công nghệ sinh học động vật

18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
LỜI CẢM ƠN
Với nhu cầu tìm tòi, học hỏi và trao đổi kinh nghiệm, nhóm chúng em đã cùng
nhau thảo luận và hình thành nên một bài tiểu luận về đề tài thuộc Công nghệ sinh học
động vật. Nhóm sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ cũng như sự hướng
dẫn tận tình của thầy Quan Quốc Đăng – Thạc sĩ và cũng là giáo viên phụ trách bộ môn
Công nghệ sinh học động vật. Đồng thời toàn thể nhóm cũng muốn gửi lời cảm ơn về
phía trường Đại học Công nghiệp TpHCM đã hỗ trợ cho chúng em trong quá trình hoàn
thành bài tiểu luận bằng cách cung cấp những kiến thức cơ bản thông qua sự trao đổi
trực tiếp giúp chúng em định hướng được mình nên làm những gì.
Tuy nhiên đây là lần đầu tiên chúng em được tiếp cận với môn học này cho nên
việc mắc phải sai sót là không sao tránh khỏi. Vì vậy chúng em mong nhận được những
ý kiến đóng góp để dần hoàn thiện hơn những kiến thức của mình đã có.
Xin chân thành cảm ơn!
Đại diện nhóm
Ngọc Hương
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
NỘI DUNG
2.3.4 Chuyển gen qua con đường tế bào
2.3.4.1 Việc sử dụng tế bào tế bào toàn năng và thế hệ của chimaerae
2.3.4.2 Cách sử dụng tế bào đã được biệt hóa và những dòng động vật vô tính
2.3.5 Vectơ dùng bổ sung gen
2.3.5.1 Những đoạn vectơ ngắn nhất
2.3.5.2 Những vectơ mang trình tự gen được lặp đi lặp lại
2.3.5.3 Vector transposon
2.3.5.4 Vectơ Retroviral
2.3.5.5 Vectơ bổ sung
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
NỘI DUNG
2.3.4 Chuyển gen qua con đường tế bào
Để tránh khó khăn trong quá trình vi tiêm, phương pháp này có thể được dùng để
chuyển gen vào các tế bào và sử dụng chúng để tạo phôi. Phương pháp này được sử
dụng khi thay thế gen bằng gen tương đồng tái kết hợp. Quá trình này rất hiếm và đòi
hỏi sự lựa chọn chính xác các dòng tế bào xảy ra quá trình tái kết hợp tương đồng. Điều
này gián tiếp tạo ra các dòng tế bào vô tính. Các tế bào này phải được giữ lại các đặc
tính để tham gia vào sự phát triển của phôi. Hiện nay có hai hướng nghiên cứu chính.
2.3.4.1 Việc sử dụng các tế bào tế bào toàn năng(pluripoten) và thế hệ của
chimaerae
Các tế bào tế bào toàn năng có thể tạo ra tất cả các bộ phận cơ thể của một sinh
vật (Hình 2,1).Phương pháp thu nhận các tế bào tế bào toàn năng đang được sử dụng là
đưa nó vào phôi sớm khi đang ở giai đoạn cầu morula hoặc phôi nang, sau đó sẽ phát
triển tới chimaeric. Cần nhớ lại rằng một Chimaera được hình thành bởi các tế bào hỗn
hợp từ động vật khác nhau. Mỗi tế bào Chimaera, bao gồm các giao tử, bắt nguồn từ
người cho hoặc người nhận phôi. Đây là những khác biệt cơ bản của cơ thể lai, do bộ
gen từ hai sinh vật đang ở trong cùng một tế bào sau quá trình thụ tinh.
Dòng tế bào tế bào toàn năng đã được thiết lập ở chuột. Các dòng tế bào có
nguồn gốc từ phôi sớm được gọi là tế bào ES (tế bào gốc phôi thai).
