Đề bài: Hãy nêu một vài ứng dụng của sinh học tế bào. Trình bày quy trình ứng dụng và cơ sở tế bào học của chúng

Đề bài: Hãy nêu một vài ứng dụng của sinh học tế bào. Trình bày quy trình ứng dụng và cơ sở tế bào học của chúng. Phần I. Mở đầu  Nghiên cứu sinh học tế bào đóng vai trò trụ cột cho Công nghệ sinh học (CNSH). Bộ môn này nghiên cứu hoạt động của các phân tử trong tế bào, chúng chuyển động trong đó ra sao, thâm nhập và ra khỏi tế bào như thế nào; cách thức các tế bào vận động và tương tác với các tế bào khác; cách thức tế bào hiểu và phản ứng với thông tin từ môi trường; cách thức tế bào và các cấu phần của nó được tạo thành và phá huỷ ra sao. Công nghệ sinh học nếu được sử dụng hợp lý sẽ cho chúng ta những khả năng tiềm tàng, mở ra những khả năng chữa trị các bệnh hiệu quả hơn. Trong nhiều thế kỷ, con người đã sử dụng sức mạnh của các hệ thống sinh học để nâng cao cuộc sống của họ và thế giới. Nhiều người tranh luận rằng công nghệ sinh học bắt đầu từ hàng nghìn năm trước, khi cây trồng là các giống loài đầu tiên có đặc điểm riêng và vi sinh vật được dùng để nấu bia. Những người khác lại cho rằng sự khởi đầu của công nghệ sinh học là khi xuất hiện khả năng kỹ thuật cho phép các nhà nghiên cứu có thể điều khiển và chuyển đổi gen từ một cơ thể này sang cơ thể khác. Việc tìm ra cấu trúc DNA vào những năm 1950 đánh dấu bước khởi đầu kỷ nguyên mới. Gen được cải tiến từ DNA và được biểu hiện dưới dạng protein. Chúng tạo nên những cấu trúc làm cho chúng ta có những đặc điểm riêng. Vào những năm 1970, các nhà khoa học đã khám phá ra và sử dụng sức mạnh của “cái kéo” tự nhiên – protein được coi là enzymes hạn chế - để cắt riêng một gen từ một loại sinh vật này sang những sinh vật có liên quan hay không liên quan. Như vậy, công nghệ DNA tái kết hợp, hay như hầu hết các chuyên gia ngày nay cho đó là công nghệ sinh học hiện đại, đã ra đời. Trên nền những cơ sở cốt lõi đó, ngày nay sinh học tế bào cũng như công nghệ sinh học ngày càng phát triển và đạt được những thành tựu to lớn với những ứng dụng quan trọng trong cuộc sống và trong nhiều ngành khoa học khác. Phần II. Ứng dụng của sinh học tế bào.  Khả năng ứng dụng của sinh học tế bào. Những phát minh trong sinh học tế bào cung cấp những khả năng mới để phát triển thành CNSH: Nghiên cứu tế bào để phát minh ra kháng sinh Việc hiểu được cách thức tế bào nhận biết những vi sinh vật tấn công nó sẽ đem lại các liệu pháp mới, chẳng hạn như kháng sinh. Nhiều loại vi khuẩn chúng có khả năng gây bệnh cho người, thậm chí bệnh rất nặng, nguy hiểm đến tính mạng. Để tiêu diệt vi khuẩn từ lâu đã có nhiều loại kháng sinh được sử dụng và đã cứu sống vô vàn người bệnh. Chất kháng sinh diệt khuẩn đầu tiên tìm thấy và đặt tên là penicillin. Loại kháng sinh này được tìm ra từ nấm Penicillium notatum đã cứu sống được vô vàn người mắc bệnh nhiễm khuẩn. Từ penicillin, nhiều nhà nghiên cứu đã tìm tòi ra vô vàn các loại kháng sinh khác nhau và đã xếp chúng thành nhiều nhóm dựa vào cấu tạo và cơ chế tác dụng đối với vi khuẩn. Các nhà khoa học đã nghiên cứu thành công về cơ chế tác dụng của thuốc kháng sinh đối với vi khuẩn. Về mặt cấu tạo thì vi khuẩn là một tế bào hoàn chỉnh, có khả năng sống riêng biệt và phát triển không phụ thuộc vào tế bào túc chủ. Mỗi thành phần trong cấu trúc tế bào vi khuẩn có cấu tạo thích hợp trở thành “đích tác động” cho kháng sinh nhắm đến, gắn vào và cho tác dụng. Thí dụ như lớp vỏ bao bọc vi khuẩn là “đích tác dụng” của kháng sinh nhóm beta-lactam (gồm các penicillin và các cephalosporin). Dựa vào đặc tính này người ta nghiên cứu từng loại kháng sinh tác động vào một trong các thành phần của tế bào vi khuẩn