DNA tái tổ hợp là gì? Ý nghĩa của DNA tái tổ hợp trong y học

Vậy DNA tái tổ hợp là gì, nó đã và đang mang lại những ý nghĩa nào cho y học? Mời bạn tham khảo bài viết bên dưới đây để hiểu rõ hơn về vấn đề này nhé.

DNA tái tổ hợp

DNA, hay còn được gọi là acid 2’-deoxyribonucleic, là một phân tử quan trọng trong sinh học, chứa các thông tin di truyền cần thiết. Cấu trúc cơ bản của DNA bao gồm ba thành phần chính: Bazơ nitơ, đường pentose và acid phosphoric. Các bazơ nitơ là các đơn vị xây dựng DNA và được chia thành hai loại: Purin (bao gồm Adenine và Guanine) và pyrimidine (bao gồm Cytosine và Thymine).

Sự kết hợp đặc biệt giữa các bazơ nitơ tạo nên cặp bazơ, trong đó Adenine kết hợp với Thymine và Guanine kết hợp với Cytosine theo quy luật bắt cặp. Cấu trúc DNA tổ chức theo kiểu xoắn kép, tạo nên một hình dạng 3 chiều độc đáo. Hai sợi DNA xoắn quanh nhau và gắn kết thông qua các liên kết hóa trị giữa các bazơ nitơ, từ đó tạo nên một cấu trúc vững chắc và ổn định.

DNA tái tổ hợp, tiếng anh là recombinant DNA (rDNA) đôi khi còn được gọi là DNA khảm. DNA tái tổ hợp là sự tiến bộ quan trọng trong nghiên cứu di truyền học và sinh học phân tử. Nó tạo ra phân tử DNA mới bằng cách kết hợp các đoạn trình tự DNA từ hai hoặc nhiều loài sinh vật khác nhau. Quá trình này đem lại khả năng tạo thành các phân tử DNA mới có các tính chất và chức năng kết hợp từ các nguồn thông tin di truyền khác nhau.

Từ đó, mở ra nhiều cơ hội trong nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn. Giống như phân tử DNA là nguồn gốc tạo ra protein, DNA tái tổ hợp có khả năng tạo ra protein tái tổ hợp. Chính những protein này đóng vai trò then chốt trong khả năng ứng dụng của DNA tái tổ hợp.

Sự hình thành DNA tái tổ hợp

Công nghệ DNA tái tổ hợp

Công nghệ DNA tái tổ hợp ra đời là phương tiện cho quá trình nghiên cứu sâu về gen, cơ chế hoạt động của nó cũng như tạo ra các vật liệu di truyền mới mang lại ý nghĩa cho nhiều lĩnh vực đời sống. Công nghệ tái tổ hợp cho phép thao tác trực tiếp trên các nguyên liệu di truyền của các tế bào riêng biệt. Đưa các thông tin di truyền ngoại lai vào trong cơ thể vi sinh vật, các tế bào động vật và thực vật sinh trưởng nhanh. Nhờ đó có thể sản xuất ra các sản phẩm của gen ngoại lai (các protein) với các tốc độ và hiệu suất cao hơn mà thường khó có thể thực hiện được ở các hệ thống tế bào khác.

Để thực hiện quá trình này thành công, cần có một số nguyên liệu quan trọng cần thiết như sau:

Gen đích: Gen này chứa thông tin cần thiết để thực hiện một chức năng cụ thể hoặc sản xuất một sản phẩm nhất định. Có thể được chiết tách từ nguồn tự nhiên, hoặc được tổng hợp bằng phương pháp hóa sinh.
Hóa chất, công cụ để tách chiết DNA: Bao gồm các chất như Trizol, Phenol chloroform và các bộ kit tách chiết DNA. Các chất hóa học giúp tách chiết acid nucleic từ mẫu sinh học, hay tách chiết DNA và loại bỏ các tạp chất khác. Trong khi đó, bộ kit tách chiết cung cấp các chất lượng và tiêu chuẩn ổn định để đảm bảo quá trình tách chiết hiệu quả.
Enzym cắt và enzym nối: Các enzyme như Restriction Enzymes (RE) cắt DNA tại các vị trí nhất định, tạo điểm chặn để chèn gen đích. Enzym DNA ligase nối hai đoạn DNA đã được cắt tạo thành một phân tử hoàn chỉnh.
Vector chuyển gen: Plasmid hoặc Phage, là các phân tử DNA có khả năng tự nhân lên độc lập với tế bào chủ. Chúng thường chứa gen marker để theo dõi và xác nhận việc chèn gen đích.
Tế bào nhận: Thường là nấm men hoặc vi khuẩn. Tế bào này sẽ nhận gen mới được chèn vào vector và bắt đầu sản xuất sản phẩm mong muốn (protein, enzyme,...).

