Nhập môn Công nghệ sinh học - Một số thuật ngữ cơ bản

Nội dung text: Nhập môn Công nghệ sinh học - Một số thuật ngữ cơ bản

1. Nhập môn Công nghệ sinh học - Một số thuật ngữ cơ bản
2. Phụ lục Một số thuật ngữ cơ bản Adapter. , nhưng có một đầu bằng và một đầu lồi 5’ tương ứng với một vị trí cắt hạn chế vector có đầu tương đồng (xem thêm linker). Amino acid. Là một phân tử nhỏ mang một gốc amine (-NH3) và một gốc carboxyl (-COOH) liên kết với cùng một nguyên tử carbon. Amino acid là đơn vị cấu trúc cơ sở của chuỗi polypeptide. Có 20 amino acid khác nhau trên các chuỗi polypeptide . Ampicillin (Amp). . Amylase. Enzyme xúc tác thủy phân các loại carbohydrate dự trữ (ví dụ tinh bột) trong thức ăn thực vật hay glycogen trong thức ăn động vật. BAC (bacteria artificial chromosome). Nhiễm sắc thể nhân tạo của vi khuẩn dựa trên cơ sở plasmid F-factor, được sử dụng làm vector tạo dòng. BAC có thể tái bản trong E. coli với các đoạn chèn DNA có kích thước lên đến 300 kb. Bản đồ cắt hạn chế (restriction map). Trình tự các vị trí nhận biết (recognition sites) của tất cả các enzyme hạn chế (restriction enzyme hay restriction endonuclease, RE) trên một phân tử DNA. (analog base). - Nhập môn Công nghệ sinh học 324
3. - -C. Bazơ nitơ (nitrogen base). , guanine, cyt . Bắt cặp bổ sung (complementary base pairing). Sự kết hợp thành từng đôi giữa các nitrogen base nằm trên hai mạch đơn của chuỗi xoắn kép DNA-DNA, DNA-RNA hoặc RNA-RNA thông qua các mối liên kết hydrogen. Sự bắt cặp đó mang tính đặc hiệu: guanine bắt cặp với cytosine, còn adenine bắt cặp với thymine trên DNA hoặc uracil trên RNA. Bất động (immobilization). . Biến đổi hậu dịch mã (post-translational modification). Sự thay đổi các liên kết hóa trị xảy ra trong chuỗi polypeptide, sau khi chuỗi polypeptide tách khỏi ribosome và trước khi trở thành protein hoạt động thực sự. Biến nạp (transformation). Là quá trình truyền DNA ngoại lai vào một tế bào nhận, chẳng hạn sphaeroplast hoặc protoplast, và có thể hợp nhất trong nhiễm sắc thể nhờ sự tái tổ hợp tương đồng hoặc được biến đổi trong một đơn vị sao chép tự trị (autonomous replicon). Sự biến nạp có thể xuất hiện trong các điều kiện tự nhiên ở một số vi khuẩn (ví dụ: Bacillus, Haemophilus, Neisseria và Streptococcus), nhưng ở nhiều vi khuẩn (ví dụ E. coli) và các cơ thể sinh vật eukaryote sự biến nạp chỉ có thể xuất hiện ở những tế bào ”thấm” được DNA bằng các phương pháp nhân tạo như: hóa biến nạp, điện biến nạp Biến nạp bằng điện (electroporation). Kỹ thuật dùng xung điện tạo ra các lỗ thủng tạm thời trên màng sinh chất để đưa DNA ngoại lai vào bên trong tế bào vật chủ. Biến tính (denaturation). Là hiện tượng chuyển từ dạng mạch kép sang dạng mạch đơn của DNA và RNA thường do nhiệt gây nên. Biến tính của protein là hiện tượng chuyển từ cấu hình hoạt động thành dạng không hoạt động. Biểu hiện của gen (gene expression). Là các quá trình phiên mã (transcription) và dịch mã (translation) của một gen để tạo ra sản phẩm protein của nó. Nhập môn Công nghệ sinh học 325