làm cho vi khuẩn không phát triển và không tồn tại được (bị hủy diệt). Mỗi một nhóm kháng sinh có tác dụng khác nhau lên vi khuẩn và nhiều loại kháng sinh có tác dụng đồng thời. Có 4 cơ chế chính của kháng sinh tác động vào tế bào vi khuẩn, đó là: + Ức chế cấu tạo vách của tế bào vi khuẩn + Ức chế nhiệm vụ trao đổi chất của màng tế bào + Ức chế sự tổng hợp protein để tạo ra các tế bào mới + Ức chế sự tổng hợp acid nucleic của tế bào vi khuẩn. Ví dụ, kháng sinh penicilin và các loại thuốc cùng họ của nó sẽ tạo thành một lớp bao quanh tế bào không cho việc trao đổi chất giữa môi trường và vi khuẩn xảy ra hoặc với vai trò của tetracylin hay erythromycin thì chúng có tác dụng ngăn cản quá trình tạo ra các protein mới của vi khuẩn. Một số loại kháng sinh khác ngăn cản quá trình sao chép acid nucleic (ADN), một số khác ngăn cản khả năng hấp thụ dưỡng chất và phát triển của vi khuẩn. Do vậy, phần lớn các bệnh gây ra bởi vi khuẩn đều có thể chữa được bằng các loại kháng sinh. Đối với Virut: Do cấu tạo hoàn toàn khác biệt với tế bào vi khuẩn và nó không phải là một tế bào hoàn chỉnh bởi cấu tạo đơn giản hơn rất nhiều so với tế bào vi khuẩn chỉ là bộ gen (hoặc DNA hoặc RNA) bao quanh là lớp vỏ protein chứa nhiều kháng nguyên, vì vậy được gọi là “phi tế bào”. Do cấu tạo đặc biệt đó nên bắt buộc virut phải sống ký sinh bên trong tế bào túc chủ mà nó xâm nhiễm, bởi vì virut không có hệ thống enzym hoàn chỉnh nên không thể tự tạo ra năng lượng cho mình hoặc tự sinh sôi nảy nở được. Do đó, để tồn tại và phát triển thì virut phải xâm nhập vào trong các tế bào khác (tế bào túc chủ) và “gửi” các vật liệu di truyền của mình. Cấu tạo virut HIV. Khi vào cơ thể, áo protein bị loại bỏ, chỉ hoạt động bởi ARN hoặc ADN của nó, không có cách gì để nhận biết. Hơn nữa, kháng sinh diệt được vi khuẩn vì vi khuẩn ký sinh ngoài tế bào nên kháng sinh có thể diệt nguyên vi khuẩn, còn virut nằm trong vật chất di truyền của tế bào túc chủ cho nên nếu kháng sinh diệt virut thì đồng nghĩa với diệt cả tế bào của túc chủ (người hoặc động vật). Vì vậy, nếu thuốc kháng sinh muốn tấn công virut sẽ phải biết chọn lọc không tấn công vào các bộ phận “tầm gửi” này (tức là không tấn công vào tế bào túc chủ) và đây thực sự là cản trở cực lớn. Hơn thế nữa, virut còn có khả năng nằm ẩn mình vài năm trong tế bào trước khi phát bệnh. Từ đó, để thay vì dùng kháng sinh không có tác dụng đối với virut, các nhà khoa học đã nghiên cứu thành công một số thuốc diệt virut dựa trên cơ sở sự hiểu biết về cấu trúc và cơ chế xâm nhiễm, nhân lên trong tế bào túc chủ của virut. Nghiên cứu tế bào ứng dụng trong liệu pháp chống ung thư. Việc hiểu được cách thức tế bào tạo ra số lượng nhiều hơn những tế bào cần thiết và làm thế nào để kiểm soát sẽ giúp hoàn thiện liệu pháp chống ung thư. Ứng dụng công nghệ tế bào gốc. Việc hiểu được nhân tố nào kiểm soát sự tăng trưởng và chuyên biệt hoá của tế bào gốc có thể đem lại những ứng dụng trị liệu quan trọng. Việc hiểu được cách thức tế bào cảm nhận môi trường và cách thức sử dụng các quy trình này để tạo ra cảm biến sinh học có thể đem lại những ứng dụng trong phạm vi rộng; Công nghệ nano sinh học. Việc hiểu được các “giàn” phân tử và motor ở trong tế bào hoạt động cùng với nhau như thế nào có thể sẽ làm cơ sở cho những ứng dụng sinh học của công nghệ nano ở nửa thế kỷ tới. Nghiên cứu sinh học tế bào mở ra nhiều hướng ứng dụng. Dưới đây tôi chỉ trình bày 2 ứng dụng cơ bản và có triển vọng nhất hiện nay là: Công nghệ tế bào gốc, công nghệ nano. Công nghệ tế bào gốc Sơ lược tế bào gốc. Quy trình Cơ sở khoa học. Công nghệ Nano sinh học Sơ lược Quy trình Cơ sở khoa học Phần III. Kết luận