Các tế bào tế bào toàn năng thu được từ tuyến sinh dục của bào thai được gọi là các tế
bào EG (tế bào phôi mầm). Các tế bào toàn năng là dòng tế bào đầu tiên được bắt nguồn
từ một teratocarcinoma (một dạng u ác tính ở tinh hoàn) và do đó được gọi là EC (tế bào
phôi ung thư biểu mô). Các tế bào EC có thể tham gia vào sự phát triển của phôi
chimaeric nhưng không tham gia sự hình thành giao tử.
Chỉ có một số lượng nhỏ dòng tế bào ES có thể sử dụng. Tất cả đều là tế bào gốc
thu được từ một hay hai dòng chuột. Pluripotency có thời gian tồn tại rất ngắn. Các tế
bào Tế bào toàn năng có công suất cao để nhân giống in vitro nhưng chúng tự phát sinh
những điểm khác biệt và trở thành các tế bào multipotent (tế bào đa chức năng). Điểm
khác biệt của các tế bào tế bào toàn năng lá ở chỗ có thể tham gia vào sự phát triển của
phôi ở một mức độ nào đó nhưng không thể trở thành giao tử. Do đó các tế bào ES phải
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
được duy trì ở trạng thái tế bào toàn năng trong suốt toàn bộ quá trình nhằm tạo ra các
động vật chimaeric có khả năng di truyền gen của chúng cho con cháu.
Các pluripotency của các tế bào ES được duy trì bằng cách thêm vào những
nhân tố của môi trường tự nhiên. Đã có rất nhiều nỗ lực nhằm tạo ra dòng tế bào ES từ
dòng chuột khác và từ các loài khác nhưng không thành công. Tốt nhất, nên thu nhận từ
những động vật không phát sinh phôi. Hiện chưa rõ tại sao dòng tế bào ES chỉ có thể
được bắt nguồn từ hai dòng chuột. Bất kỳ nguyên nhân nào, những dòng này xuất hiện
hiếm khi xuất hiện những trường hợp ngoại lệ và thực tế là tế bào toàn năng tế bào
không thể được duy trì trong quá trình này được coi là bình thường.Tuy nhiên những
nghiên cứu gần đây cho thấy những quan điểm này cần phải xem xét lại. Những tế bào
Tế bào toàn năng có khả năng truyền các gen của chúng cho con cháu đã được mô tả
trên gà và medaka. Vẫn còn quá sớm để khẳng định các tế bào này tương đương với
dòng tế bào ES ở chuột.
DNA bên ngoài có thể được bổ sung vào các tế bào ES và quá trình nuôi dưỡng
các gen này có thể được thiết lập bằng cách sử dụng một gen lựa chọn. Các tế bào này
có thể được được sử dụng để tạo ra chuột biến đổi gen chimaeric.
Phương pháp này ít hơn nhiều khó khăn và kém hiệu quả hơn vi tiêm. Đó là lý do
nó chỉ được sử dụng để thay thế bằng các gen tương đồng tái tổ hợp (hình 2,10)
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
Hình 2.10
2.3.4.2 Cách sử dụng tế bào đã được biệt hóa và những dòng động vật vô tính
Những DNA ngoại sẽ được thêm vào những tế bào khác bằng phương pháp
chuyển vị. Những tế bào chứa gen cần quan tâm có thể được nhân giống vô tính bởi một
gen được chọn. Những tế bào này sau đó có thể là nguồn nhân cho những dòng động vật
vô tính sẽ được chuyển gen. ( Hình 2.11)
Quá trình sinh sản của Dolly được theo dõi sớm bởi phương pháp chuyển
gen vô tính trên cừu tên là Polly ( Schnieke và cộng sự, 1997 ).