4. Cảm ứng (induction). Liên quan đến khả năng tổng hợp một số enzyme (sản phẩm của gen) ở vi khuẩn chỉ khi có mặt cơ chất (substrate) của các enzyme này trong môi trường. Khi sử dụng cho khái niệm điều hòa biểu hiện của gen, thuật ngữ này có nghĩa là sự khởi động quá trình phiên mã do tương tác giữa một chất cảm ứng (inducer) với protein điều hòa. Ví dụ E. coli, ). Cặp base (base pair, bp). Là liên kết A-T hoặc C-G trên một phân tử DNA mạch kép, và là đơn vị đo chiều dài của một phân tử DNA. Cấu trúc bậc một hay cấu trúc sơ cấp (primary structure). Là trình tự sắp xếp các amino acid trong chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc hai hay cấu trúc thứ cấp (secondary structure). Là tương tác không gian giữa các gốc amino acid ở gần nhau trong chuỗi polypeptide, hay nói cách khác đó là dạng cuộn xoắn cục bộ của từng phần trong chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc ba (tertiary structure). Là tương tác không gian giữa các gốc amino acid ở xa nhau trong chuỗi polypeptide, là dạng cuộn xoắn trong không gian của toàn chuỗi polypeptide, đây là hình dạng chung của chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc bốn (quaternary structure). Xuất hiện ở những phân tử protein bao gồm hai hay nhiều chuỗi polypeptide hình cầu (bậc ba). Mỗi chuỗi polypeptide này được gọi là một tiểu đơn vị (subunit) và tương tác không gian giữa các tiểu đơn vị trong phân tử gọi là cấu trúc bậc bốn. Cầu disulphite (disulphite bridge). Liên kết đồng hóa trị tạo thành giữa hai chuỗi polypeptide qua trung gian của một gốc cystine. Chất cảm ứng (inducer). Một hợp chất hóa học . Chất trao đổi sơ cấp (primary metabolite). Được sản xuất với số lượng lớn hơn các chất thứ cấp và có các chức năng trao đổi đặc biệt. Các chất sơ cấp thu từ sinh vật được sử dụng như là thực phẩm, các phụ gia thực phẩm, và các nguyên liệu thô trong công nghiệp như là các carbohydrate, dầu thực vật, protein và các acid béo. Nhập môn Công nghệ sinh học 326
5. (secondary metabolite). . Chất ức chế (repressor). Sản phẩm protein của một gen ức chế (gen mã h . Chiral. Một vài phân tử có dạng “tay phải” và “tay trái” riêng biệt, mặc dù chúng mang các nguyên tử giống nhau và liên kết trong cùng một kiểu nhưng tính chất vật lý lại khác nhau. Một chất như thế được gọi là hợp chất chiral, và hai (hoặc nhiều) dạng hơn thì mỗi dạng được gọi là chất đối hình (enantiomer) hoặc chất đồng phân quang học (optical isomer). Chu trình sinh tan (lylic cycle). Một kiểu chu trình sống của thực khuẩn thể (bacteriophage) khi nó xâm nhiễm vi khuẩn, điều khiển các hoạt động sinh sản và sinh trưởng bằng các gen của nó và sinh ra các bacteriophage thế hệ con . C (lysogenic cycle). Là hiện tượng hệ gen của bacteriophage hiện diện ở trạng thái ổn định và không sinh tan trong tế bào vật chủ sống của nó. Các tế bào vật chủ có thể tiếp tục sinh trưởng và phân chia, và sự sao chép của hệ gen bacteriophage (prophage) được phối hợp với nhiễm sắc thể của vật chủ sao cho khi tế bào phân chia thì prophage cũng được chuyển vào trong cả hai tế bào con. Prophage được duy trì bằng cách hoặc hợp nhất trong nhiễm sắc thể vật chủ (ví dụ bacteriophage λ, bacteriophage Φ105) hoặc như là một plasmid bên ngoài nhiễm sắc thể (ví dụ bacteriophage P1 và bacteriophage F116). Tế bào vật chủ có thể hoặc không thể biểu hiện ra một kiểu hình biến đổi. (transgenic). (foreign DNA) bằng các kỹ thuật khác nhau (Agrobacterium, vi tiêm, bắn gen, xung điện ) vào một cơ thể vật chủ (vi sinh vật, động vật hoặc thực vật). Chuyển nhiễm (transfection). Kỹ thuật đưa DNA phage hoặc DNA virus vào các tế bào vật chủ. Nhập môn Công nghệ sinh học 327
