Bài giảng Công nghệ sinh học thực phẩm - Chương 4, Phần 1: Công nghệ sinh học truyền thống - Phạm Hồng Hiếu

BIOTECHNOLOGY
“Được hiểu là một công nghệ mạnh, can thiệp
trực tiếp vào gen và tế bào, nhằm cải biến sự sống
phục vụ cho lợi ích chính đáng của con người”
-Phương pháp mạnh
-Kỹ thuật mạnh
-Tài chính mạnh
-Trí tuệ mạnh
-Sản phẩm mạnh
Bên cạnh CNSH truyền thống
ATP
ATP
ATP
Vai trị 
các chất 
trong 
thực phẩm 
với 
tế bào
SINH HỌC CỦA THỰC PHẨM CHỨC NĂNG
Vai trò ngoại bào (thụ động)
Vai trò nội bào (chủ động)
(Giúp đỡ mô và cơ quan sử dụng
tốt các sản phẩm của tế bào)
(Kích hoạt vào nội bào,“đặt hàng”
cho tế bào sản xuất hay hoạt động)
Làm thay đổi tính thấm màng tb
ATP 3’,5’- cAMP + PP
Adenyl
cylase
5’- AMP
Phospho-diesterase
Kênh ion
Màng tế bào
(Cơ chế thông tin nội bào)
(Protein G)
Hoạt hóa enzyme (thông tin nội bào)
Màng tế bào
Cơ chất A 
bất hoạt
Phosphoryl hóa
Cơ chất A 
hoạt động
E’
E
+ ATP
cAMP
ADP
Các protein
kinase
Tạo dòng thác E’
Màng tế bào
Phosphoryl hóa
E
+ ATP
cAMP
A(
M-ase
Protein mới
ARNm
Phiên mã
THỰC PHẨM CHỨC NĂNG TỪ CNSH
Từ công nghệ thao tác chuyển gen
Từ công nghệ lai tế bào (thể khảm)
Từ công nghệ mô và nhân bản
Từ công nghệ thụ tinh ống nghiệm
Từ công nghệ tế bào gốc
Từ nguồn động thực vật hoang dã
Từ nguồn sàng lọc hợp chất tự nhiên
CƠNG NGHỆ SINH HỌC 
THỰC PHẨM
Sinh vật biến đổi gen 
(Genetically Modified Organisms – GMO)
CNSH TP – Truyền thống và Hiện đại
 CN Thực phẩm dựa trên sinh học
 CNSH thực phẩm truyền thống:
 Lên men VSV
 Pho mai
 Bia
 Rượu vang
 Bánh mì
 CNSH thực phẩm hiện đại
 Nuơi cấy mơ
 Kỹ thuật di truyền
 Khác với nhân giống vật nuơi 
và cây trồng
Kỹ thuật di truyền – GMO/GMF là gì?
 Kỹ thuật di truyền liên quan
đến các thao tác trên phân tử
DNA
 DNA từ lồi này được gắn vào
DNA của một lồi khác
 Gọi là: DNA tái tổ hợp
 Sinh vật chịu các tác động về
mặt di truyền gọi là:
 SV biến đổi gen (GMO)
 SV chuyển gen (TO)
 Thực phẩm sử dụng nguyên
liệu từ GMO gọi là thực phẩm
biến đổi gen (GMF)
Chế biến từ các cơ thể động, thực vật mang 
các gen tái tổ hợp được chuyển vào một cách 
nhân tạo nhằm phục vụ các lợi ích khác nhau 
Thực phẩm chuyển gen (tp biến đổi gen)
(GMF_Genetically Modified Food)
(GMO_genetically modified organisms) 
FOOD - FEED
“TẠO RA SINH VẬT MANG TÍNH TRẠNG LẠ”
GMO/GMF – Tại sao?
