thành, thật ra đến năm 
2006, nó vẫn còn chưa hoàn tất và sẽ mất nhiều năm nữa mới có thể hoàn thành trọn vẹn, bởi các 
vùng trung tâm của mỗi NST (như centromere) luôn bao gồm các trình tự DNA lặp lại cao, rất khó 
có thể giải trình tự chúng với kỹ thuật hiện nay. 
* Ứng dụng và triển vọng của việc nghiên cứu bộ gen người 
Các kỹ thuật và công nghệ mới, các tiền đề được tạo ra từ HGP, và những nghiên cứu 
genomics khác, đang có nhiều tác động mạnh lên khắp các ngành của khoa học sự sống. 
Một số ứng dụng hiện tại và tiềm năng của việc nghiên cứu bộ gen: 
- Thuốc phân tử (Molecular medicine). 
- Các nguồn năng lượng và các ứng dụng môi trường. 
- Đánh giá rủi ro. 
- Sinh khảo cổ, nhân loại học, tiến hóa và sự di cư người. 
- DNA pháp y (DNA forensic). 
- Nông nghiệp, sinh sản vật nuôi và chế biến sinh học. 
II.2. PROTEOMICS 
II.2.1. Khái niệm 
Proteomics là khoa học nghiên cứu proteome. Proteome là toàn bộ các protein được biểu 
hiện bởi cả genome. Vì một số gen mã hóa cho nhiều protein khác nhau, nên kích thước của 
proteome thường lớn hơn so với số lượng gen. Thỉnh thoảng khái niệm này còn sử dụng nhằm để 
mô tả toàn bộ protein được biểu hiện ở một tế bào, hay một mô đặc biệt nào đó. 
II.2.2. Các công cụ của proteomics 
Công cụ đầu tiên của proteomics là dữ liệu. Các dữ liệu protein, EST và trình tự bộ gen 
được thu thập tạo ra mục lục các protein được biểu hiện trong sinh vật. Chẳng hạn, dựa vào các 
phân tích tất cả trình tự mã hóa của Drosophila, người ta thấy có đến 110 gen Drosophila mã hóa 
cho các domain giống EGF, và 87 gen mã hóa cho các protein với các domain xúc tác tyrosine 
kinase. Theo đó, khi tiến hành proteomics ở loài này, cần có một bản liệt kê các protein đã biết, nếu 
nghiên cứu gặp phải các thông tin giới hạn, hay các dữ liệu từ phương pháp khối phổ không rõ 
ràng, người ta có thể xác định thành phần protein từ sự trùng khớp với dữ liệu đã có sẵn này. 
3 
Công cụ thứ hai là khối phổ (Mass spectrometry_MS). Các thiết bị MS có nhiều thay đổi 
trong thập niên qua, đặc biệt là độ nhạy. MS có thể thực hiện ba kiểu phân tích rất cần thiết cho 
proteomics. Thứ nhất là, MS cung cấp sự đo lường chính xác khối lượng phân tử của một protein 
nguyên vẹn như 100 kDa hay hơn. Do đó, phân tích MS có thể là cách tốt nhất để xác định khối 
lượng phân tử (hơn cả phương pháp điện di protein trên gel polyacrylamide). MS cũng cung cấp sự 
đo khối lượng chính xác các peptide từ quá trình protolytic. Dữ liệu từ các peptide này được tìm 
kiếm trực tiếp, nhằm xác định chính xác protein mục tiêu. Cuối cùng, phân tích MS cũng cung cấp 
các trình tự của peptide từ quá trình thủy giải. Các dữ liệu từ MS sẽ cung cấp chiến lược rõ ràng (và 
mạnh nhất) trong việc xác định protein. 
Công cụ thứ ba là các phần thu gom, kết hợp các dữ liệu MS với các trình tự protein đặc 
biệt có sẵn trong cơ sở dữ liệu. Các phần mềm này sẽ lấy các dữ liệu MS không được giải thích rõ 
ràng và kết hợp nó với những trình tự ở cơ sở dữ liệu protein, hay EST và trình tự bộ gen với các 
thuật toán đặc biệt. Khía cạnh mạnh nhất của những công cụ này, là chúng cho phép tự động hóa 
được một lượng lớn các dữ liệu MS, cho các kết hợp trình tự protein khác nhau. 
