13 phương pháp chuyển gen phổ biến

chuyển gen, các kỹ thuật chuyển gen, phương pháp chuyển gen, dung hợp tế bào trần, biến nạp, điện biến nạp, chuyển gen bằng virus

Bài viết dưới đây giới thiệu một cách cơ bản top 13 phương pháp chuyển gen phổ biến.  Một trong số các phương pháp đó bao gồm: 1. Chuyển gen dựa vào Canxi Clorua (CaCl2), 2. Chuyển gen bằng Rubidium Clorua, 3. Điện chuyển, 4. Chuyển gen bằng bao gói trong liposome (Lipofection) và 5. Vi tiêm…

Phương pháp # 1. Truyền DNA nhờ Canxi Clorua (CaCl2)

Phương pháp này được sử dụng để biến nạp vào tế bào vật chủ là tế bào nhân sơ.

Nguyên lý:

Trong quá trình biến nạp, không phải tất cả các tế bào vi khuẩn đều có thể tiếp nhận phân tử DNA từ bên ngoài. Các tế bào có khả năng đó được gọi là các tế bào khả biến. Vì thế mục đích của chúng ta trong bước này là khiến tế bào vi khuẩn tăng tính khả biến từ đó tăng khả năng chuyển được DNA vào trong tế bào chủ. CaCl2 khiến cho thành tế bào vi khuẩn tăng khả năng thấm các phân tử DNA ngoại lai.

Quy trình:

Các tế bào E. Coli đang phát triển được thu và hòa vào trong 50 mM CaCl2 để đạt nồng độ 10^8 – 10^10 tế bào/ml. Các tế bào có thể được ủ trong 12- 24 giờ để tăng tần số biến nạp. DNA tái tổ hợp sau đó được bổ sung vào hỗn hợp.

Việc biến nạp hiệu quả chỉ mất vài phút và các tế bào được cấy lên một môi trường phù hợp để sàng lọc các dòng  (clone) chứa DNA tái tổ hợp. Tần số của các tế bào nhận biến nạp là 10^3 – 10^4 mỗi ug DNA plasmid; tương đương với khoảng một thể biến nạp trên mỗi 10.000 phân tử plasmid.

Các tế bào biến nạp được pha loãng một cách thích hợp và trải mỏng trên một môi trường phù hợp để mỗi tế bào được tách rời nhau ra và tạo nên một khuẩn lạc riêng biệt. Nói chung, môi trường được thiết kế đến mức nó chỉ cho phép các tế bào nhận biến nạp mới có thể phân chia và tạo ra các khuẩn lạc. Tần số và hiệu suất biến nạp có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách sử dụng các chủng E. Coli đặc biệt, ví dụ: SK1590, SK1592, X1766, v.v.

Phương pháp #2: Chuyển gen nhờ Rubidium Clorua

Phương pháp rubidium clorua là một biến thể của phương pháp CaCl2, mang lại khả năng biến nạp cao hơn. Điểm khác biệt đó là CaCl2is được thay thế bằng RbCl2. Phương pháp này cũng được sử dụng trong quá trình biến nạp tế bào nhân sơ.

chuyển gen, các kỹ thuật chuyển gen, phương pháp chuyển gen, dung hợp tế bào trần, biến nạp, điện biến nạp, chuyển gen bằng virus
Quy trình chuyển gen (biến nạp) vào tế bào vi khuẩn nhờ sự hỗ trợ của CaCl2 hoặc RbCl2.

Phương pháp #3: Điện biến nạp

Điện biến nạp là quá trình áp dụng điện trường lên tế bào sống trong một khoảng thời gian ngắn để tạo ra các lỗ siêu nhỏ trên màng sinh chất. Kỹ thuật này được sử dụng để chuyển phân tử DNA tái tổ hợp vào nhiều loại vật chủ, từ vi khuẩn đến tế bào thực vật (tế bào thực vật trần) và động vật.