6. Coenzyme. Một chất hữu cơ thường là một vitamin hay một chất tổng hợp từ vitamin để tác dụng lên một cofactor (một chất phi protein như: Cu, Fe hoặc Zn hay một phân tử hữu cơ) giúp enzyme xúc tác một phản ứng trao đổi chất. Cosmid. cos ) c λ. Công nghệ ACCELL (ACCELL technology). Công nghệ phân phối gen dựa trên cơ sở thay đổi cường độ phóng điện thông qua giọt nước nhỏ, vì vậy đã tạo ra một sự thay đổi áp suất không khí rất lớn làm tăng gia tốc của các viên đạn vàng bọc DNA. Công nghệ DNA tái tổ hợp (DNA recombinant technology). Hệ thống các phương pháp phòng thí nghiệm cho phép cắt đoạn DNA từ một sinh vật để ghép nối vào DNA của một sinh vật khác tạo ra phân tử DNA tái tổ hợp. Phân tử này được đưa vào các sinh vật khác nhau để tạo ra những giống chủng vi sinh vật, thực vật và động vật mới có những phẩm chất đặc biệt, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của sản xuất và đời sống con người. Công nghệ này có ứng dụng rộng rãi trong y học, dược học, nông nghiệp và nhiều ngành công nghiệp khác. Công nghệ protein (protein engineering). Là các kỹ thuật cho phép nghiên cứu và biến đổi cấu trúc ba chiều của phân tử protein. Sự biến đổi này được thực hiện bằng phương pháp hóa học, enzyme hoặc gây đột biến điểm định hướng lên gen mã hóa cho protein này, nhằm thu được một cách hiệu quả các protein có tính chất lý-hóa và xúc tác thích hợp hoặc có tính chất mới. Một trong những lĩnh vực của công nghệ protein là mô hình hóa hoặc thiết kế protein. Công nghệ sinh học (biotechnology). Theo nghĩa rộng là các quá trình công nghiệp có sử dụng vi sinh vật hoặc các tế bào động vật và thực vật (công nghệ sinh học ). Theo nghĩa phổ biến hiện nay đó là những quá trình sản xuất sử dụng các giống sinh vật mới, được tạo ra bởi công nghệ DNA tái tổ hợp (công nghệ sinh học ). Trong công nghệ sinh học Nhập môn Công nghệ sinh học 328
7. ghệ sinh học. . Deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP). ) ). Deoxyribonuclease (DNase). (phân hủy) DNA sợi đôi hoặc DNA sợi đơn. Deoxyribonucleic acid (DNA). p nucleotide base . . (transcrip Nhập môn Công nghệ sinh học 329
8. . Năm 1962, Watson (Mỹ) và Crick (Anh) đã chia sẻ Giải Nobel với Wilkins (Anh) về phát minh ra cấu trúc không gian của DNA và ý nghĩa của nó trong việc truyền thông tin di truyền. Điều đáng tiếc là Franklin, người đã có những đóng góp đáng kể cho phát minh này đã mất trước đó. Theo qui định thì Giải Nobel không dược phép tặng cho người đã mất. Deoxyribose. Phân tử đ . (nick translation). [ -32P]dCTP nhờ enzyme DNA polymerase I của E. coli. (translation). . Quá trình chuyển thông tin di truyền trong trình tự base của mRNA sang trình tự amino acid của chuỗi polypeptide trong tế bào còn gọi là quá trình sinh tổng hợp protein. Dideoxyribonucleotide triphosphate (ddNTP). (sequencing). (complementary DNA, cDNA). trên khuôn mẫu mRNA nhờ quá trình (reverse transcription) dựng thư viện cDNA (cDNA library). DNA khuôn mẫu (template DNA). . DNA polymerase. . Nhập môn Công nghệ sinh học 330
9. Năm 1959, hai nhà khoa học người Mỹ là Kornberg và Ochoa đã được nhận Giải Nobel về những nghiên cứu đã làm sáng tỏ cơ chế cơ bản của quá trình sao chép DNA liên quan đến DNA polymerase I. Dòng (clone). Tập hợp các tế bào hoặc phân tử giống hệt nhau cùng bắt nguồn từ một tế bào hay phân tử ban đầu. (germ line). . (end labelling). 4 polynucleotide kinase. (blunt end). 