Dưới đây là các thao tác của quá trình tái tổ hợp DNA:

Thu nhận DNA chứa gen đích từ tế bào chủ: Tách chiết toàn bộ DNA của sinh vật chứa gen cần chuyển bằng cách sử dụng các loại hóa chất, hoặc sử dụng các bộ kit tách chiết có sẵn trên thị trường. Khuếch đại đoạn gen mong muốn bằng kỹ thuật PCR.
Cắt lấy gen cần chuyển và thể truyền: Cắt bằng cùng 1 loại enzyme để cắt chính xác đoạn gen đích cần thiết thông qua chu trình đặc hiệu có trên DNA và vector chuyển gen.
Gắn gen cần chuyển vào thể truyền bằng enzyme nối: Dùng enzyme nối (Ligase) để nối đoạn gen đích và vector lại với nhau.
Chuyển giao vào tế bào nhận: Chuyển các DNA tái tổ hợp vào tế bào nhận và tạo điều kiện giúp nó được biểu hiện.

Quá trình tái tổ hợp DNA yêu cầu sự chính xác và kiểm soát kỹ thuật cao, từ việc chọn lựa gen đích, cắt và nối DNA, đến việc chuyển giao DNA tái tổ hợp vào tế bào nhận. Tất cả các bước cùng tạo nên một quy trình hoàn chỉnh để tạo ra sản phẩm phù hợp.

Phage là vector dùng trong tái tổ hợp

Ý nghĩa của DNA tái tổ hợp với y học

Công nghệ DNA tái tổ hợp đã đóng góp một cách quan trọng vào sự phát triển của nhiều lĩnh vực trong xã hội, đặc biệt là trong lĩnh vực y khoa. Dưới đây là một số ví dụ điển hình về cách công nghệ này đã và đang được ứng dụng:

Insulin cho bệnh tiểu đường: Sử dụng DNA tái tổ hợp để sản xuất insulin có thể giúp tăng cường nguồn cung cấp hormon insulin, loại bỏ phương pháp thu thập insulin từ động vật, giúp insulin được cung cấp rộng rãi hơn và giảm chi phí sản xuất.
Vắc xin viêm gan B: DNA tái tổ hợp của kháng nguyên bề mặt virus viêm gan B được sản xuất trong tế bào nấm men để đưa vào vắc xin.
Hormon tăng trưởng (hGH): Công nghệ tái tổ hợp DNA cho phép sản xuất hormon tăng trưởng từ nguồn gốc tổ hợp, giúp hỗ trợ sự phát triển ở những người có vấn đề tại tuyến yên hoặc các tình trạng rối loạn yếu tố tăng trưởng khác.
Yếu tố đông máu: Sử dụng DNA tái tổ hợp để sản xuất yếu tố đông máu VIII, giúp cung cấp giải pháp mới cho người bệnh mà không cần phải hiến máu để lấy yếu tố này một cách tự nhiên.
DNA tái tổ hợp sử dụng để phát triển các kỹ thuật chẩn đoán HIV: Sử dụng protein HIV tái tổ hợp trong các kỹ thuật chẩn đoán giúp xác định kháng thể HIV một cách chính xác, cung cấp thông tin quan trọng về tình trạng nhiễm HIV của người bệnh.

Vắc xin viêm gan B từ tái tổ hợp DNA

Nói chung, công nghệ DNA tái tổ hợp đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chăm sóc sức khỏe, tạo ra các sản phẩm y tế hiệu quả và đáp ứng nhanh chóng nhu cầu y tế trên toàn cầu. Hy vọng qua bài viết trên bạn sẽ có cái nhìn cụ thể và rõ ràng hơn về DNA tái tổ hợp.