Nguyên tắc:

Các phân tử phospholipid của màng sinh chất không bất động. Khi chúng ta đặt một điện trường lên màng, động năng của chúng tăng lên dẫn đến sự gia tăng tính thấm của màng tại một số điểm nhất định. Đây chính xác là nơi chúng ta sẽ thấy sự hình thành các lỗ. DNA tái tổ hợp có thể đi qua các lỗ hổng nhất thời này trước khi chúng đóng lại.

chuyển gen, các kỹ thuật chuyển gen, phương pháp chuyển gen, dung hợp tế bào trần, biến nạp, điện biến nạp, chuyển gen bằng virus
Sơ đồ minh họa phương phá điện biến nạp

Quy trình:

Trong quá trình này, các tế bào được trộn với DNA tái tổ hợp và hỗn hợp được đặt trong một buồng nhỏ với các điện cực được kết nối với nguồn điện chuyên dụng. Sau đó, một xung điện ngắn được truyền ra khắp các điện cực, tạo thành lỗ trên màng tế bào.

Những lỗ này sẽ tồn tại trong một thời gian và sau đó sẽ tự đóng lại trước khi DNA tái tổ hợp đi vào tế bào. Tế bào sau đó được mang đi cấy lên môi trường chọn lọc. Quá trình sàng lọc sau đó được áp dụng để chọn lấy các tế bào mang DNA tái tổ hợp.

Phương pháp #4. Bao gói trong Liposome (Lipofection):

Kỹ thuật này được áp dụng rất thành công trong việc chuyển gen vào tế bào thực vật trần và tế bào động vật.

Nguyên tắc:

Liposome là các túi siêu nhỏ được tạo ra trong môi trường phòng thí nghiệm. Mỗi liposome là một quả hình cầu giống như cấu trúc được tạo thành từ hai lớp phospholipid với không gian bên trong rỗng, cho phép liposome tương tác trực tiếp với các tế bào.

Một liposome có thể hợp nhất với màng tế bào của tế bào chủ và có thể chuyển thành phần bên trong của nó cho tế bào. DNA tái tổ hợp được bao bọc trong các túi liposome vì thế có cơ hội xâm nhập vào nguyên sinh chất của tế bào chủ.

chuyển gen, các kỹ thuật chuyển gen, phương pháp chuyển gen, dung hợp tế bào trần, biến nạp, điện biến nạp, chuyển gen bằng virus

 Quy trình:

Trong kỹ thuật này, DNA tái tổ hợp, được tích điện âm ở độ pH gần trung tính do bộ khung phosphodiester của nó, được trộn với các phân tử lipid có các nhóm đầu tích điện dương (cation). Các phân tử lipid tạo thành một lớp kép xung quanh các phân tử DNA tái tổ hợp.

Điều này dẫn đến sự hình thành các liposome và chúng được trộn lẫn với các tế bào chủ. Hầu hết các tế bào nhân chuẩn đều tích điện âm ở bề mặt của chúng, vì vậy các liposome tích điện dương tương tác với các tế bào. Các tế bào tiếp nhận phức hợp DNA tái tổ hợp – lipid và một số DNA được đi vào nhân.

Phương pháp #5: Vi tiêm

Đây là cách đưa trực tiếp DNA tái tổ hợp vào tế bào chủ. Kỹ thuật này đã được sử dụng thành công với cả tế bào thực vật và động vật. Trong quy trình này, tế bào được giữ ở đầu các ống mao quản thủy tinh bằng cách hút nhẹ.

Kim vi tiêm được thực hiện bằng cách vuốt nhọn một ống mao quản thủy tinh đang nóng. Sử dụng một máy vi thao tác, kim được xuyên vào đến tận nhân của tế bào chủ.

chuyển gen, các kỹ thuật chuyển gen, phương pháp chuyển gen, dung hợp tế bào trần, biến nạp, điện biến nạp, chuyển gen bằng virus

Một nhược điểm rõ ràng là kỹ thuật này thuần túy phòng thí nghiệm và không phù hợp với các quy trình tách dòng sơ khai, khi mà chúng ta cần một lượng lớn thể tái tổ hợp. Tuy nhiên, trong các trường hợp nhất định, đây là một phương pháp tuyệt vời để vận chuyển DNA tới đúng đích một khi thể tái tổ hợp phù hợp đã được xác định và phát triển đến một mức mà việc vi tiêm là khả thi.