 KT di truyền là phương pháp
chính xác nhằm tạo ra các sản
phẩm biến đổi gen (thực vật,
động vật, vi sinh vật, thực
phẩm) theo như mong muốn
 Hiệu quả nhanh chĩng, rõ
ràng, khơng mang tính dị tìm
như quá trình chọn lọc tự
nhiên
 Cung cấp cơng cụ giúp chiến
đấu chống bệnh tật, đĩi kém,
cải thiện sức khỏe và bảo vệ
mơi trường
Gen lạ
QUY TRÌNH TẠO GMO
Các nhà khoa học Việt nam đã tạo ra 
thực vật mang gen người
Tế bào người phát triển
trong quả thị thành Cô Tấm
Các dấu mốc quan trọng đối với GMF
 1953: phát hiện cấu trúc phân tử
DNA
 1973: gen đầu tiên được nhân bản
 ở VSV
 1977: Hội nghị Asilomar ở Mỹ đã 
thơng qua:
 An tồn DNA tái tổ hợp
 Điều lệ
 Đánh giá nguy cơ
 Chính sách ngăn chặn
Các dấu mốc quan trọng đối với GMF
 1990: chymosin tái tổ hợp được 
chấp thuận bởi FDA
 Enzyme làm phomai
 Bắt nguồn từ bao tử bê
 Gen mã hĩa tạo bovine được biểu 
hiện ở các vi khuẩn GRAS 
 Cĩ trong 80% các loại phomai ở
Mỹ
 Là loại phomai ‘chay’ ở Anh
Các dấu mốc quan trọng đối với GMF
 1994: FDA chấp thuận 
Cà chua “Flavr Savr”
 Chín chậm
 Chất lượng tăng cao
Các dấu mốc quan trọng đối với GMF
 1999: bắp và đậu nành 
chuyển gen cĩ mặt trong 
80% thực phẩm chế biến sẵn 
ở Mỹ
 Bắp:
 Tinh bột, siro bắp giàu 
hàm lượng fructose 
(HFCS-high fructose corn 
syrup), dầu
 Đậu nành: 
 Dầu, Lecithin, protein
Các dấu mốc quan trọng đối với GMF
 1999: Khối liên hiệp Châu 
Âu địi hỏi phải dán nhãn 
sản phẩm chuyển gen và 
chặn nhập khẩu bắp và 
các loại đậu chuyển gen
 Lệnh cấm được bãi bỏ
năm 2004 nhưng quan 
điểm chống GM khơng 
thay đổi
Các dấu mốc quan trọng đối với GMF
 2000: tiêu chuẩn về
thực phẩm hữu cơ của 
USDA
 Phải khơng cĩ GM
Các dấu mốc quan trọng đối với GMF
 2005: 222 triệu acres (1 
acre = 0.4 ha) trên thế
giới
 Được trồng bởi các cây 
chuyển gen
 55% ở Mỹ
 Đậu nành
 Bắp 
 Bơng 
 Ấn Độ, Trung Quốc
 Hạt cải
BIẾN ĐỔI GEN VI SINH VẬT
(tạo các sản phẩm mới)
Ví dụ sản phẩm insulin
Các sản phẩm từ VSV chuyển gen
 Enzyme thực phẩm
 Bánh mì
 Chất tạo ngọt HFCS
 Amino acids
 Peptides
 Nutrasweet
 Hương vị
 Acid hữu cơ
 Polysaccharide
 Vitamin
Thực vật chuyển gen
 Tính trạng nơng học
 Bắp Bt
 Đậu tương kháng 
Roundup (chất diệt cỏ)
 Kháng bệnh
 Chất lượng thực phẩm
 Dinh dưỡng
 Sản phẩm trao đổi chất
 Vac-xin
Lúa “vàng” nhiều beta-caroten (tiền vitamin A)
(Viện Cơng nghệ khoa học 
thực vật Thụy Sĩ) 
Quỹ Rockefeller tài trợ 
Hy vọng cứu được 500.000 
người mù lồ 
Tạp chí Nature Biotechnology vừa cho hay
các nhà nghiên cứu Israel đã tạo ra được giống cà chua
biến đổi gen mang mùi nước hoa, chanh, sả, hoa hồng.