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât

Hình 2.11

Ưu điểm
của
phương
pháp nối
gen là nó
dễ dàng
được
nhân
rộng. Có
thể sử
dụng số
lượng cừu
ít hơn từ
2 đến 5
lần so với
phương
pháp vi
tiêm để
tạo ra số
lượng cừu
chuyển
gen tương
ứng. Gen hợp nhất có thể được khảo sát trong tế bào trước khi chuyển nhân vào . Những
tế bào có gen ngoại bị thay đổi hoặc có nhiều bản sao sẽ bị loại bỏ. Giới tính động vật
hoặc kiểu hình của gen cho sẽ được chọn ra. Những động vật không thích hợp sẽ không
được sử dụng cho quá trình chuyển gen. Mặc dù nhân dòng vô tính là kỹ thuật khó,
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
nhưng nó đem đến tính linh hoạt trong các thí nghiệm. Những tế bào cho nhân có thể
được làm đông và được sử dụng trong chuyển gen vô tính ở động vật.
Đoạn gen thay thế được thu nhận từ cừu (McCreath và cộng sự, 2000) trên
chuột (Rideout và cộng sự, 2000) và trên heo (Lai và cộng sự, 2002; Butler, 2002).
Phương pháp này rất phức tạp và khó kiểm soát. Một nghiên cứu gần đây cho thấy rằng
sự tái tổ hợp của hai gen đồng chức năng có thể được thu nhận từ tế bào cừu nhưng
những động vật được sinh sản vô tính này thường bị chết (Denning và cộng sự, 2001).
Sự thất bại của việc này có thể là do quá trình nuôi dưỡng và vì vậy cần có sự lựa chọn
thích hợp hơn để quá trình tái tổ hợp tương đồng có thể xảy ra . Điều kiện môi trường
nuôi dưỡng làm thay đổi trạng thái sinh lý của tế bào từ đó làm giảm khả năng sống của
các dòng tế bào động vật mà vẫn chưa hiểu được nguyên nhân. Một sự hiểu biết tốt hơn
về hiện tượng này là cần thiết trước khi có thể chuyển gen vào các động vật lớn với tỷ lệ
thành công cao.
Điều này cũng đúng với chuột. Mặc dù sự thay thế gen bởi chimaeric vẫn
còn khó khăn nhưng nó vẫn còn đơn giản hơn phương pháp tạo dòng vô tính.
2.3.5 Vectơ dùng bổ sung gen
2.3.5.1 Những đoạn vectơ ngắn nhất
Trong hầu hết các trường hợp, các nhà nghiên cứu sử dụng những mảnh vụn
vectơ có chứa khoảng 1 hay 2 gen, hoặc chuẩn bị những gen chức năng được cấu tạo từ
các thành tố khác nhau. Mảnh vụn của các vectơ mang trên mình những vùng được sao
lại đúng thứ tự sau khi tách ra từ đoạn sớm. Thật vậy, cả 1 vòng vectơ kết hợp chậm
hơn là 1 đoạn ngắn, không những thế, cả 1 chuỗi plasmid thường gây cản trở hoặc thậm
chí là tiêu hủy quá trình kết hợp chuyển gen. Điều này đúng với cả 5 loại vectơ:
plasmid, cosmid, thể thực khuẩn, BAC và YAC. Tuy nhiên, một số nghiên cứu của sinh
viên lại cho kết quả trái ngược với BAC, loại vectơ mà cả vòng có khả năng kết hợp tốt
hơn 1 mảnh thuộc vòng. Nói cách khác, vectơ tồn trữ 1 đoạn gen dài ít bị phá vỡ bởi các
tác động tĩnh của chuỗi tế bào prokaryote. Điều này dễ dẫn tới việc xuất hiện các tác
nhân cô lập trong những đoạn gen dài hoặc xảy ra các hiệu ứng khoảng cách.