Công cụ cần thiết thứ tư là kỹ thuật phân tách protein. Sự phân tách các protein có hai mục 
đích trong proteomics. Thứ nhất, chúng làm đơn giản các hỗn hợp protein thành các protein đơn lẻ 
hay các nhóm nhỏ. Thứ hai, bởi chúng cho phép phát hiện các khác biệt trong các mức độ protein 
so sánh giữa hai mẫu, nên kỹ thuật phân tách, nhằm phân tích protein sẽ cho phép người tiến hành 
xác định được các protein đặc biệt. Thông thường, phương pháp điện di protein hai chiều (2D-SDS-
PAGE) được sử dụng trong proteomics. Một số kỹ thuật khác cũng được sử dụng là 1D-SDS-
PAGE, hay sắc ký lỏng hiệu năng cao (high-performance liquid chromatograph_HPLC), các kỹ 
thuật chạy điện di mao quản (Capillary electrophoresis_CE), sắc ký ái lực 
II.2.3. Các ứng dụng của proteomics 
Kỹ thuật proteomics thật sự có tác động lớn với bốn ứng dụng chính. 
Khai thác (Mining): xác định các protein có trong một mẫu từ cơ sở dữ liệu gen. 
Ghi nhận sự biểu hiện đặc biệt (Protein-expression profiling): xác định các protein trong 
một mẫu đặc biệt, cũng như chức năng của một trạng thái đặc biệt của tế bào hay cơ thể (trạng thái 
biệt hóa, trạng thái phát triển, trạng thái bệnh), hay chức năng của sự tiếp xúc với thuốc, các kích 
thích hóa lý. 
Lập các sơ đồ mạng lưới protein (Protein-network mapping): xác định phương thức các 
protein tương tác với nhau trong các hệ thống sống. 
Lập bản đồ các biến đổi protein (Mapping of protein modification): xác định phương thức 
và vị trí các protein bị biến đổi. 
II.3. CYTOMICS 
Cytomics là nghiên cứu các quá trình sinh hóa, nhằm kết hợp các cơ chế ở mức thấp hơn 
vào các quá trình ở mức tế bào và cuối cùng là cơ thể. 
Cytomics giúp hiểu và tái thiết lập các quá trình chuyển hóa (genome, proteome, 
metabolome), mô phỏng tế bào và các cơ thể nhỏ. 
Phân tích các quá trình chuyển hóa nội bào, metabolome, giúp hiểu được mạng lưới protein, 
và sự hiện diện các gen im lặng (silent gene). 
4 
II.4. CÔNG NGHỆ NANO VÀ MICRO 
Công nghệ nano liên quan đến khả năng sắp xếp các phân tử và các nguyên tử thành các cấu 
trúc phân tử. Nó có tác động chính lên máy tính, các vật liệu và sự sản xuất các công cụ, thiết bị, 
khả năng can thiệp vào các cấp độ điều trị bệnh. 
Các kỹ thuật thiết kế máy micro đang phát triển nhanh chóng và có nhiều ứng dụng trong 
các vi dòng (microfluidic), các trong sensor, sợi quang học... 
Các microrobot và nanorobot hoạt động như các robot di động nhỏ trong dịch cơ thể là công 
cụ tuyệt vời cho các thao tác tế bào. 
Sự ra đời của biochip là một tiến bộ vượt bậc của công nghệ sinh học nano, chúng chứa 
đựng một phạm vi rộng các vấn đề nghiên cứu như genomics, proteomics, sinh học máy tính và 
dược học, cũng như một số hoạt động khác. Những tiến bộ trong lĩnh vực này tạo ra những phương 
pháp mới, gỡ rối cho những quá trình sinh hóa xảy ra trong tế bào, với mục đích là tìm hiểu và chữa 
trị các căn bệnh cho người. Các biochip được xem là các phòng thí nghiệm thu nhỏ, bởi lẽ trên nó 
có thể tiến hành hàng trăm đến hàng ngàn phản ứng sinh hóa. Biochip giúp các nhà nghiên cứu có 
thể sàng lọc nhanh một lượng lớn các chất sinh học với nhiều mục đích khác nhau, từ chẩn đoán 
bệnh đến phát hiện các tác nhân nguy hại sinh học. 
II.5. KỸ THUẬT TẾ BÀO ĐỘNG VẬT IN VITRO 
Việc các tế bào động vật có thể nuôi cấy, duy trì và tăng sinh trong các chai, lọ ngày càng 
dễ dàng hơn trong phòng thí nghiệm, đã mở ra hướng mới quan trọng trong nghiên cứu CNSH 
N&ĐV- đó là công nghệ tế bào động vật. Các dòng tế bào cũng được thiết lập, đây là mô hình in 
vitro lý tưởng cho các nghiên cứu nói chung. 