Cà chua mùi hoa hồng 
Bắp kháng sâu Bt
 Chất diệt cơn trùng tự nhiên 
từ Bacillus thuringiensis
 Khơng độc đối với con người
 Đối tượng diệt: sâu bắp
 Tiềm năng:
 Giảm lượng thuốc diệt cơn trùng 
cần dùng
 Giảm độc tố nấm
 40% U.S. Corn crop Bt (2006)
Lo ngại về Bt
 Phấn hoa cây Bt là mối nguy 
đến các lồi khơng chủ đích? 
 Cĩ thể tiến hĩa chủng kháng Bt
 Phấn hoa cây Bt cĩ thể phân tán 
ra đồng ruộng khác
 Khơng kiểm sốt được việc bắp 
Bt Starlink (dùng trong chăn 
nuơi) thâm nhập vào hệ thống 
tiêu dùng của con người 
Khả năng kháng thuốc diệt cỏ
Đậu nành, bắp và hạt cải 
canola kháng thuốc diệt cỏ
Roundup
Cho phép tưới diệt kể cả
sau khi cỏ hại đã xuất hiện
Tăng năng suất
Khơng phải canh tác nhiều
89% U.S. Soy crop (2006)
Lo ngại về khả năng kháng 
thuốc diệt cỏ
 Khuyến khích sử dụng thuốc 
diệt cỏ
 Ơ nhiễm nguồn nước ngầm
 Tiêu diệt VSV cĩ lợi cho đất
 Thụ phấn chéo giữa các loại cỏ
dại
 Đẩy nhanh sự phụ thuộc vào 
các cơng ty hĩa nơng
Khả năng kháng bệnh
 Cải hạt 
 Đưa đỏ
 Đưa leo
 Bắp 
 Lúa 
 Đu đủ
 Khoai tây
 Đậu nành
 Bí 
 Cà chua
 Lúa mì
Đu đủ biến đổi gen kháng virus
Alpha-glucosidase
THỎ
Chống bệnh Pompe’s, bệnh rối loạn tế bào 
gan khơng cĩ khả năng chuyển hố 
glycogen đái đường
 -glucosidase
CÁ
- Gen sinh trưởng (fGH, hGH, bGH)
- -gallactosidase, 
- kháng hygromycine, 
- protein chống đơng lạnh, 
- -globin, neomicine,
- phosphats-transferase, 
- liciferase
-crystallin
Gen biệt hóa SC
Gen protein
Gen tan máu
Gen kháng virus
GÀ
Trứng với hàm lượng dinh dưỡng 
phù hợp với nhu cầu con người
Sức khỏe và Dinh dưỡng
 Gạo Golden Rice
 Tăng cường vitaminA, sắt
 Hạt giống được phát miễn 
phí cho dân nghèo
 Cải thiện cân bằng acid 
amin cho đậu nành và 
bắp
 Vaccine từ chuối
Một vài thành tựu trên thế giới
 Chuyển gen mã hĩa Cry protein
từ B. thuringensis vào cây bắp
 sâu ăn phải bị độc tố tiêu
diệt
 Khơng phát hiện kháng thể
chuyên biệt đối với Cry protein
biểu hiện đáp ứng dị ứng 
khơng gây hại cho người
 Nghiên cứu cho thấy bắp Bt ít
bị nhiễm bởi nấm fusarium và
độc tố nấm fumonisn hơn là
bắp thơng thường, cụ thể giảm
được 90-93%
Bắp Bt
Một vài thành tựu trên thế giới
 Kéo dài thời gian bảo quản quả
nhờ đưa vào gen làm cản trở tổng
hợp enzyme polygalacturonase
gây phân hủy pectin làm mềm
quả dẫn đến dễ bị tấn cơng bởi
nấm
 Khơng cĩ tác dụng kéo dài độ
cứng của quả quả vẫn phải
được thu hoạch lúc xanh như loại
cà truyền thống
 Lai giữa giống chuyển gen với
những giống ngon cho ra quả
chuyển gen cĩ hương vị ngon hơn
Cà chua Flavr Savr
Một vài thành tựu trên thế giới
 Trung bình 1 người nơng dân 
Trung Quốc dùng bơng vải Bt 
thì:
 Giảm dùng thuốc trừ sâu 6-20 
lần
 Chi phí giảm 28% cho 1kg 
bơng
