Chuyên đề Sinh học 12 Chân trời sáng tạo Bài 1. Khái quát sinh học phân tử và các thành tựu

Phương pháp Real time RT-PCR là thành tựu của sinh học phân tử. Phương pháp này vừa được dùng để chẩn đoán chính xác các bệnh do sai hỏng DNA; các bệnh do vi khuẩn, virus, kí sinh trùng,…; vừa được dùng để xác định tải lượng vi sinh vật kí sinh ở người bệnh.

Trong các nghiên cứu được đề cập, nghiên cứu thuộc về cấp sinh học phân tử là: nghiên cứu về cấu trúc, chức năng của DNA/RNA, protein.

Một số thành tựu hiện đại về lí thuyết của sinh học phân tử:

- Những phát hiện và mô tả cấu trúc vật chất di truyền cấp độ phân tử (DNA, RNA):

+ Năm 1868, Friedrich Miescher khám phá ra chất mới là nuclein từ nhân tế bào. Nuclein hiện được biết đến là một hỗn hợp của DNA, RNA và protein.

+ Năm 1944, Oswald Avery đã chứng minh được chính DNA là vật liệu mang thông tin di truyền.

+ Năm 1953, hai nhà khoa học Francis Crick và James Watson tìm ra mô hình mạch xoắn kép của DNA.

- Những nghiên cứu làm sáng tỏ chức năng vật chất di truyền ở cấp độ phân tử:

+ Năm 1957, Francis Crick đã đề xuất học thuyết trung tâm (central dogma). Học thuyết mô tả dòng thông tin di truyền từ DNA qua RNA rồi đến protein.

+ Năm 1958, Matthew Meselson và Franklin Stahl chứng minh rằng sao chép DNA là bán bảo toàn.

+ Năm 1968, Marshall Nirenberg và Har Khorana nhận giải Nobel Sinh lí học và Y học cho công trình giải mã mã di truyền.

Vai trò của các kĩ thuật sinh học phân tử như PCR, điện di, giải trình tự gene, Southern blot, Northern blot, Western blot và chuyển gene:

- Các đoạn DNA được tạo ra sau khi chạy PCR giống nhau và giống đoạn DNA đích ban đầu.

- Giải thích: Nếu như trong tế bào sống, DNA được nhân bản dựa trên hệ thống các enzyme thì với PCR, DNA được nhân bản dựa trên các chu kì nhiệt. Quá trình nhân bản DNA theo nguyên tắc bổ sung dựa trên khuôn mẫu DNA ban đầu, do đó các DNA được tạo ra sau khi chạy PCR giống nhau và giống đoạn DNA đích ban đầu.

- Để tìm hiểu về thành tựu của việc ứng dụng kĩ thuật sinh học phân tử trong y học đang được áp dụng tại Việt Nam, HS có thể tìm kiếm thông tin ứng dụng kĩ thuật:

+ PCR, PCR cải tiến và ứng dụng.

+ Giải trình tự gene và ứng dụng.

+ Giải trình tự gene thế hệ mới và ứng dụng.

+ Kĩ thuật sản xuất vaccine tái tổ hợp và ứng dụng.

+ Công nghệ chỉnh sửa gene và ứng dụng.

+ Đa hình nucleotide đơn (SNP) ở người.

+ Công nghệ DNA tái tổ hợp.

- Để tìm hiểu về sinh học phân tử, các kĩ thuật sinh học phân tử, ứng dụng trong mọi mặt của đời sống nói chung và trong y học nói riêng, HS có thể tìm kiếm thông tin trên các cơ sở dữ liệu sinh học lớn trên thế giới. Một số cơ sở dữ liệu lớn nhất được giới thiệu như:

+ Trung tâm Thông tin Quốc gia và Công nghệ sinh học Hoa Kì (NCBI) (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/). Các tài nguyên và dịch vụ NCBI bao gồm:

GenBank: Là mảng dữ liệu về gene và amino acid. Từ trình tự này có thể tải về, phân tích về cấu trúc amino acid hay thiết kế mồi cho tách dòng phân tử,... Cũng có thể đệ trình kết quả nghiên cứu (đưa kết quả về trình tự nucleotide,...) lên GenBank.

Entrez: Kết nối thông tin giữa các mảng dữ liệu, giúp người truy cập dễ dàng tiếp cận các thông tin liên quan từ nhiều mảng khác nhau.

PubMed: Cho phép khai thác các công trình nghiên cứu đã công bố và các công trình có liên quan cùng chủ đề.

BLAST: Là công cụ được dùng để phân tích trực tuyến sự tương đồng các trình tự nucleotide, amino acid. Kết quả so sánh là nhận biết loại gene, protein và xác định loài trên cơ sở dữ liệu sinh học phân tử.

+ Viện Tin sinh học châu Âu (cơ sở dữ liệu EMBL) (https://www.ebi.ac.uk/). Các tài nguyên của EMBL gồm:

Nguồn dữ liệu chính của châu Âu về trình tự nucleotide.

Phần mềm xử lí thông tin sinh học.

Cơ sở dữ liệu được tạo ra trong sự hợp tác với GenBank.

Cung cấp các dịch vụ và thông tin liên quan đến Sinh học phân tử và Tin sinh học.

+ Ngân hàng dữ liệu DNA trực thuộc Viện Di truyền quốc gia Nhật Bản (cơ sở dữ liệu DDBJ) (https://www.ddbj.nig.ac.jp/index-e.html). Các tài nguyên của DDBJ gồm:

Ngân hàng dữ liệu các chuỗi nucleotide duy nhất tại châu Á.

Cơ sở dữ liệu được tạo ra trong sự hợp tác với GenBank.

* GenBank là sản phẩm hợp tác quốc tế giữa ba trung tâm dữ liệu gene là Genbank của NCBI, DDBJ, EMBL.