Nuôi cấy các tế bào động vật lượng lớn là nền tảng của sản xuất vaccine virus và nhiều sản 
phẩm công nghệ sinh học khác. Các chất sinh học được sản xuất bằng kỹ thuật DNA tái tổ hợp 
trong nuôi cấy tế bào động vật như enzyme, hormone, các kháng thể đơn dòng, interleukinhay 
các nhân tố kháng ung thư. Mặc dù nhiều protein đơn giản hơn có thể được sản xuất ở vi khuẩn, 
nhưng nhiều dược chất cần sự glycosyl hóa, điều này hầu như phải được tiến hành trong tế bào 
động vật. 
Thu nhận, nuôi cấy và biệt hóa tế bào là một thành công mới trong lĩnh vực nuôi cấy tế bào 
động vật. Tuy mới phát triển, nhưng các tế bào gốc (stem cell) đã hứa hẹn nhiều ứng dụng to lớn 
trong y sinh học. 
5 
CHƯƠNG 1 
NUÔI CẤY MÔ – TẾ BÀO ĐỘNG VẬT 
I. GIỚI THIỆU 
I.1. LƯỢC SỬ PHÁT TRIỂN 
Kỹ thuật nuôi cấy mô – tế bào động vật là kỹ thuật nuôi cấy in vitro các tế bào, mô và cơ 
quan của động vật nhằm duy trì và/hay tăng sinh các tế bào, mô, cơ quan đó một cách độc lập, tách 
khỏi những biến đổi của hệ thống in vivo ở điều kiện bình thường hoặc stress. Kỹ thuật này đầu tiên 
được thực hiện với các mẫu mô, và tốc độ tăng sinh của chúng rất chậm. 
Việc nuôi cấy mô và tế bào động vật đã được tiến hành hơn 100 năm nay, thông qua những 
nghiên cứu đầu tiên nhằm tìm hiểu một số vấn đề trong lĩnh vực sinh học phát triển. Chẳng hạn 
Ross Harrison (1907) đã thành công trong việc nuôi tế bào thần kinh bằng dịch huyết ếch trưởng 
thành. Alexis Carrel cũng đã nuôi phôi gà trong môi trường bổ sung các chất dinh dưỡng và giữ 
được tim phôi gà hoạt động đến tháng thứ ba (1912). 
Năm 1955, Harry Eagle’s khẳng định dịch chiết mô phức tạp, dịch huyết và những chất 
đang dùng nuôi tế bào có thể được thay bởi “một hỗn hợp các amino acid, vitamin, các co-factor, 
carbohydrate và muối, bổ sung với một lượng nhỏ protein huyết thanh”, điều này đã mở ra một 
thời kỳ mới trong nuôi cấy tế bào động vật in vitro. 
Sau đó, hàng loạt các kỹ thuật nhằm khai thác, biến đổi và ứng dụng các tế bào động vật 
nuôi cấy in vitro được tiến hành như tạo các tế bào biến đổi di truyền, nghiên cứu sự chuyển hóa và 
sinh lý tế bào, thu nhận và tạo dòng in vitro các dòng tế bào bình thường (tế bào sinh dưỡng, sinh 
dục), và bất thường (tế bào ung thư) của người, cũng như của nhiều động vật khác. 
Từ một thực tế là những khối u của người có thể tạo nên dòng tế bào liên tục (như dòng tế 
bào Hela được Gey và cs thiết lập năm 1952), nuôi cấy mô của người đã được đầu tư nghiên cứu. 
Sau đó, vào năm 1961 Hayflick và Moorhead khảo cứu về các tế bào bình thường có đời sống xác 
định. Các dòng tế bào đầu tiên đã được thiết lập thành công, chúng duy trì ít nhất một phần đặc 
điểm, chức năng ban đầu như các tế bào tuyến thượng thận, tế bào tuyến yên, tế bào thần kinh, tế 
bào cơ... 
Sự phát triển của kỹ thuật nuôi cấy mô ngày càng tinh vi, hiện đại do nhu cầu bức thiết của 
hai hướng nghiên cứu chính: tạo vaccine kháng virus và nghiên cứu về ung thư. 
Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang tiến tới sử dụng dạng tế bào lai (hybridoma) giữa tế bào 
động vật và tế bào ung thư, như là một hệ thống sản xuất các protein tái tổ hợp, ví dụ kháng thể đơn 
dòng, vaccine, interferon Gần đây, nuôi cấy tế bào gốc (stem cell) trở thành mũi nhọn mới trong 
công nghệ tế bào, với nhiều hy vọng ứng dụng y sinh. 