Những đoạn DNA không chứa các chuỗi vòng thực hiện liên kết tương đối
chậm. Và vì một số nguyên nhân chưa được làm rõ, một số DNA được thêm vào mang
đến cho chúng ta 1 số lượng lớn những loài động vật chuyển gen hơn là những DNA
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
cùng loại khác. Một mặt, những DNA này có thể được sinh ra bởi sự xuất hiện của
những chuỗi có khả năng nhận dạng các đoạn gen thường gặp trong đoạn thêm vào. Mặt
khác, vài đoạn được nối có thể chứa những chuỗi thiên về sao chép, và sự hiện diện của
chúng trong phôi hỗ trợ đáng kể cho quá trình liên kết.
2.3.5.2 Những vectơ mang trình tự gen được lặp đi lặp lại
Cơ chế của quá trình tích hợp được mô tả ở mục 2.3. dẫn đến phát hiện sự lien
quan giữa những trình tự của đoạn chêm vào và trong bộ gen. Sự kết hợp này thường
nên được tối ưu hóa bằng sự có mặt của cả 2 bộ ba kết thúc, mà 1 nằm trong đoạn chêm
được sao chép 1 cách gần như hoàn chỉnh từ bộ gen ban đầu, ngay cả khi chúng bị làm
cho kém đi hoặc thoái hóa hơn.Từ một số thí nghiệm, ta thấy điều này là đúng. Ở bò, 1
trình tự xuất hiện nhiều lần tại trung đoạn và được gắn vào trung đoạn để thúc đẩy cho
quá trình liên kết. Trong trường hợp cá biệt này, hoạt động chuyển gen vẫn ở dạng tĩnh.
Điều này dẫn đến việc trung đoạn – vùng không xảy ra quá trình sao chép – cũng xuất
hiện sự chuyển gen. Một số thử nghiệm đã được tiến hành trên chuột, nơi đoạn Alu
được sử dụng làm vật chất sao chép. Đoạn Alu, chứa khoảng 200 – 300 nucleotide, có
số lượng khá dồi dào trong bộ gien của động vật có vú, đặc biệt trong những khu vực
hiếm hoặc không xảy ra sự sao chép. Một số đoạn Alu được sao mã bởi RNA
polymerase III, làm tăng hoạt độ của những ARN có chức năng chưa rõ ràng hoặc vô
hiệu. Nhiều thí nghiệm với sự tham gia của một nhóm các nhà nghiên cứu cho thấy rằng
tần suất liên kết được gia tăng khi ta gắn vào đó trình tự có chứa đoạn Alu. Tuy nhiên,
kết luận này lại không được một nhóm khác chấp nhận, vì họ cho rằng, hiệu quả trên có
thể yếu đi phụ thuộc đoạn gắn vào
2.3.5.3 Vector transposon
Transposons là những đoạn gen dài dưói 2 kb, mà nhiều bản sao của nó sẽ xuất
hiện trong bộ gen ở những vị trí tùy ý. Những đoạn Transposon đựoc phiên mã thành
RNAs, sau đó nó sẽ được phiên mã ngược để tạo thành mạch đôi DNAs rồi hòa nhập
vào bộ gen với hiệu quả cao. Sự hòa nhập đó được điều khiển bởi một transpoase ( nó là
1 enzyme được đính vào cuối transposon và xúc tác sự di chuyển của transposon tới các
phần khác của bộ gen bằng 1 quy trình cắt và dán hay là sự sao chép chuyển đổi) được
mã hóa bởi transposon và còn được bằng ITRs( hình 2.12). Quy trình này cho phép
transposon trải ra nhanh chóng và tỏa khắp bộ gen, nhưng đôi khi lại gây hiện tượng bất
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
hoạt gen trong một số trưòng hợp. Sự lan tỏa của gen còn bị giới hạn bởi các quá trình
của tế bào mà làm ức chế sự phiên mã của transposon.
Hình 2.12
Transposon là vector có khả năng chuyển 1 gen lạ vào trong bộ gen. Để làm việc
đó thì một phần lớn của vùng phiên mã của transposon được xóa đi. Việc này tạo ra 1
khoảng trống cho 1 gen lạ thay vào và đồng thời cũng ngăn cản được quá trình tự điều
khiển trong việc gắn vào bộ gen của transposon.