5’ nhô ra (protruding ends). (cohesive ends hoặc sticky ends). . Đầu tận cùng C (C terminus). Gốc . Đầu tận cùng N (N terminus). Gốc amine (NH2) ở vị trí tận cùng của một phân tử protein hoặc chuỗi polypeptide. Tất cả các polypeptide đều được tổng hợp bắt đầu từ đầu này, đến gốc carboxyl tận cùng. (nick). . Điện di trên gel (gel electrophoresis). Kỹ thuật dùng để phân tách các phân tử nucleic acid hoặc protein dựa vào sự dịch chuyển của chúng trên giá thể dạng gel (agarose hoặc polyacrylamide) dưới ảnh hưởng của điện trường. Sự dịch chuyển của các phân tử này phụ thuộc vào điện tích, cấu hình, kích thước và khối lượng phân tử của nucleic acid hoặc protein cũng như dung môi và nồng độ của chất dùng làm giá thể. (Klenow fragment). 76.000) của E. coli 5’ 3’. Đoạn nhồi (stuffer fragment). Còn gọi là vùng đệm hay vùng trung tâm. Là một phần của phage λ có thể được loại bỏ và thay thế bằng đoạn chèn DNA (insert DNA) mà không ảnh hưởng đến khả năng sinh sản của phage trong tế bào vật chủ. Nhập môn Công nghệ sinh học 331
10. Đóng dấu (replica plating). Phương pháp chuyển nguyên mẫu các khuẩn lạc hoặc vết tan từ một đĩa thạch gốc sang đĩa thạch mới bằng cách dùng màng nylon (ví dụ màng Hybond-N+) vừa khít áp lên mặt thạch của đĩa gốc để dính lấy các tế bào trong các khuẩn lạc (colony) hoặc vết tan (plaque) của đĩa gốc, rồi đưa màng này áp lên mặt thạch mới. Độ Tesner (Tesner degree). 1oT = số mL NaOH hoặc KOH cần để trung hòa 100 mL sữa. (mutation). . Đột biến gen (gene mutation). Còn gọi là đột biến điểm, xảy ra do những biến đổi của từng nucleotide như mất, thêm hay thay đổi vị trí của nucleotide trên phân tử DNA. Là nguyên nhân của sự hình thành protein không bình thường. Phần lớn đột biến là có hại nhưng chúng vẫn thường được giữ lại trong quần thể vì thường là lặn và do đó có thể được duy trì trong kiểu gen mà không ảnh hưởng đến sức sống của sinh vật. Tốc độ đột biến tự nhiên thấp, nhưng tần số đột biến có thể tăng nhờ các tác nhân như phóng xạ ion hóa và các hóa chất gây đột biến gây ra. Đột biến khuyết dưỡng (auxotrophic mutation). Còn gọi là đột biến hóa sinh. Đột biến làm mất khả năng tổng hợp một chất cần thiết cho sự sinh trưởng của tế bào. Đuôi polyA (polyA tail). Đoạn trình tự dài 50-200 nucleotide adenine được bổ sung vào đầu 3’ của hầu hết các mRNA eukaryote sau khi phiên mã. E. coli (Escherichia coli). Vi khuẩn thường có trong ruột non của động vật có xương sống. E. coli được coi như sinh vật mẫu cho việc nghiên cứu hoạt động của tế bào. Đây là vi khuẩn Gram âm có kích thước genome khoản 4×106 base-pair. Các quá trình biểu hiện gen (phiên mã và dịch mã) đi đôi với nhau, sinh ra sợi mRNA được tổng hợp mới và được sử dụng ngay cho quá trình dịch mã. Không có hiện tượng biến đổi hậu dịch mã (post-translation). Vì thế, E. coli được xem là một trong những tế bào vật chủ đơn giản nhất. Rất nhiều thí nghiệm tạo dòng gen đang được thực hiện hàng ngày tại các phòng thí nghiệm đều sử dụng E. coli làm vật chủ với nhiều chủng khác nhau về mặt di truyền và cho những ứng dụng đặc biệt. Nhập môn Công nghệ sinh học 332
11. Endonuclease. Là e . Nuclease thủy phân những liên kết phosphodiester giữa các nucleotide của một phân tử nucleic acid. Các nuclease có thể đặc hiệu đối với DNA (deoxyribonuclease) hoặc đặc hiệu đối với RNA (ribonuclease). Enzyme. Chất xúc tác sinh học . Enzyme gắn DNA (DNA ligase). 