I.2. SƠ LƯỢC VỀ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT 
Các tế bào động vật có vú là tế bào eukaryote, chúng được liên kết với nhau bởi các nguyên 
liệu gian bào để tạo thành mô. Mô động vật thường được phân chia theo bốn nhóm: biểu mô 
(epithelium), mô liên kết (connective tissue), mô cơ (muscle) và mô thần kinh (nerve). Trong nuôi 
cấy tế bào động vật, người ta phân biệt hai nhóm: các tế bào dịch huyền phù và các tế bào dính 
bám. 
6 
- Các tế bào dịch huyền phù: là những tế bào không bám dính khi sinh trưởng trong môi 
trường nuôi cấy in vitro, ví dụ các tế bào máu và tế bào lympho; những tế bào này không đòi hỏi bề 
mặt để sinh trưởng. 
- Các tế bào dính bám: Hầu hết các tế bào động vật bình thường là các tế bào dính bám, vì 
thế chúng cần có bề mặt để gắn vào và sinh trưởng (thủy tinh, plastic), được sử dụng phổ biến trong 
các ứng dụng là các tế bào biểu mô và nguyên bào sợi (fibroblast). Người ta thường sử dụng đĩa 
petri hoặc các chai trục lăn để nuôi cấy các tế bào dính bám. Các giá thể là polymer bọt biển 
(spongy), thể gốm (ceramic), các sợi rỗng, microcapsule hoặc các thể mang có kích thước hiển vi 
(microcarrier) cũng được sử dụng rộng rãi để tăng tỷ  ... òng vô tính được sử dụng như là những mô hình cho nghiên cứu, đạc 
biệt là những nghiên cứu về ảnh hưởng của môi trường lên sự điều hòa biểu hiện của bộ gen. 
- Động vật tạo dòng là công cụ để nghiên cứu sự biệt hóa tế bào, làm tiền đề cho sự phát 
triển của các liệu pháp trị bệnh mới. 
- Ngoài ra, tạo dòng động vật còn được sử dụng nhằm cứu vãn các loài động vật có nguy cơ 
tuyệt chủng. 
VI. VẤN ĐỀ TẠO DÒNG VÔ TÍNH Ở NGƯỜI 
Nhân dòng vô tính ở người cho mục đích sinh sản vấp phải rất nhiều khó khăn, đặc biệt là 
sự phản đối của xã hội và pháp luật. Tuy nhiên, gần đây đã có báo cáo thành công trong nhân bản 
phôi người cho mục đích này – các phôi nhân bản đã phát triển đến giai đoạn 4 – 8 tế bào sau 4 
ngày chuyển nhân và đã được trữ lạnh. Hiện nay, hầu như tất cả các nước trên thế giới đều cấm tạo 
dòng sinh sản người. 
Quan điểm tạo dòng vì mục địch trị liệu cũng chưa được chấp nhận rộng rãi, nhưng rõ ràng 
là nó có ý nghĩa đáng kể trong việc khắc phục được sự miễn dịch thải loại trong cấy ghép tế bào, 
mô và cơ quan. 
54 
CHƯƠNG 4 
MỘT SỐ THÀNH TỰU ĐIỂN HÌNH CỦA 
CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỘNG VẬT 
I. HỖ TRỢ SINH SẢN 
Năm 1982, Brackett và cs, đã nuôi và sử dụng tế bào trứng chín in vivo, sau đó thử nghiệm 
kỹ thuật IVF (in vitro fertilization) để cho ra đời con bê từ ống nghiệm đầu tiên trên thế giới. Từ 
đó, phôi của nhiều loài động vật đã được sản xuất theo cách này như bò (Gordon và Lu, 1990), dê 
(Hanada 1985), heo (Cheng và cs, 1986) 
Thụ tinh trong ống nghiệm trên người được manh nha từ năm 1961, nhưng mãi đến năm 
1978 mới có em bé đầu tiên ra đời (bé Louise Brown). Từ đó, công nghệ này phát triển vượt bậc: 
tính đến năm 1990, trên thế giới, đã có tới gần 100.000 bé ra đời bằng thụ tinh trong ống nghiệm, 
năm 2006, con số này lên đến hàng triệu. 
Ở khu vực Đông Nam Á, cùng với Thái lan, Singapore, MalaysiaViệt nam cũng đã thực 
hiện thành công kỹ thuật này vào năm 1998. Công nghệ IVF thực sự đã mang lại niềm hy vọng cho 
nhiều cặp vợ chồng hiếm muộn. Tới nay, sự tiến bộ của kỹ thuật IVF có thể điều trị hầu hết các 
chứng vô sinh. 