 Nơng dân trồng bơng vải Bt ở
Mexico và Nam Mỹ vừa tăng 
được sản lượng vừa tiết kiệm 
chi phí
 Giảm sử dụng thuốc trừ sâu = 
giảm mối nguy ngộ độc thuốc
Bơng vải Bt Bollgard
Một vài thành tựu trên thế giới
 Đậu nành Roundup
Ready của Mosanto cĩ
khả năng kháng thuốc
diệt cỏ
 Tăng lạm dụng thuốc 
gây độc và ảnh hưởng
đến vật khơng chủ đích
 Tạo ra loại cỏ dại kháng
thuốc ‘superweeds’
Một vài thành tựu trên thế giới
UH Rainbow là kết quả lai của giống đu
đủ Hawai thường với giống chuyển gen
kháng virus gây đốm vịng (papaya
ringspot virus) UH Sunup, tạo ra giống
đu đủ chuyển gen chất lượng cao giàu
vitamin và kháng virus
UH Rainbow & UH Sunup Papaya
Vùng xanh dày là UH Rainbow, cịn vùng
xung quanh thưa thớt là đu đủ thường bị
tác hại nặng bởi virus đốm vịng
Hàng bên trái là đu đủ bị tác hại nghiêm
trọng của virus đốm vịng, hàng bên
phải là đu đủ UH Rainbow kháng virus
Một vài thành tựu trên thế giới
 Sản lượng bị giới hạn bởi độ nhiễm
mặn trên 40% diện tích đất tưới
tiêu
 Cà chua chuyển gen Blumwald và
Zhang tạo ra một lượng dồi dào các
protein vận chuyển
 Cây trồng sinh trưởng và tạo quả cả
trong điều kiện nước tưới cĩ độ
mặn cao hơn 50 lần bình thường, và
bằng 1/3 độ mặn nước biển
Một vài thành tựu trên thế giới
 Các bệnh về nấm phá hủy 50 triệu tấn lúa hàng năm,
giống kháng nấm cĩ thể được phát triển nhờ chuyển
gen mã hĩa cho protein kháng nấm
 Cơn trùng gây ra tổn thất 26 triệu tấn lúa hàng năm,
việc chuyển gen mã hĩa cho protein kháng cơn trùng
giúp giảm dùng thuốc diệt cơn trùng thân thiện
với mơi trường
 Các bệnh về virus phá hoại 10 triệu tấn lúa hàng
năm, thể chuyển gen bắt nguồn từ virus Tungro cho
phép cây trồng phát triển hệ thống tự bảo vệ
 Virus khảm khoai mì gây tổn hại nghiêm trọng cho
cây khoai mì.
 Giải pháp: ngăn biểu hiện di truyền của virus bằng
cơng cụ anti-sense RNA trong giai đoạn nhiễm ban
đầu, tạo phản ứng mẫn cảm sau khi virus tấn cơng,
ngăn chặn virus tái sinh bằng cảm ứng gen câm lặng
Một vài thành tựu trên thế giới
 > 100 triệu trẻ em
trên thế giới bị thiếu
vitamin A.
 Gạo đã được biến đổi
gen để tích lũy được
nhiều β-carotene.
Gạo được tích hợp
tính trạng này giúp
giảm 1-2 triệu
trường hợp tử vọng
ở trẻ em mỗi năm
Ye et al. (2000) Science 287: 303-305.
Normal rice
“Golden” rice
Các đề tài nghiên cứu ở Việt Nam
Viện Sinh học Nhiệt đới đã thử nghiệm thành cơng:
 Dịng lúa chuyển gen kháng sâu đục thân bằng vi 
khuẩn Agrobacterium tumefaciens
 Cây thuốc lá và cây Hơng kháng sâu xanh (Heliothis 
ortunei) và thuốc trừ cỏ BastaTM 
 Cải ngọt mang gen Bt kháng sâu
 Ngơ chuyển gen tạo protein giàu sắt (ferritin)
ĐH KH TN 
tạo ĐV
chuyển gen
đầu tiên ở VN
(Đề tài Vườn Ươm TP HCM)