DNA tái tổ hợp chứa một gen lạ với dung lượng không xác định và có thể tự
gắn vào bộ gen vật chủ . Sự hiện diện của transposase là cần thiết cho việc này.Sự đồng
tiêm của transposon chứa một gen lạ và 1 phần của vòng plasmid có thể biểu hiện gen
transposase cho phép transposon hòa nhập với hiệu suất cao, 1 – 5 % của phôi
Quá trình này,ban đầu được xác định cho ruồi dấm bằng cách sử dụng
transposon P,và được sử dụng rộng rãi để tạo ra gen chuyển. Còn đối với các loài khác
thì người ta vẫn chưa có nhiều hiểu biết rõ ràng. Các mariner transposon đã chứng minh
được hiệu quả trong tế bào cá medaka, tế bào gà , và những tế bào của động vật có vú.
Những cách thiết kế khác nhau của transposon có thể thu được những vector an toàn và
hiệu quả để sử dụng trong liệu pháp gen. (Hackett et al., 2001).
Còn có các vector khác để tạo ra gen chuyển trong côn trùng như là Aedes,
Aegypti hay con tằm. (Tamura et al., 1999).
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
Trong tất cả các trưòng hợp thì transposon và plasmid mã hóa cho transposase
phải được tiêm vào phôi dưới các điều kiện lệ thuộc vào từng loại sinh vật. Trong mối
liên hệ này thì phôi gà được xem là khác biệt nhất so với các dạng sinh vật khác. Thật sự
thì việc tiêm có thể thực hiện trong 1 phôi chỉ mới ở giai đoạn 1 tế bào mà không thể
thực hiện được khi phôi đang phát triển như là ở các dộng vật có vú .
Phôi đã được tiêm phải ở giai đoạn còn là lòng đỏ trứng và phải chưa có dự làm
tổ. Sau vài tuần ủ trứng dưới các điều kiện thích hợp thì gà chuyển gen sẽ được ra đời
với tỷ lệ thành công chấp nhận được.
Do đó các vector transposon có thể cho phép tạo ra các gen chuyển đổi trong các
sinh vật mà thường thì kĩ thuật vi tiêm không đạt được kết quả. Phương pháp này tương
đối an toàn, bởi vì ngay cả khi thiếu gen transposase thì vector transposon vẫn có khả
năng sao mã và hòa nhập vào bộ gen của tế bào chủ dù là với hiệu suất thấp , việc này
có liên quan đến sự hiện diện của transposase nội sinh trong tế bào chủ và nó có thể hạn
chế công dụng của transposon trong một số trường hợp. Trong khi đó transposon B A C
ở lợn được dùng để tạo ra con tằm chuyển gen nhằm duy trì chất lượng ổn định qua
nhiều thế hệ.
Transposon chỉ có thể mang 1 mảnh DNA lạ với một độ dài nhất định. Điều này
rõ ràng là một giới hạn nếu cấu trúc tinh vi được dùng để thể hiện cho 1 gen lạ. Hơn nữa
cơ chế của tế bào để làm lu mờ transposons có thể làm ức chế sự biểu hiện của gen
chuyển trong một số trường hợp.