Với sự ra đời của nhiều kỹ thuật mới như ET (embryo transfer – chuyển phôi vào tử cung), 
GIFT (gamete intrafallopian transfer – chuyển giao tử vào vòi trứng), ZIFT ( zygote intrafallopian 
transfer – cấy chuyển phôi vào vòi trứng của động vật mang), ROSI (Round spermatid injection – 
tiêm những tinh trùng hình tròn) giúp tăng đáng kể hiệu quả hỗ trợ sinh sản, đến nay, người ta đã có 
thể điều trị hầu hết các chứng vô sinh. Kỹ thuật IVM (in vitro maturation–nuôi chín trong ống 
nghiệm) có ý nghĩa lớn đối với các bệnh nhi được điều trị bằng những tác nhân có khả năng gây đột 
biến di truyền, giúp cho những người này vẫn có thể có con bình thường khi trưởng thành. 
Kỹ thuật đông lạnh bảo quản phôi đã đạt được những thành công to lớn và được ứng dụng 
rộng rãi ở người và động vật. Các phương pháp đông lạnh mới tỏ ra rất hiệu quả, nhất là trong việc 
bảo tồn nguồn gen của các loài có nguy cơ tuyệt chủng. Bảo quản tế bào gốc phôi là một phương 
pháp hữu hiệu để bào tồn nguồn gen. 
Thông qua việc chọn lọc giới tính tinh trùng hoặc xác định trực tiếp giới tính phôi, người ta 
có thể điều khiển giới tính phôi, điều này rất có ý nghĩa trong chăn nuôi. 
Kỹ thuật tạo dòng (cloning) động vật bằng phương pháp cắt phôi (EMS) hay chuyển nhân 
(BNT) là một thành tựu khoa học quan trọng. Cừu Dolly là động vật hữu nhũ đầu tiên được nhân 
dòng từ tế bào 2n trưởng thành (1997), đây cũng là vấn đề gây nhiều tranh cãi về đạo lý sinh học. 
Sau đó, nhiều động vật khác cũng được nhân dòng theo phương pháp trên. Kỹ thuật nhân dòng 
được sử dụng để nhân nhanh giống vật nuôi (VD: nhân dòng bò Holstein bằng kỹ thuật cắt phôi) và 
bảo tồn các loài động vật có nguy cơ tuyệt chủng và phục vụ nghiên cứu y sinh. 
55 
Hình 4.1. Các chiến lược bảo tồn và tái thiết lập bầy đàn 
II. ĐỘNG VẬT BIẾN ĐỔI GEN 
Một trong những xu hướng chủ đạo của việc ứng dụng công nghệ di truyền là tạo ra những 
động vật biến đổi gen và dùng các sinh vật này sản xuất những sản phẩm không truyền thống, 
phục vụ cho nhu cầu của con người: nguồn thuốc (động vật sản xuất hormone, protein máu từ 
sữa, trứng, máu cho người và động vật; nguồn tế bào, mô và cơ quan sống phục vụ cho trị liệu dị 
ghép (xenotransplantation); tạo mô hình động vật thí nghiệm phục vụ cho nghiên cứu bệnh lí, dược 
lí và độc học; tạo nguồn thực phẩm cho người và động vật cùng các sản phẩm hữu dụng khác 
(vaccine, sợi...). 
Động vật biến đổi gen là những động vật đã được làm thay đổi đặc tính di truyền không 
thông qua sự giao phối tự nhiên hay tái tổ hợp tự nhiên của cá gen. Quá trình tạo nên các động vật 
biến đổi gen được gọi là quá trình biến đổi gen động vật. Có nhiều cách khác nhau để làm biến đổi 
gen của động vật: chuyển gen (transgenesis), bất hoạt gen (knock out), thay thế gen (knock in), 
công nghệ NST (chromosome engineering), gây đột biến (bằng tia phóng xạ, hóa chất, virus chọn 
lọc dòng) hay kỹ thuật nhân bản 
Sử dụng động vật biến đổi gen có hàng loạt những ưu điểm như: chúng có khả năng sinh 
sản bình thường để phát triển thế hệ các động vật chuyển gen tiếp theo, khả năng sản xuất của 
chúng rất linh động, số lượng sản phẩm phụ thuộc vào số lượng cá thể hay bầy đàn. Đặc biệt, các 
động vật này có khả năng tự duy trì nguồn năng lượng, nguồn nguyên vật liệu cho chính bản thân 
chúng. 
