Thực phẩm biến đổi gene

Thực phẩm biến đổi gene GVHD: Trần Thị Mai Anh
sẽ được chuyển vào tế bào thực vật gắn vào bộ nhiễm sắc thể của tế bào cây chủ và
gây ra bệnh u cây. Nhờ vào khả năng này mà T-ADN được sử dụng để chuyển các
gene mong muốn vào thực vật theo mục đích của con người.
- Năm 1984, biến nạp bằng tế bào trần (protoplast) ở ngô được thực hiện.
- Năm 1985, lần đầu tiên cây biến đổi gene được mô tả có tính kháng thuốc
diệt cỏ. Một năm sau, người ta đã thành công trong việc tạo ra thực vật kháng virus.
- Năm 1987, phương pháp biến nạp phi sinh học được sử dụng. Nhờ phương
pháp này mà sự biến nạp đã thành công đã ở các cây một lá mầm quan trọng như lúa
(1988), ngô (1990) và lúa mì (1992). Cũng trong năm 1987, cà chua và thuốc lá
kháng côn trùng đã làm cho công nghệ gene đạt được một bước phát triển quan trọng
hơn. Một thành công quan trọng khác là đã điều khiển được quá trình chín ở cà chua,
sau này có tên là FlavrSaver.
- Năm 1989, không những đã thành công trong việc chuyển các gene mã hóa
các kháng thể vào thực vật, mà người ta còn tạo nên các sản phẩm gene này như
mong muốn. Kết quả này đã mở ra một khả năng hoàn toàn mới mẽ cho việc sản xuất
vaccine và cả khả năng chống bệnh ở thực vật.
- Năm 1990, thành công trong việc tạo ra cây biến đổi gene bất dục đực,
không có khả năng tạo hạt phấn.
- Từ năm 1991, thành phần carbohydrate của thực vật được biến đổi và năm
1992 là các acid béo. Cùng năm đó, lần đầu tiên thành phần alkaloid ở một loại cà
được cải thiện
- Năm 1994, cà chua Flavr Savr
R
là cây trồng đầu tiên biến đổi gene và quả
của nó được đưa ra thị trường.
- Năm 1998, trên thế giới đã có 48 giống cây trồng chuyển gene và sản phẩm
được thị trường hóa.
- Năm 1999, cây lúa biến đổi gene được đưa ra với 7 gene được biến nạp.
2.2. Định nghĩa
Thực phẩm chuyển gene hay biến đổi gene (GMF - genetically modified food)
là thực phẩm được chế biến từ các cơ thể sinh vật chuyển đổi gene (GMO -
Nhomac169@gmail.com
5
Thực phẩm biến đổi gene GVHD: Trần Thị Mai Anh
genetically modified organism). Đó có thể là động vật hay thực vật mang các gene tái
tổ hợp chuyển vào một cách nhân tạo nhờ công nghệ sinh học thay đổi một số phân
tử ADN như các loại ngũ cốc, rau củ, trái cây, gia súc,… để cho ra những phẩm chất
mong muốn như: tăng khả năng chống cỏ dại, chống sâu bệnh hay tăng hàm lượng
dưỡng chất…
• So sánh giữa lai giống thông thường và công nghệ sinh học thực vật
- Giống nhau: cả hai đều có cùng một mục tiêu là tạo ra các giống cây trồng
có chất lượng cao với những đặc tính đã được cải thiện giúp chúng phát triển tốt hơn
và ngon hơn.
- Sự khác biệt là cách thức thực hiện mục tiêu trên: Lai giống truyền thống đòi
hỏi sự trao đổi hàng ngàn gene giữa hai cây để có được tính trạng mong muốn. Trong
khi đó, nhờ Công nghệ sinh học hiện đại, chúng ta có thể lựa chọn một đặc tính mong
muốn và chuyển riêng nó vào hạt giống. Sự khác biệt giữa hai kỹ thuật này là rất lớn.
2.3. Tại sao phải sản xuất thực phẩm biến đổi gene
Dân số tăng cùng với sự phát triển đô thị hóa và mức thu nhập ngày càng cao
ở nhiều nước đang phát triển, dẫn đến nhu cầu về các sản phẩm từ thịt, sữa và trứng
ước tính sẽ tăng khoảng 2% /người. Tính đến năm 2020, nhu cầu trên toàn thế giới
đối với các sản phẩm từ thịt cũng sẽ tăng hơn 55% so với mức tiêu thụ hiện tại, mà
phần lớn là ở các nước đang phát triển.