5’- PO4 - . Enzyme gắn RNA (RNA ligase). - . (restriction enzyme, RE). . Enzyme hạn chế được phát hiện vào năm 1970, chúng tồn tại trong tế bào vi khuẩn, có tác dụng cắt DNA ngoại lai (ví dụ: DNA của phage) tại những điểm xác định, để tiêu diệt DNA này. Cho đến nay hơn 900 enzyme hạn chế đã được tìm thấy. Các enzyme hạn chế được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm thao tác gen như những “chiếc kéo” cắt DNA tại những điểm đặc hiệu. Vị trí cắt phụ thuộc vào loại enzyme hạn chế được lựa chọn. Năm 1978, Arber (Thụy Sĩ), Nathans (Mỹ) và Smith (Mỹ) đã được nhận Giải Nobel nhờ phát minh ra enzyme hạn chế và những ứng dụng của chúng để giải quyết nhiều vấn đề quan trọng của di truyền học phân tử. Các enzyme này là những ”chiếc kéo phân tử” có thể cắt DNA thành những đoạn xác định, đã mở ra một thời kỳ phát triển mới của sinh học hiện đại-Thời kỳ thao tác gen. (reverse transcriptase). - in vitro. Epitope. Yếu tố quyết định kháng nguyên, là một trình tự cấu trúc nằm trên phân tử kháng nguyên được nhận biết bởi các kháng thể hoặc các thụ thể của kháng nguyên. Các epitope của tế bào B là những quyết định Nhập môn Công nghệ sinh học 333
12. kháng nguyên được các tế bào B nhận biết. Các epitope này có cấu trúc gián đoạn, điển hình nghĩa là có cấu trúc không gian nhất định. Epitope của tế bào T là một trình tự peptide ngắn từ một kháng nguyên có bản chất protein được liên kết với phân tử MHC và được nhận biết bởi một tế bào T riêng biệt. Eukaryote. Sinh vật có tế bào mang nhân điển hình (nhân thật) nghĩa là nhân được bao bọc bởi màng nhân và tham gia vào hai cơ chế phân bào quan trọng là nguyên phân và giảm phân. Exon. Các đoạn DNA trong gen có chức năng phiên mã. Exon tồn tại ở cả sinh vật prokaryote và eukaryote. Riêng ở sinh vật eukaryote các exon nằm xen kẽ với các đoạn intron. Các intron chiếm tới 90% tổng số DNA của tế bào eukaryote và không có chức năng phiên mã. Exonuclease. Loại enzyme nuclease chỉ tác động vào đầu tận cùng của phân tử nucleic acid, cắt ra từng nucleotide một theo thời gian. Chúng có thể chuyển hóa theo đầu 5’ hoặc 3’ của sợi DNA. Ex vivo. Thuật ngữ dùng để chỉ các thí nghiệm thực hiện trên tế bào nuôi cấy, các tế bào này sau đó sẽ được đưa vào một cơ thể sống. -galactosidase. Enzyme được mã hóa bởi gen lacZ. Enzyme này thủy phân lactose thành glucose và galactose. Gây đột biến định hướng bằng oligonucleotide (oligonucleotide- directed mutagenesis). Còn gọi là gây đột biến định hướng điểm (site- directed mutagenesis), là quá trình tạo ra một biến đổi xác định trên DNA bằng cách sử dụng một oligonucleotide tổng hợp (primer) có một vài biến đổi trong trình tự nucleotide. Gen (gene). Là đơn vị di truyền, yếu tố quyết định một tính trạng cơ thể. Thông tin di truyền của các gen được mã hóa trong DNA quyết định tính biến dị của cá thể và của loài. DNA là một chuỗi bao gồm các đơn vị nucleotide, có bốn loại nucleotide mang bốn nitrogen base khác nhau là adenine (A), guanine (G), cytosine (C), và thymine (T). Trình tự các nucleotide của một gen xác định một polypeptide hoặc một RNA. Gen có khả năng bị đột biến. Các gen chủ yếu nằm dọc theo nhiễm sắc thể ở trong nhân tế bào. Mỗi gen chiếm một vị trí xác định trên nhiễm sắc thể gọi là locus. Gen có thể tồn tại ở nhiều dạng gọi là các allele. Các gen biểu hiện Nhập môn Công nghệ sinh học 334