Bảo tồn in situ Bảo tồn in vitro 
Cá thể 
Cá thể đực Cá thể cái 
Giải đông 
Cấy truyền 
Hỗ trợ sinh sản 
Bả
o
tồ
n
Th
iế
t l
ập
bầ
y 
đà
n
Bảo quản phôi, tinh 
Tinh 
Tế bào sinh dưỡng 
Tạo dòng vô tính Tinh Trứng 
Tế bào sinh tinh, 
sinh trứng 
Phôi 
Bảo tồn 
Bầy đàn 
56 
* Ứng dụng động vật biến đổi gen trong y học 
 Hình 4.2. Các mục đích chính của nghiên cứu chuyển gen vật nuôi 
- Mô hình gen gây bệnh: các nhà khoa học đã tạo ra những động vật biến đổi gen như là mô 
hình bệnh lý ở người giúp tìm hiểu con đường gây bệnh, cũng như đánh giá các liệu pháp trị liệu 
mới. 
- Tạo động vật biến đổi gen để nghiên cứu chức năng gen: động vật biến đổi gen cũng được 
tạo ra như là những mô hình để phân tích chức năng của gen. Những mô hình động vật này đóng 
góp to lớn trong nghiên cứu nhiều quá trình tế bào cơ bản. 
- Kiểm tra chất độc: động vật chuyển gen được sử dụng để thử nghiệm những hợp chất mới 
trước khi đưa ra khỏi phòng thí nghiệm, đặc biệt trước khi đưa vào thực phẩm, mỹ phẩm, thuốc hay 
những dung dịch công nghiệp khác. Các này cho kết quả nhanh, rẻ, sàng lọc được lượng lớn thuốc 
và hóa chất chứa yếu tố độc hay có khả năng ung thư. Ngày nay, các phòng thí nghiệm còn sử dụng 
nhiều phương pháp khác như: dựa vào máy tính; các kỹ thuật lý-hóa; microarry; nuôi cấy cơ quan, 
mô, tế bào; phôi và sinh vật bậc thấp nhằm làm giảm số lượng động vật thử nghiệm cũng như giảm 
stress đối với động vật nuôi. 
- Tạo sản phẩm trong cơ thể động vật: động vật biến đổi gen được sử dụng như là một nhà 
máy dược phẩm rất hiệu quả. Đến nay, có khoảng 29 protein liệu pháp người được sản xuất bởi các 
động vật chuyển gen, hầu hết chúng có trong sữa, một số ở máu, nước tiểu hay dịch tinh trùng. Một 
số loài được sử dụng để thu nhận protein trị liệu: gà, thỏ, dê, cừu, bò Tuy nhiên, phương pháp 
này cũng tồn tại hai rủi ro lớn cho người sử dụng: thứ nhất là sự truyền nhiễm các bệnh từ động vật 
sang người (đặc biệt là virus); thứ hai là xuất hiện các protein mới lạ, bị biến đổi trong các thế hệ 
con cháu của động vật biến đổi gen, khi thời gian điều hòa ban đầu của gen đã hết. 
- Cấy ghép: động vật chuyển gen là nguồn cung cấp các mô, cơ quan cho dị ghép ở người. 
Khó khăn khi sử dụng liệu pháp này là các mối nguy về truyền nhiễm virus từ động vật cho và sự 
tương hợp sinh lí giữa mảnh ghép và cơ thể nhận mảnh ghép. Bên cạnh đó, chuyển gen ở động vật 
nhằm mục đích cấy ghép còn phải đương đầu với mối nguy lớn là sức khỏe của động vật, vấn đề 
trật tự bộ gen loài hay sự lây nhiễm nguồn gen trong thế giới sống 
DNA 
Vật nuôi chuyển gen 
Cải thiện sức khỏe, sản 
phẩm động vật 
Sản xuất dược liệu, cơ 
quan cấy ghép 
Các thông tin khác 
Hình 4.3. Điều trị bằng liệu pháp cấy ghép 
- Ngoài ra, động vật biến đổi gen còn được sử dụng cho các mục đích khác như sản xuất 
thịt, len, sữa, tơ nhện, kháng bệnh trong thú y, giảm ô nhiễm phosphor, tăng khả năng chống chịu 
của động vật nuôi (cá, giáp xác), tạo côn trùng kháng sự truyền bệnh 
Bên cạnh nhiều lợi ích, các động vật chuyển gen nói riêng, sinh vật chuyển gen nói chung, 
cũng làm nảy sinh nhiều tranh cãi về tính an toàn cho người tiêu dùng và cho môi trường. 