Nhu cầu đối với các loại thức ăn ngũ cốc cũng sẽ tăng theo, 3%/năm ở các
nước đang phát triển và 0,5%/năm ở các nước phát triển. Tính trung bình, để tạo ra
1kg thịt thì cần khoảng 3kg thức ăn chăn nuôi làm từ ngũ cốc và 1kg sữa thì cần
khoảng 1kg thức ăn tương ứng.
Để mở rộng diện tích canh tác mà không gây những tác động bất lợi đối với
môi trường là rất hạn chế nên việc sản xuất các loại thực phẩm hay thức ăn chăn nuôi
từ ngũ cốc cần phải tăng năng suất.
Theo tính toán, đến giữa thập kỷ tới, thế giới sẽ có 8-10 tỷ người, yêu cầu tổng
lương thực, thực phẩm phải đạt tốc độ tăng trưởng ít nhất 40%, đó là điều khó hiện
Nhomac169@gmail.com
6
Thực phẩm biến đổi gene GVHD: Trần Thị Mai Anh
thực trong tình trạng sản xuất như hiện nay. Do đó sản xuất thực phẩm biến đổ gene
để tăng năng suất, sản lượng và chất lượng của thức phẩm là hết sức cần thiết.
• Những tính trạng được đưa vào GMO
Có 12 loài đã được cấp phép sản xuất thương mại tại Mỹ và những tính trạng
mới (đưa vào thông qua kỹ thuật gene) được chia làm 6 nhóm.
2.4. Qui trình chuyển gene vào thực phẩm:
Kỹ thuật chuyển gene, ghép gene là kỹ thuật đưa một gene lạ (một đoạn ADN,
ARN) vào tế bào vật chủ làm cho gene lạ tồn tại ở các plasmid trong tế bào chủ hoặc
gắn bộ gene tế bào chủ, tồn tại và tái bản cùng với bộ gene của tế bào chủ. Gene lạ
trong tế bào chủ hoạt động tổng hợp các protein đặc hiệu, gây biến đổi các đặc điểm
đã có hoặc làm xuất hiện những đặc điểm mới trên các cơ thể chuyển gene.
2.4.1. Phương pháp chuyển gene vào tế bào thực vật: có hai phương pháp
• Chuyển gene gián tiếp:
Chuyển gene nhờ virus và phage.
Chuyển gene nhờ vi khuẩn: Agrobacterium tumefaciens, Agrobacterium
rhizogenees.
Nhomac169@gmail.com
7
Tính trạng Loài thực vật Nguồn gene
Kháng côn trùng (BT)
Ngô, khoai tây, cà
chua, bông
Vi khuẩn đất
Kháng thuốc diệt cỏ
Ngô, đậu tương, bông,
củ cải đường, lúa, hạt
cải dầu, cây lanh
Một số loại vi khuẩn,
cây thuốc lá (gene đã
được biến đổi)
Kháng virút Bí, khoai tây, đu đủ Vi rút thực vật
Làm chậm quá trình
chín quả
Cà chua
Cà chua, vi khuẩn đất,
hoặc vi rút
Tăng sản lượng dầu Hạt cải dầu, đậu tương
Cây nguyệt quế hoặc
đậu tương
Điều khiển thụ phấn Ngô, rau diếp xoăn Vi khuẩn đất
Thực phẩm biến đổi gene GVHD: Trần Thị Mai Anh
Để chuyển một gene có đặc tính tốt vào tế bào thực vật, ta chỉ cần chèn gene
đó vào giữa đoạn T-ADN của vi khuẩn Agrobacterium rồi tiến hành nuôi cấy vi
khuẩn đó với các tế bào hay mô thực vật trong các điều kiện thích hợp.
Ví dụ :Chuyển gene gián tiếp thông qua vi khuẩn Agrobacterium
tumefaciens.
A.tumefaciens là loại vi khuẩn gây bệnh khối u ở thực vật sống trong đất.
Trong lĩnh vực biến nạp gene, nó được sử dụng làm vectơ đặc biệt để chuyển các
gene ngoại lai vào thực vật, nhằm tạo ra những thực vật mang gene có các đặc tính
mong muốn.
Hiện nay có rất nhiều kỹ thuật chuyển gene khác nhau vào tế bào song kỹ
thuật chuyển gene bằng vi khuẩn Agrobacterium tumerfacien vẫn được ứng dụng
rộng dãi là nhờ những ưu điểm sau.