13. thông qua các phân tử do chúng sinh ra là RNA (trong quá trình phiên mã) và protein (trong quá trình dịch mã). Gen cấu trúc (structural gene) hay gen mã hóa (coding gene). Là trình tự mã hóa sản phẩm protein. Gen chỉ huy (operator). Đoạn DNA ngắn nằm ở đầu operon, kề sát promoter nơi mà protein ức chế có thể bám vào, có tác dụng “mở” hoặc “đóng” operon để cho các gen cấu trúc trong operon hoạt động hoặc ngừng hoạt động. Gen chỉ thị (reporter gene). Là một gen mã hóa mà sản phẩm của nó được trắc nghiệm một cách dễ dàng (ví dụ chloramphenicol acetyltranferase), nó có thể được gắn với bất cứ một promoter nào sao cho sự biểu hiện của gen này được dùng để thử nghiệm chức năng của promoter. Gen điều hòa (regulatory gene). Một gen mà sản phẩm protein của nó tham gia vào sự điều hòa biểu hiện của một gen khác. Ví dụ gen mã hóa một protein kìm hãm. Gen gây chết (death gene). Gen làm chết cá thể ở một giai đoạn nào đó trong quá trình phát triển của chúng. Gen lacZ. Gen của E. coli mã hóa -galactosidase thích hợp cho chọn lọc thể biến nạp bằng khuẩn lạc xanh ( -galactosidase sẽ kết hợp với IPTG và X-gal được bổ sung trong môi trường nuôi cấy) và trắng (đoạn DNA ngoại lai xen vào giữa gen lacZ làm cho gen này mất hoạt tính vì thế không sản xuất được -galactosidase). Gradient. Biến thiên của một đại lượng theo một hướng nào đó. Một gradient mật độ được xác lập trong một số trường hợp ly tâm. Một gradient proton hoặc ion được tạo ra qua một màng nhờ sự vận chuyển tích cực đòi hỏi năng lượng. Hệ gen (genome). Là tập hợp các gen có trong một tế bào đơn bội eukaryote, trong một tế bào prokaryote hoặc trong một virus. - . Nhập môn Công nghệ sinh học 335
14. Hệ lên men hay (fermentor or bioreactor). . Tuy . Hiệu ứng glucose (glucose effect). Hiện tượng khử hoạt tính của operon cảm ứng ở vi khuẩn khi có mặt glucose kể cả khi hiện diện chất cảm ứng operon. Histone. Nhóm protein kiềm nằm trong phức hợp với DNA ở các nhiễm sắc thể eukaryote và đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cấu trúc của nhiễm sắc thể. Hoạt tố plasminogen mô (tissue plasminogen activator, tPA). . Hormone. Là các hợp chất do các tuyến nội tiết tạo ra. Các chất tiết này được truyền đi trong cơ thể, tác dụng lên chất nhận đặc hiệu ở bề mặt các tế bào đích mà nó có thể kiểm soát hoạt động ở động vật. Hormone thực vật (phytohormone). Là các chất kích thích sinh trưởng thực vật. Hợp tử (zygote). Sản phẩm đơn bào sinh ra do sự kết hợp các giao tử đực và giao tử cái. Nó phát triển thành phôi thông qua hàng loạt nguyên phân liên tiếp. Hybridoma. Dòng tế bào được hình thành từ sự dung hợp một tế bào ung thư tủy xương (myeloma) và một tế bào bạch cầu (lymphocyte), hybridoma có khả năng sản sinh các kháng thể đơn dòng (monoclonal antibody) một cách vĩnh viễn. Huyết thanh (serum). Chất lỏng của máu còn lại khi máu đông được tách ra bằng phương pháp ly tâm (nghĩa là huyết tương không có các nhân tố làm đông máu). Huỳnh quang (fluorescence). Hiện tượng phát một sóng ánh sáng có bước sóng khác với bước sóng đã được hấp thụ trước đó. Một số phân tử Nhập môn Công nghệ sinh học 336
15. được gọi là thể huỳnh quang (ví dụ enzyme luciferase ở con đom đóm) do có đặc tính này. In dấu DNA (DNA fingerprinting) hay in dấu di truyền (genetic fingerprinting). Là phương pháp dùng các mẫu dò phóng xạ hoặc dùng kỹ thuật PCR để nhận dạng các băng DNA có các đoạn lặp lại với tần số cao. Bản mẫu hình các băng DNA là duy nhất đối với mỗi cá thể, và do vậy có thể dùng để xác định đặc trưng cá thể hoặc quan hệ huyết thống. In dấu chân DNA (DNA footprinting). Phương pháp nhận dạng các vùng DNA mà các protein điều hòa bám vào. Invertase. Enzyme xúc tác phản ứng thủy phân các disaccharide thành các monosaccharide, đặc biệt thủy phân saccharose thành dextrose và levulose. Interferon. Protein được sinh ra ở tế bào động vật như là phương tiện