2.3.5.4 Vector Retroviral
Là những vector được sử dụng cho liệu pháp gen. Những vectơ virus retro khác
nhau được thiết kế nhằm tạo ra động vật biến đổi gen và đặc biệt là gà (Ronfort, Legras
và Verdier, 1997). Những vectơ này có lớp màng có khả năng nhận biết các tế bào phôi
thai gà. Những vectơ có thể được đưa vào trứng mới đẻ. Ở giai đoạn này, các tế bào vẫn
còn tế bào toàn năng và có thể tham gia trong một thế hệ giao tử, nhờ đó bộ gen của
chúng có thể được chuyển cho các thế hệ con cháu. Cách tiếp cận này tỏ ra hiệu quả
cao. Thật vậy, phôi ở giai đoạn này chứa khoảng 60.000 tế bào. Chỉ có một tỷ lệ nhỏ
của các tế bào này có một cơ hội bị nhiễm bệnh do vectơ retroviral. Những con gà thu
được từ thử nghiệm này có một tỉ lệ gen chuyển tương đối cao. Một sự thay thế được
chứng minh là hiệu quả hơn. Những vector được thực hiện ở giai đoạn 16 của sự phát
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
triển phôi trong vùng lân cận của các tế bào mầm nguyên thủy. Các tế bào này được ưu
tiên để tiêm vào, cho các loài động vật có cơ hội được chấp nhận của sự truyền gene của
họ cho con cháu. (Hình 2,13).
Hình 2.13
Vectơ retroviral cũng được sử dụng để chuyển gen vào bò và noãn bào khỉ
(Long et al, 1998, 2001.). Để làm điều này, hai trạng thái đặc biệt đã được yêu cầu.Lớp
màng của véctơ là protein G của VSV (vesicular somatitis virus), được biết để nhận ra
màng tế bào phospholipids và do đó cho phép sự nhiễm trùng ở nhiều loại tế bào. Các
hạt siêu vi khuẩn đã được tiêm giữa vùng pellucida và màng noãn bào tại thời điểm các
màng tế bào hạt nhân bị thiếu, bộ gen của virus là tốt nhất để có thể tìm gen vật chủ
(Hình 2.13).
Vectơ retroviral cũng đã được sử dụng để chuyển gen sinh sản ở thú. Gene của
virus chứa gene lạ được nhập vào tế bào theo con đường vận chuyển bổ sung, tổng hợp
nên protein muộn của virus. Một lượng nhỏ virus được dùng để truyền noãn bào động
vật có vú (bò và khỉ), lớp tế bào gốc ở gà hoặc tế bào phôi chuột.
Lentiviruses là một bộ phận được nhận diện của retroviruses, trong đó có khả
năng tích hợp vào trong bộ gen của các tế bào ngủ đông. Điều này là do sự hiện diện của
một tín hiệu ở một trong các protein virus, mà mục tiêu bộ gen của virus ở vùng hạt
nhân. Vi rút AIDS (HIV) thuộc các chủng loại lentiviruses. Các vectơ lentiviral đang
ngày càng được nghiên cứu để sử dụng khả năng của chúng trong liệu pháp gen.
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
Các vectơ đã có thể điều khiển sự biểu hiện của gen EGFP ở chuột, cho bột
huỳnh quang màu xanh lá cây trong tất cả các loại tế bào hoặc chỉ ở cơ bắp khi hoạt
động quảng bá trong tất cả các loại tế bào trong cơ bắp hoặc chỉ được sử dụng tùy từng
trường hợp.
Cần những con chuột được sinh ra biến đổi gen. Khoảng 90 phần trăm của những con
chuột bày tỏ sự chuyển gene của họ mà không cần bất cứ im lặng trong nhiều thế hệ.
protein VSV đã được sử dụng như là một màng bao để cho phép nhiễm trùng hiệu quả
của các tế bào phôi thai.
Các tác giả của nghiên cứu này đã được xem xét những thuận lợi và các giới hạn
của thực phẩm này. Những lợi thế lớn rõ ràng là tỷ lệ cao hiệu quả và thực tế là bị
nhiễm trùng có thể được thực hiện bằng cách ủ phôi rỗng của vùng pellucida. Một thao
tác tương đối đơn giản của phôi như vậy là đủ. Phương pháp này được mở rộng tới các
động vật có vú khác không có vấn đề cụ thể. Nó sẽ đặc biệt thuận lợi ở chuột, nơi mà
các phương pháp vi tiêm rất khó khăn để sử dụng.