III. CÔNG NGHỆ TẾ BÀO GỐC 
Tế bào gốc là những tế bào chưa biệt hóa, có khả năng tự trẻ hóa lâu dài, và có thể biệt hóa 
thành các loại tế bào chức năng khác Tế bào gốc có nhiều ứng dụng: 
Hình 4.4. Một số bằng chứng tính mềm dẻo tế bào gốc trưởng thành 
Thu nhận 
(tế bào, mô, cơ quan) 
Chuyển vào người 
(tế bào, mô, cơ quan) 
Bệnh nhân 
cần thay thế 
 (tế bào, mô, 
 cơ quan) 
Chèn gen 
Immunoprotective 
của người vào heo 
Gan 
Não Tế bào gốc 
CNS 
Tủy 
xương 
Xương 
Cơ xương 
Tế bào 
máu 
Mạch máu 
Tế bào mỡ 
Tế bào 
thần kinh 
Tế bào 
biểu mô 
Tế bào nền 
tủy xương 
Cơ tim 
58 
- Cấy ghép tế bào, mô và cơ quan: mô, cơ quan được tạo từ tế bào gốc phôi của người là 
tiềm năng quan trọng nhất. Nhiều bệnh có thể được điều trị bằng cấy ghép tế bào gốc phôi người đã 
được ghi nhận gồm Parkinson, tiểu đường, chấn thương cột sống, suy thoái tế bào purkinje, loạn 
dưỡng cơ Duchenne’s, tim, tạo xương Các tế bào gốc phôi được cấy ghép có thể tồn tại, hợp nhất 
và có chức năng trong cơ thể nhận. Tuy nhiên, việc cấy ghép tế bào gốc phôi cũng tiềm ẩn bất lợi là 
xu hướng cảm ứng hình thành khối u (dù là u lành tính và hiện nay người ta đã có thể tránh được sự 
hình thành khối u này). 
Hình 4.5. Chiến lược ghép tế bào gốc 
- Liệu pháp gen: sử dụng tế bào gốc biến đổi di truyền như một vector mang gen chuyển để 
đưa gen mong muốn vào cơ thể. 
Hình 4.6. Chiến lược dùng tế bào gốc trong liệu pháp gen 
- Kiểm nghiệm hóa chất: Các tế bào gốc là những tế bào bình thường về di truyền, đồng nhất 
trong quần thể nên có thể nuôi cấy và duy trì trong một thời gian dài. Vì vậy, việc ứng dụng tế bào 
gốc động vật có vú mở ra liệu pháp mới trong các thử nghiệm dựa trên tế bào, thuận lợi hơn sử dụng 
những tế bào non, từ khối u lành tính hay những tế bào biến đổi di truyền như truyền thống. 
° Ο 
° 
° 
° 
° Ο 
° Ο ° ° 
° Ο 
Tế bào thần kinh 
Tế bào tim 
Tế bào máu 
Tế bào cơ 
Thu nhận và 
khuếch đại ES 
Phát triển 
blastocyst 
in vitro 
Tái thiết lập 
chương trình 
Chuyển nhân 
Tế bào gốc 
thần kinh 
Tế bào 
gốc máu 
Tế bào thần kinh 
Cấy ghép 
Tế bào 
mầm phôi 
Nhân 
Tế bào 
 sinh dưỡng 
Tương hợp MHC 
Tb tụy Tb máu Tb da 
Tổng hợp gen 
Vector 
Bệnh di truyền 
Bệnh ung thư 
Bệnh miễn dịch 
... 
59 
- Trong nghiên cứu: các tế bào gốc phôi của người có thể cho phép nghiên cứu quá trình, 
thời điểm định hướng và phương thức biệt hóa của tế bào thành các dòng chính của cơ thể. Từ đó, 
giúp các nhà nghiên cứu hiểu được nguyên nhân của nhiều bệnh tật để đưa đến hướng khắc phục 
đúng đắn và hợp lý. Các tế bào gốc phôi còn cung cấp các dạng tế bào và mô cho nghiên cứu bệnh. 
Hiện nay, người ta có xu hướng sử dụng những tế bào gốc được thu nhận từ tủy hay các mô 
khác của chính bệnh nhân để trị liệu, gọi là myES (my stem cell). Các myES hầu như an toàn và khó 
bị thải loại. 
IV. CHẨN ĐOÁN BỆNH 
Có ba phương pháp: 
- Chẩn đoán trực tiếp: quan sát phân biệt bằng kính hiển vi, phương pháp ELISA, kỹ thuật 
phân tử dựa vào bộ gen (PCR, LCR, NASBA, bDNA, Realtime PCR, lai phân tử, SSCP, RFLP...) 
để nhận diện tác nhân gây bệnh. 
- Chẩn đoán gián tiếp: nuôi cấy các tác nhân bệnh và dựa trên các cơ chế miễn dịch (RIA, 
EIA, WB, RIBA, Line immuoassay) để nhận diện tác nhân gây bệnh. 