để chống lại virus. Nó ức chế sự nhân lên của các virus. Nhờ công nghệ DNA tái tổ hợp, hiện nay interferon được sản xuất ra từ các vi sinh vật tái tổ hợp với một số lượng lớn thông qua kỹ thuật chuyển gen interferon của động vật vào vi sinh vật. Gilbert (1980) đã đoạt giải thưởng Nobel nhờ thành công trong việc thu nhận interferon từ E. coli đã được tái tổ hợp gen mã hóa interferon. Đến năm 1981, Đại học Washington (Mỹ) đã thành công trong việc thu nhận interferon từ nấm men S. cerevisiae có hiệu suất cao gấp 10.000 lần so với tế bào E. coli tái tổ hợp. Intron. Những đoạn DNA nhỏ ở sinh vật eukaryote không mang thông tin mã hóa amino acid, phân bố rải rác dọc theo phân tử DNA. Sau khi thông tin từ DNA được phiên mã sang mRNA thì các intron trên mRNA bị cắt bỏ, các đoạn mRNA còn lại gồm toàn các exon được nối lại với nhau và chuyển đến ribosome để dùng làm khuôn mẫu cho quá trình dịch mã. Intron không thấy có ở sinh vật prokaryote. In vitro và in vivo. (in vitro (in vivo in silico. Nhập môn Công nghệ sinh học 337
16. Kéo dài đoạn mồi (primer extension). Sự tổng hợp một bản sao nucleic acid bắt đầu từ đoạn mồi. Được sử dụng để đánh dấu phóng xạ đoạn DNA làm mẫu dò hoặc khuếch đại một đoạn DNA bằng kỹ thuật PCR. Kháng nguyên (antigen). Phân tử thường tìm thấy trên bề mặt tế bào, có tác dụng kích thích sự tạo thành kháng thể. Do vậy, nó được dùng để gây nên một phản ứng miễn dịch. Kháng thể (antiboby). Một protein (immunoglobulin) do bạch cầu lympho B của hệ thống miễn dịch sản sinh, có tác dụng nhận biết một kháng nguyên ngoại nhập đặc hiệu và gắn với nó, nếu kháng nguyên nằm trên bề mặt tế bào thì việc gắn kết này sẽ dẫn tới sự kết cụm tế bào và làm bất hoạt kháng nguyên. Kháng thể đơn dòng (monoclonal antibody). . Th . Khuếch đại (amplification.) Sự sản xuất nhiều bản sao của một trình tự DNA nhờ kỹ thuật PCR. Khuyết đoạn (deletion, deficiency). Đột biến nhiễm sắc thể dẫn đến làm mất một đoạn vật chất di truyền và thông tin di truyền chứa trong nó rời khỏi nhiễm sắc thể. Kiểu hoang dại (wild type). Dạng thường thấy nhất của một gen trong quần thể hoang dại. Allele kiểu hoang dại được ký hiệu bằng một chữ in hoa hoặc thêm dấu cộng sau chữ viết thường, ví dụ: A hay a+. Allele kiểu hoang dại thường là trội và cho kiểu hình bình thường. Kilobase (kb). 1000 base (hoặc cặp base), được dùng như đơn vị để đo hoặc xác định chiều dài của các phân tử DNA hoặc RNA. Kỹ thuật di truyền (genetic engineering). Còn gọi là công nghệ DNA tái tổ hợp. Bao gồm hệ thống các phương pháp di truyền phân tử dùng để thao tác vật chất di truyền, với ba bước chính gồm ba khâu chính. 1) Tách chiết DNA từ những sinh vật khác nhau; 2) Cắt và nối DNA ở những điểm đặc hiệu để tạo ra DNA tái tổ hợp (DNA mang các gen có nguồn gốc khác nhau), ví dụ: DNA plasmid có mang gen của người; 3) Đưa DNA tái tổ Nhập môn Công nghệ sinh học 338
17. hợp vào hoạt động trong các tế bào hoặc cơ thể sống để sinh ra những sản phẩm đặc biệt cần thiết cho con người, ví dụ DNA plasmid mang gen tạo insulin của người được đưa vào vi khuẩn E. coli để sản xuất. Lai khuẩn lạc (colony hybridization). in situ . Lai phân tử (molecular hybridization). Quá trình trong đó hai mạch nucleic acid bổ sung (A-T, G-C) bắt cặp hình thành nên một mạch kép. Đây là một kỹ thuật hữu ích để phát hiện một trình tự nucleotide chuyên biệt. Lai tại chỗ (in situ hybridization). Quá trình bắt cặp giữa mẫu dò (là một trình tự DNA sợi đơn hay