Phương pháp #6: Chuyển gen bằng súng bắn gen

Súng bắn gen hay hệ thống chuyển các hạt sinh học là một thiết bị có thể bắn trực tiếp các hạt nhỏ được phủ DNA tái tổ hợp vào nhân của tế bào đích. Kỹ thuật này đã được sử dụng thành công trong việc chuyển gen trên cả tế bào thực vật và động vật.

Trong kỹ thuật này, DNA tái tổ hợp được phủ các hạt vonfram siêu nhỏ gọi là các viên đạn siêu nhỏ, sau đó được gia tốc từ một bệ đỡ bằng cách bắn một lượng thuốc súng hoặc bằng cách sử dụng khí nén để truyền gia tốc cho bệ đỡ.

Ở một đầu của ‘súng’ có một lỗ nhỏ để hãm lại bệ đỡ nhưng cho phép các viên đạn nhỏ đi qua. Khi va vào các tế bào, những viên đạn siêu nhỏ này mang DNA vào trong tế bào và trong một số trường hợp, sự biến nạp ổn định sẽ xảy ra.

chuyển gen, các kỹ thuật chuyển gen, phương pháp chuyển gen, dung hợp tế bào trần, biến nạp, điện biến nạp, chuyển gen bằng virus

Phương pháp #7. Đồng kết tủa Canxi phốt phát

Kỹ thuật này được sử dụng để chuyển gen tế bào thực vật và chủ yếu là động vật. DNA tái tổ hợp được trộn với canxi clorua trong dung dịch đệm phốt phát ở pH trung tính. Điều này dẫn đến sự hình thành phức hợp DNA tái tổ hợp -canxi phosphat xuất hiện dưới dạng kết tủa mỏng. Kết tủa này sau đó được đưa vào tế bào chủ.

Kết tủa được đưa vào bởi tế bào thông qua quá trình thực bào. DNA tái tổ hợp xâm nhập vào nhân và vào bộ gen của vật chủ. Hiệu suất chuyển có thể tăng lên bằng cách trộn tế bào với 10-20% glycerol hoặc Dimethyl sulfoxide (DMSO).

 Phương pháp #8: Sonoporation

Sonoporation là việc sử dụng âm thanh (thường là tần số siêu âm) để chuyển DNA tái tổ hợp vào tế bào chủ đích. Quá trình này đã được sử dụng thành công trong một loạt các tế bào chủ từ vi khuẩn đến tế bào thực vật và động vật.

Phương pháp này sử dụng sóng âm để tăng tính thấm của màng sinh chất. Lợi dụng thời điểm này, DNA tái tổ hợp xâm nhập vào tế bào chủ.

Phương pháp #9: Quang biến nạp

Quang biến nạp là quá trình đưa axit nucleic vào tế bào bằng ánh sáng. Cách này đã thành công trong việc chuyển gen vào tế bào động vật. Trong kỹ thuật này, màng sinh chất của tế bào chủ được tiếp xúc với chùm tia lazer tập trung cao trong một khoảng thời gian nhỏ (thường là hàng chục mili giây đến vài giây), tạo ra lỗ tức thời trên màng.

Thông qua các lỗ trên màng, DNA tái tổ hợp có thể xâm nhập vào tế bào chủ tương tự như phương pháp điện biến nạp.

Phương pháp #10: Impalefection

Impalefection là một phương pháp chuyển gen bằng vật liệu Nano, chẳng hạn như sợi Nano carbon, ống nano carbon, dây nano, v.v … Kỹ thuật này được sử dụng để chuyển gen tế bào thực vật và động vật. Trong kỹ thuật này, các cấu trúc nano giống như kim tiêm được tổng hợp vuông góc với bề mặt của chip.

DNA tái tổ hợp được gắn vào bề mặt cấu trúc nanô. Một con chip với các mảng gắn các kim nano này sau đó được ép vào các tế bào hoặc mô.