- Không đòi hỏi dụng cụ đặc biệt
- Số lượng bản copy thấp và ổn định ở thế hệ con cháu
- Dễ thao tác invitro, dễ làm
- Đây là kỹ thuật đơn giản, chi phí thấp
Để thực hiện việc chuyển gene nhờ vi khuẩn người ta sử dụng kỹ thuật đĩa lá.
Tạo các đĩa lá của thực vật cần chuyển gene sau đó xử lý các đĩa lá trong dung dịch
vi khuẩn A.tumefaciens mang các plasmid chứa gene mong muốn đã được thiết kế lại
trong vài chục phút, trong dung dịch có bổ sung acetosyringone để tăng cường khả
năng hoạt hoá gene vùng vir qua đó thúc đẩy thêm quá trình chuyển gene. Sau giai
đoạn này rửa sạch lá bằng dung dịch kháng sinh cefotaime để diệt hết khuẩn. Nuôi
cấy đĩa lá trên môi trường tái sinh và tạo cây. Chọn lọc các cây mang gene chuyển
vào qua sự phát hiện các gene bị chỉ thị. Phát hiện các gene chuyển vào qua phân tích
ADN và đánh giá sự thể hiện của gene qua biotest.
• Chuyển gene trực tiếp: dựa vào hiện tượng vật lý và hóa lý để chuyển
gene đặc tính tốt vào vật liệu di truyền của tế bào hay của mô thực vật.Với phương
pháp này các nhà khoa học phải sử dụng nhiều cách khác nhau như dùng hóa chất,
tạo xung điện, sử dụng súng bắn gene, tiêm trực tiếp ADN vào nhân.
Nhomac169@gmail.com
8
Thực phẩm biến đổi gene GVHD: Trần Thị Mai Anh
- Kỹ thuật biến nạp qua protoplast: Sau khi tách, protoplast được xử lý nhẹ
bằng siêu âm có hiện diện của ADN ngoại lai. Sóng siêu âm giúp ADN đi vào tế bào.
- Chuyển gene trực tiếp bằng phương pháp điện di.
- Kỹ thuật sử dụng súng bắn gene: Đây là phương pháp phổ biến được áp
dụng thành công để chuyển gene trực tiếp vào thực vật. Nguyên tắc là phải tạo một
luồng khí để đẩy các viên đạn có kích thước nhỏ mang các gene mong muốn (các
viên đạn này thường được làm bằng Au hoặc volfram). Chúng có v = 1300 m/s xuyên
qua các lớp tế bào, mô để xâm nhập vào geneom thực vật. Ưu điểm của phương pháp
này là có thể chuyển gene vào nhiều đối tượng (tế bào, mô, mô sẹo), tần xuất thành
công khá cao (ở cây một lá mầm). Hơn nữa việc thiết kế vector khá đơn giản. Tuy
nhiên khi tái sinh cây lại dễ bị thể khảm.
- Kỹ thuật chuyển gene bằng vi tiêm: Phương pháp này sử dụng vi tiêm nhỏ,
kính hiển vi và các vi thao tác. Các vi tiêm đó đã chuyển vector mang gene vào
protoplas hoặc các tế bào đơn (chưa hình thành vỏ cứng). Phương pháp này có ưu
điểm là đưa được các gene chính xác vào tế bào song phương pháp này mới chỉ thành
công ở động vật.
- Kỹ thuật chuyển gene qua ống phấn: Phương pháp này còn được xem là
phương pháp chuyển không qua nuôi cấy mô. Đây là phương pháp lợi dụng ống phấn
để chuyển vector mang gene đi cùng tế bào sinh dục đực (tinh tử) để kết hợp với tế
bào trứng tạo hợp tử mang gene ngoại lai được chuyển vào. Sau đó, hợp tử sẽ phát
triển thành hạt. Hạt nảy mầm và phát triển thành cây chuyển gene và được di truyền
cho các thế hệ sau. Chuyển gene qua ống phấn tốt nhất thực hiện ngay sau khi quá
trình thụ tinh xảy ra ở noãn, nhưng tế bào sinh dục cái chưa kịp phân chia. Nếu làm
được như vậy sự chuyển gene sẽ được thực hiện đối với một tế bào sinh sản cái
(trứng) duy nhất và sau khi tái sinh cây sẽ tránh xuất hiện thể khảm.
- Kỹ thuật chuyển gene bằng sốc nhiệt: dùng nhiệt độ để tạo ra những biến
đổi.
2.4.2. Phương pháp chuyển gene vào tế bào động vật
Nhomac169@gmail.com
9
Thực phẩm biến đổi gene GVHD: Trần Thị Mai Anh
- Phương pháp DEAE-dextran: DEAE-dextran là một polycation (có thể là
polybrene, polyethyleneimine và dendrimers…). Đây là tác nhân hóa học đầu tiên
được sử dụng để chuyển ADN vào tế bào động vật nuôi cấy.