Các giới hạn của công cụ này nhiều càng tốt. Số lượng lớn của các hạt virus
phải được chuẩn bị với một kiểm soát an toàn sinh học thích hợp. Bước này đã trở nên
ngày càng được chuẩn hóa như là kết quả của việc sử dụng ngày càng tăng các loại véc
tơ cho liệu pháp gen. Những đoạn DNA không quá 7-9 KB có thể được mở đầu cho các
vector. Những biểu hiện của gen báo cáo là khá thấp trong trường hợp này. Mặt khác,
tích hợp độc lập của vectơ xảy ra trong cùng một phôi, dẫn đến động vật biến đổi gen
khảm. điều này có thể hơi phức tạp việc giải thích của dữ liệu.
Rõ ràng, công cụ này xuất hiện có thể thay thế vi tiêm trong một số trường hợp, nhưng
không phải trong tất cả.
2.3.5.5 Vectơ bổ sung
Sự thuận lợi của quá trình kết hợp là DNA ngoại được truyền lại cho thế hệ con
cháu một cách ổn định. Trở ngại chính của việc kết hợp là hiệu suất thấp và hiếm khi
xảy ra. Một khó khăn khác, sẽ được thảo luận ở chương 2.3.11 đó là gene kết hợp chịu
ảnh hưởng bởi hoạt động của môi trường nhiễm sắc thể của chính nó, điều này đã liên
tục thay đổi sự biểu hiện của gene được biến đổi. Mặt khác, số lượng bản sao kết hợp
rất ít, thông thường không vượt quá 10 và trong một số trường hợp nó cho thấy rằng
không phải tất cả bản sao chép đều được phiên mã.
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
Việc sử dụng vecto bổ sung được hi vọng sẽ loại trừ được những trở ngại này.
Hệ gene tự điều khiển thứ cấp hay hệ gene bổ sung được tìm thấy rất nhiều ở những
sinh vật sống. Trong trường hợp này là ở vi khuẩn nơi chứa đựng 1 số lượng plasmid rất
đa dạng. Mẫu nhiễm sắc thể thu được từ sợi nhiễm sắc thể bị thoái biến đôi khi được
tìm thấy trong nhiều tế bào. Đặc biệt là trong các khối u. Những mảnh nhiễm sắc thể
này, đôi khi được gọi là nhiễm sắc thể vụn được tái bản một cách chủ động và chuyển
cho các thế hệ tế bào sau. Những loại virus khác nhau có hệ gene tự tái tạo như những
thực thể tự trị và đều được chuyển cho thế tệ tế bào sau. Đây là trường hợp của dòng
virus herpes.
Một hệ gene bổ sung cần có vài yếu tố kết hợp để trở nên bền vững. Gene bổ
sung có thể ở dạng thẳng hoặc dạng vòng. Khi ở dạng vòng, những thành phần cấu
thành tối thiểu của nó là vùng khởi đầu của quá trình sao chép DNA có chức năng khởi
động sinh tổng hợp DNA cũng như chuyển thông tin di truyền cho thế hệ tế bào con
cháu. Gene bổ sung dạng thẳng cần phải có telomeres tại 2 đầu tận cùng. Cấu trúc này
hiện diện ở phần cuối của mỗi nhiễm sắc thể bình thường. Nó bị làm ngắn dần bởi tác
dụng của exonucleases và được khôi phục bởi một phức hệ enzyme đặc biệt. Telomeres
bảo vệ nhiễm sắc thể khỏi sự thoái biển bởi tác nhân exonucleases. Khi tế bào trở nên
già hơn, sự tổng hợp telomere ít hiệu quả hơn, dẫn đến sự thoái hóa nhiễm sắc thể và
làm chết tế bào.