Phương pháp #11: Từ biến nạp

Từ biến nạp (magnetofection), một phương pháp chuyển gen với sự hỗ trợ của từ trường, trong đó sử dụng lực từ để đưa DNA tái tổ hợp vào các tế bào chủ đích. Axit nucleic đầu tiên được liên kết với các hạt nano từ tính. Sau đó, áp dụng lực từ sẽ thúc đẩy các phức hợp hạt axit nucleic hướng tới và đi vào các tế bào chủ đích, nơi axit nucleic được giải phóng. Cách này đã được sử dụng thành công để chuyển gen tế bào thực vật và động vật.

chuyển gen, các kỹ thuật chuyển gen, phương pháp chuyển gen, dung hợp tế bào trần, biến nạp, điện biến nạp, chuyển gen bằng virus
Chuyển gen bằng dung hợp tế bào trần

Phương pháp #12: Dung hợp tế bào trần

Kỹ thuật này được sử dụng để đưa gen quan tâm vào tế bào thực vật và động vật. Trong kỹ thuật này, trước tiên chúng ta chuyển DNA tái tổ hợp vào tế bào vi khuẩn sau đó hòa tan thành tế bào của nó bằng cách xử lý thành bằng lysozyme. Sau đó, hợp nhất nguyên sinh chất của vật chủ với tế bào vi khuẩn (thiếu thành tế bào) nhờ sự trợ giúp của polyethylene glycol (PEG). Các tế bào được nhận DNA tái tổ hợp sau đó được sàng lọc bằng các phương pháp phù hợp.

Phương pháp #13: Chuyển gen bằng virus

Theo cách khác, gen có thể được đóng gói vào virus và cho phép nó lây nhiễm vào tế bào chủ mà không gây hại cho vật chủ theo bất kỳ cách nào. Phương pháp này có thể được sử dụng cả cho việc chuyển gen tế bào nhân sơ hay nhân thực. Trong trường hợp tế bào chủ của vi khuẩn, DNA tái tổ hợp có thể được đóng gói vào phần đầu trống rỗng của thực khuẩn thể đã được thiết kế đặc biệt (ví dụ, phage lambda) và cho phép virion lây nhiễm vào tế bào chủ.

Tương tự như vậy, trong trường hợp các tế bào vật chủ thực vật, chúng ta có thể theo chiến lược tương tự bằng cách sử dụng các loại virus thực vật như virus Caulimo và virus Gemini. Trong trường hợp của động vật, nhiễm retrovirus trong giai đoạn phôi đã được sử dụng để sản sinh các con chuột biến đổi gen. Virus này đã được chỉ ra là một hệ thống vectơ hiệu quả cho chuyển gen động vật. Virus này mang gen quan tâm và chuyển nó vào bộ gen của các tế bào phôi dẫn đến sự tích hợp và sinh ra động vật chuyển gen.

chuyển gen, các kỹ thuật chuyển gen, phương pháp chuyển gen, dung hợp tế bào trần, biến nạp, điện biến nạp, chuyển gen bằng virus
Tầm quan trọng của việc chọn lựa quy trình

Nguồn các ảnh: biotechnologynotes.com

Xem thêm

PCR- 6 thành phần quan trọng cần hiểu cho đúng
Giải trình tự thế hệ mới

iceberg (biên tập)

tapchisinhhoc.com

5/5 - (7 votes)

Tham gia Cộng đồng hơn 300,000 nhà khoa học đến từ các Trường Đại học và Viện Nghiên cứu về Công nghệ sinh học.

Cám ơn bạn đã kết nối cùng HVBIOTEK GROUP

Đã có lỗi xảy ra, bạn xem lại các thông tin đăng ký nhé!

HƯỚNG TỚI CÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ SINH HỌC TẠI VIỆT NAM!

Leave a Reply

Đăng Ký Bản Tin

Tham gia Cộng đồng hơn 300,000 nhà khoa học đến từ các Trường Đại học và Viện Nghiên cứu về Công nghệ sinh học.

Cám ơn bạn đã kết nối cùng NOVAGEN GROUP

Đã có lỗi xảy ra, bạn vui lòng lặp lại quy trình.

HƯỚNG TỚI CÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ SINH HỌC TẠI VIỆT NAM!