- Phương pháp sử dụng kỹ thuật calcium phosphate: được bắt đầu 1973, đây
là kỹ thuật vô cùng có giá trị đối với các nghiên cứu chuyển gene vào các tế bào
sôma nuôi cấy và đang được sử dụng nhiều để chuyển các dòng gene vào tế bào động
vật.
- Phương pháp chuyển gene qua liposome: Vào thập niên 1980, liposome nhân
tạo đã được sử dụng để đưa ADN vào tế bào.
- Phương pháp vi tiêm: Nguyên tắc của phương pháp vi tiêm là một lượng nhỏ
ADN được tiêm trực tiếp vào nhân tế bào phôi trần hoặc tế bào nguyên vẹn một cách
cơ học dưới kính hiển vi  đây là phương pháp có hiệu quả nhất và được sử dụng
rộng rãi nhất để tạo động vật chuyển gene.
Nhomac169@gmail.com
10
Thực phẩm biến đổi gene GVHD: Trần Thị Mai Anh
Sử dụng các phương pháp này, các gene chuyển có chiều dài trên 50 kb của
virus, sinh vật tiền nhân, thực vật, động vật không xương sống hoặc động vật có
xương sống có thể được chuyển vào gene của động vật có vú và chúng có thể được
biểu hiện ở cả tế bào sinh dưỡng và tế bào sinh sản.
Nhomac169@gmail.com
11
Thực phẩm biến đổi gene GVHD: Trần Thị Mai Anh
- Phương pháp chuyển gene
nhờ vector virus: Vào năm 1974, lần
đầu tiên các nhà khoa học phát hiện
thấy rằng, sau khi tiêm ADN của
retrovirus SV40 vào khoang phôi của
túi phôi chuột, ADN này có thể được
tìm thấy sau đó trong các tế bào của
chuột trưởng thành. Tuy phức tạp
nhưng hiệu quả chuyển gene cao.
- Phương pháp chuyển gene
bằng cách sử dụng tế bào gốc phôi:
những tế bào đã được biến nạp gene
lạ người ta đưa nó vào phôi khác ở
giai đoạn phôi nang để tạo ra động
vật chuyển gene thể khảm.
2.4.3 Các phương pháp
nhận biết và cấu trúc
phân tử của thực
phẩm biến đổi gene
(TPBĐG)
• Việc nhận biết
TPBĐG: rất cần thiết đối với nhiều
ứng dụng như để đánh giá mức độ
sạch của hạt giống hay đối với việc
bắt buộc dán nhãn thực phẩm ở một
Nhomac169@gmail.com
12
Thực phẩm biến đổi gene GVHD: Trần Thị Mai Anh
số quốc gia. Vì thế nhiều kỹ thuật phân tích đã và đang được phát triển để đáp ứng
nhu cầu này.
• Việc phát hiện và nghiên cứu TPBĐG: phải tiến hành ở hai mức độ
- Bước thứ nhất (ở mức độ thấp) là phát hiện có hay không. Muốn chuyển một
gene nào đó vào nông sản thì trong chuỗi gene sẽ có đoạn gene nối. Phát hiện đoạn
gene nối tức là thực phẩm có chuyển gene.
- Bước hai thì phải trang bị đoạn gene chuẩn (đoạn gene primer) để so sánh và
biết được họ đưa gene gì vào, như gene tăng cường chuyển hoá đường hay gene
kháng sâu đục thân…
Việc phát hiện GMO và dẫn xuất của nó có thể được thực hiện nhờ sự nhận
biết phân tử (ADN, ARN hoặc protein) mà những phân tử này có nguồn gốc từ gene
được chèn (hoặc gene được biến đổi). Có ba phương pháp để xác định GMO là:
- Phương pháp khuyếch đại dựa trên cơ sở nucleotid:
+ Phương pháp dựa trên cơ sở ARN.
+ Phương pháp dựa trên cơ sở AND.
- Phương pháp dựa trên cở sở protein.
- Phương pháp dựa trên cơ sở phát hiện hoạt tính enzym.
Cho đến nay các phương pháp chính để phát hiện GMO và các dẫn xuất của
GMO chủ yếu dựa trên việc phát hiện ADN đã phát triển, trong khi chỉ một vài
phương pháp được phát triển để phát hiện protein hoặc ARN. Tuy có nhiều kỹ thuật
khác nhau nhưng mỗi kỹ thuật lại có tính đặc hiệu và mặt hạn chế riêng của nó.