Các dạng vecto bổ sung khác nhau có thể được thiết kế nhằm tạo ra những động
vật chuyển gene khác nhau. Các vecto có thể nhỏ, chỉ chứa đúng các yếu tố cần thiết
cho sao chép và chuyển cho tế bào con. Một phương pháp khác là sử dụng những mảnh
nhiễm sắc thể có chứa tất cả các yếu tố tự nhiên để chuyển gene cho thế hệ con cháu.
Loại vecto bổ sung được biết nhiều nhất đồng thời được sử dụng nhiều nhất là
plasmid, cosmid, phage, BAC và YAC. Không có loại vecto nào kể trên được sử dụng
trong sinh vật nhân chuẩn bậc cao bởi vì chúng không hoạt động được trong tế bào động
vật. Những vecto này được sử dụng chủ yếu cho kỹ thuật DNA và tái tổ hợp DNA nhằm
mục đích nghiên cứu và đưa vào trong tế bào động vật.
Những vecto vi khuẩn có thể chỉ chứa đúng đoạn khởi đầu cho sao chép. Số
lượng bản sao có được sao mỗi lần sao chép DNA là đủ để thống kê được sự chuyển
của vecto vào tế bào con cháu.
18
Công nghệ sinh học
ĐộngVât
Figure 2.14: Cấu trúc của 1 vecto YAC (nhiễm sắc thể nấm men nhân tạo). Vecto
này bao gồm vùng khởi đầu phiên mã DNA (ARS 1), vùng centromere (CEN 4), có
chức năng truyền những vecto đã được sao mã đến các dòng tế bào con cháu, telomeres
chức năng bảo vệ DNA khỏi tác dụng của exonucleases, 2 gene lựa chọn (TRP 1 và UR
3) và vùng nhân bản có khả năng chưa đoạn gene khoảng 1000kb
Trong nấm men, một loại vecto mạch thẳng gọi là YAC đã được thiết kế (Figure
2.14). Chúng chứa đoạn telomeres, đoạn mở đầu sao chép (ARS 1), đoạn centromere
(CEN 4), gene lựa chọn (Ura 3) và vùng nhân bản. Vecto này tương đối nhỏ gọn và dễ
dàng thao tác. Điều này là do vùng mở đầu sao chép và vùng centromere tương đối
ngắn. Vùng khởi đầu sao chép ở Saccharomyces cerevisiae chỉ chiếm một vị trí nhỏ trên
chuỗi gene. Đối với Saccharomyces pombe thì ngược lại, vùng khởi đầu sao chép của
nó kéo dài vài ngàn base. Những vecto YAC này có thể gắn những mảnh DNA dài
khoảng 1000kb và có thể dược đưa vào nấm men do tái kết hợp tương đồng. Hạn chế
lớn nhất của YAC là kém ổn định (Giraldo and Montoliu, 2001).
Vecto BAC được thiết ké với mục đích sao chép trong E.coli và chỉ hiện diện
một bản sao mỗi tế bào. Vecto BAC có thể gắn một DNA 250kb sau đó được đưa vào vi
khuẩn bằng cách tái kết hợp tương đồng. việc này cho phép xóa và thêm mảnh DNA
ngoại lai vào trong vecto. Vecto BAC hiện đang được dung làm cấu trúc chứa những
mảnh DNA dài dùng trong tái tổ hợp gene vào động vật (Giraldo và Montoliu, 2001).
Trong tế bào động vật, nó vẫn không thể tạo ra vecto dạng thẳng chứa các yếu tố
tự nhiên được tìm thấy trong nhiễm sắc thể. Phần mở đầu sao chép trong hệ gene động
vật vẫn là một vùng chưa được xac định rõ. Một vài vùng trong đó đã được xác định đặc
điểm và sử dụng để sao chép DNA trong môi trường nuôi cấy tế bào và trong quá trình
chuyển gene vào chuột. Nó cho thấy dường như mảnh DNA chứa khoảng vài ngàn base

Xem chi tiết: công nghệ sinh học động vật