- Phương pháp huyết thanh. 
Những tiến bộ của y sinh học ngày nay giúp chẩn đoán phân tử có nhiều ưu điểm về độ 
nhanh, nhạy và chính xác. 
V. LIỆU PHÁP GEN 
Có nhiều phương pháp điều trị các bệnh gây nên bởi các gen đột biến: 
- Ăn kiêng (đối với loại bệnh gây nên bởi các khiếm khuyết trong cơ chế chuyển hóa) 
- Cấy ghép tủy xương hay cơ quan để thay thế cho các mô bị tổn thương. 
- Thay thế những gen hỏng bằng gen lành (liệu pháp gen) 
Liệu pháp gen là những kỹ thuật sửa sai những gen bị hỏng gây bệnh, bao gồm những chiến 
lược sau: 
- Gen lành được chèn vào bất kỳ một vị trí nào trong cơ thể để thay thế chức năng cho các 
gen bệnh. Hoặc gen lành thay thế gen bệnh thông qua sự tái tổ hợp. 
 Hình 4.7. Sơ đồ chiến lược điều trị bằng gen 
IN VIVO Gen 
liệu pháp 
Tiêm vào 
bệnh nhân 
EX VIVO 
Tế bào bệnh 
nhân (thường 
là tế bào gốc) 
Đưa gen 
vào tế bào 
Tăng sinh tế bào 
biến đổi di truyền 
Mô nhận 
Cấy tế bào vào 
bệnh nhân 
60 
- Gen bệnh có thể được sửa sai bằng cách thông qua đột biến ngược chọn lọc (selected 
reverse mutation) thành gen lành. 
- Điều hoà hoạt động của một gen đặc biệt nào đó. 
- Liệu pháp antisen, liệu pháp RNAi, vaccine DNA. 
VI. VẬT LIỆU Y - SINH 
• Đóng vai trị thiết yếu trong việc thay thế và cải thiện chức năng của mọi hệ thống chính 
trong cơ thể 
• Năm 1952, các hoạt chất sinh học nhân tạo đã được dùng trong phẫu thuật tim mạch 
• Hơn 600000 đoạn mạch dẫn được cấy ghép mỗi năm để thay thế những mạch máu bị tổn 
thương 
• Phát triển các màng sống có cố định thuốc và tế bào ứng dụng trong trị liệu và nuôi cấy tế 
bào 
Vật liệu sinh học ngày nay đóng vai trò thiết yếu trong việc thay thế và cải thiện chức năng 
của mọi hệ thống chính trong cơ thể (hệ xương, hệ tuần hoàn). Một vài mảnh cấy ghép thông 
thường có thể kể đến là những bộ phận chỉnh hình (khớp gối, khớp háng, mảnh ghép tủy sống, vật 
cố định xương); những mảnh ghép tim (van tim và nút xoang nhĩ nhân tạo); những mảnh ghép mềm 
(mảnh ghép ngực, collagene dùng bơm vào để tăng kích thước mô mềm); mảnh ghép trong nha 
khoa để thay thế răng, chân răng và những mô có xương trong khoang miệng 
Những hoạt chất sinh học nhân tạo đã được dùng trong phẫu thuật tim mạch vào năm 1952, 
khi đó mảnh ghép Hufnagel là van tim nhân tạo đầu tiên thành công, và Voorleses cũng là người 
giới thiệu mảnh ghép tim nhân tạo đầu tiên. 
Hiện nay, mỗi năm có hơn 600.000 đoạn mạch dẫn được cấy ghép để thay thế những mạch 
máu bị tổn thương ở các bệnh nhân. 
Ngoài các vật liệu có chức năng vật lý, thời gian gần đây, CNSH cũng đã phát triển hàng 
loạt vật liệu có tính chất sinh hóa, đó là các màng sống có cố định thuốc và tế bào, nhằm ứng dụng 
trị liệu hoặc phát triển công nghệ tế bào động vật 
61 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Hoàng Kim Giao, 2003. Công nghệ cấy truyền phôi ở gia súc, NXB Khoa học Kỹ thuật. 
2. Nguyễn Đình Giậu, Nguyễn Chi Mai, Trần Thị Việt Hồng, 1999. Sinh lí học người và động 
vật. NXB Đại học Khoa học Tự nhiên. 
3. Phan Kim Ngọc, Hồ Huỳnh Thùy Dương, 2000. Sinh học của sự sinh sản. NXB Giáo dục. 
4. Phan Kim Ngọc, Phạm Văn Phúc, 2007. Công nghệ sinh học trên người và động vật. NXB 
Giáo dục.