2.5. Lợi ích và những lo ngại về GMO
2.5.1. Lợi ích của GMO
• Đối với cây trồng:
- Kháng sâu bọ: Thiệt hại mùa màng do sâu bọ gây ra hết sức lớn, dẫn đến
cảnh nghèo đói, cực khổ đối với nông dân các nước đang phát triển. Mỗi năm, để
phòng tránh sâu bệnh, nông dân thường phải sử dụng hàng tấn thuốc trừ sâu hóa học.
Thực phẩm bị nhiễm thuốc trừ sâu rất độc hại, gây nên những hậu quả nghiêm trọng
đối với sức khỏe người tiêu dùng. Đồng thời, dư lượng rác thải nông nghiệp từ thuốc
trừ sâu và phân bón cũng góp phần làm ô nhiễm nguồn nước, từ đó gây tác động
Nhomac169@gmail.com
13
Thực phẩm biến đổi gene GVHD: Trần Thị Mai Anh
không tốt cho môi trường. Thực phẩm biến đổi gene (TPBĐG) như ngô Bacillus
thurigensis ( B.t) có thể giúp chúng ta loại trừ thuốc trừ sâu hóa học, nhờ đó hạ thấp
giá thành nông sản.
- Chịu thuốc trừ cỏ: Để trừ cỏ cho một số loại cây trồng, nông dân thường sử
dụng một lượng lớn các loại thuốc trừ cỏ khác nhau. Tuy nhiên, phương pháp này đòi
hỏi nhiều thời gian và tiền bạc để đảm bảo rằng thuốc trừ cỏ không làm hại đến cây
trồng lẫn môi trường. Do vậy, cây trồng sẽ được biến đổi gene để tăng sức đề kháng
đối với thuốc trừ cỏ. Nhờ đó, nông dân chỉ cần phun một loại thuốc thay vì nhiều loại
như trước, giảm bớt tổn hại đến môi trường.
- Chịu dịch bệnh: Bệnh của cây trồng do rất nhiều loại virus, nấm và vi
khuẩn gây ra. Các nhà sinh học thực vật đang cố gắng tạo ra những loại cây trồng
chuyển gene có sức đề kháng đối với mọi loại bệnh.
- Chịu lạnh: Sương giá đột ngột có thể phá huỷ những cây giống nhạy cảm.
Một loại gene chống giá rét lấy từ cá nước lạnh đã được cấy vào một số cây trồng như
thuốc lá và cà chua. Với gene này, cây trồng có thể chịu được nhiệt độ thấp mà trước
kia chúng không thể nào chịu đựng được.
- Chịu hạn, chịu mặn: Vì dân số thế giới ngày một tăng cao, đất đai sử dụng
cho mục đích làm nhà ở ngày càng lấn lướt đất đai nông nghiệp. Để đáp ứng nhu cầu
về đất đai, nông dân buộc phải canh tác ngay cả những vùng đất vốn không phù hợp
với việc trồng cấy. Tạo ra cây trồng có khả năng chịu đựng thời kỳ hạn hán dài ngày
hoặc lượng muối cao trong đất và nước ngầm sẽ giúp ích rất nhiều cho nông dân.
- Dinh dưỡng: ở các nước nghèo, vấn đề suy dinh dưỡng là hiện tượng hết sức
phổ biến vì người dân thường chỉ dựa vào một loại cây trồng duy nhất làm thức ăn,
chẳng hạn như gạo. Tuy nhiên, gạo không chứa đủ lượng chất dinh dưỡng cần thiết
cho cơ thể. Nếu được chuyển đổi gene, gạo sẽ chứa nhiều vitamin bổ sung và khoáng
chất hơn, đủ để bù đắp cho việc thiếu hụt chất dinh dưỡng. Chẳng hạn, tại các quốc
gia đang phát triển, mù do thiếu vitamin A là căn bệnh rất hay gặp. Các nhà nghiên
cứu thuộc Viện Khoa học cây trồng Thuỵ Sỹ đã tạo ra được giống lúa "vàng" chứa
lượng vitamin A cực cao và đang chuẩn bị tạo giống lúa chứa nhiều sắt. Tuy nhiên,
do phong trào phản đối TPBĐG đang lan mạnh ở Châu Âu, hai giống lúa này có rất ít
khả năng đến được với các nước nghèo đói.
Nhomac169@gmail.com
14

Xem chi tiết: Thực phẩm biến đổi gene