RNA) với DNA của tế bào được cố định trên lam kính. LAK (lymphokine activated liller). Tế bào giết được hoạt hóa bằng lymphokine. Liệu pháp tế bào LAK (liệu pháp IL-2 gián tiếp, được thực hiện bằng cách tách các tế bào lympho (lymphocyte) từ máu ngoại vi của bệnh nhân ung thư sau đó hoạt hóa và nhân in vitro các tế bào này cùng với IL-2 qua một số ngày. Một dòng lympho không phải T sẽ được phát triển có hình thái lympho hạt lớn, các lympho này có độc tính rất cao chống lại các khối u thực nghiệm (gọi là các tế bào LAK) đã được chứng minh làm thuyên giảm một phần hoặc thuyên giảm hoàn toàn trên 20% bệnh nhân bị một số bệnh ung thư, đặc biệt là ung thư da ác tính và ung thư biểu mô thận. Land farming. Quá trình xử lý bằng kỹ thuật phân hủy sinh học (bioremediation) được thực hiện ở lớp đất mặt hoặc trong các ô xử lý sinh học (biotreatment). Đất bị nhiễm bẩn, chất cặn hoặc bùn được trộn lại trên bề mặt lớp đất và sau đó định kỳ sẽ được lật lại để thông khí. Landfilling. Kỹ thuật chôn cất chất thải, là cách thông dụng nhất để khử bỏ các chất thải sinh hoạt, thương mại và công nghiệp. Khoảng 80-90% lượng chất thải trên thế giới sẽ được khử bỏ bằng cách này trong những năm tới. Những địa điểm được sử dụng để chôn cất chất thải có thể là những nơi khai thác mỏ đã kết thúc, các mỏ đá đã bỏ, các vùng đất thấp, các thung lũng Các nơi chôn cất chất thải cần được lựa chọn và quản lý thật cẩn thận để tránh những sự cố như làm ô nhiễm nước ngầm, để thoát ra các khí có mùi khó chịu, gây ấn tượng xấu về cảnh quan Nhập môn Công nghệ sinh học 339
18. Lên men (fermentation). Là quá trình biến đổi sinh học khi sử dụng các vi sinh vật. Đó cũng là những biến đổi bằng con đường sinh học của một chất nền, kể cả các hiện tượng sinh tổng hợp và chuyển hóa sinh học. Hiện tượng lên men cũng dùng để chỉ phương thức chuyển hóa bằng cách phân giải các chất hữu cơ mà cơ thể sống và tế bào sử dụng để tạo ra năng lượng hóa học dưới dạng ATP nhưng không cần đến oxygen. Liên kết peptide (peptide bond). Mối liên kết đồng hóa trị trong chuỗi polypeptide, nối nhóm -carboxyl của một amino acid với nhóm - amine của một amino acid kế tiếp. Liên kết phosphodieste (phosphodieste bond). Một phân tử chứa hai alcol, ester hóa với một phân tử phosphoric acid làm cầu nối giữa chúng với nhau. Ví dụ chuỗi polynucleotide được nối bởi liên kết phosphodieste 5’ 3’ giữa hai nucleotide cạnh nhau. Liệu pháp gen (gene therapy). chèn gen làn . (germline and somatic cell gene therapy). . Linker. Một oligonucleotide tổng hợp có hai đầu bằng, bacteriophage trước đó E. coli để tạo đầu bằng. Các linker sau khi gắn với hai đầu bằng của đoạn cDNA nhờ DNA ligase sẽ được cắt hạn chế để tạo ra đầu so le tương đồng với hai đầu của vector. Phản ứng gắn giữa đoạn cDNA có mang linker ở hai đầu với vector cũng được xúc tác nhờ DNA ligase. Ly tâm theo gradient mật độ (density gradient centrifugation). Kỹ thuật tách các hợp chất dựa vào sự khác nhau về mật độ của chúng được Nhập môn Công nghệ sinh học 340
19. thực hiện bằng phương pháp ly tâm để làm lắng các chất qua một gradient nồng độ của saccharose hoặc CsCl. Lymphokine. Là những cytokine được sản xuất từ các tế bào lympho. Lysosome. Một bào quan có màng bao bọc ở trong tế bào chất của những tế bào eukaryote. Lysosome chứa nhiều enzyme thủy phân. Mã di truyền (codon). Nhóm ba nucleotide nằm kề nhau (bộ ba) trên phân tử mRNA xác định một amino acid trên chuỗi polypeptide, hoặc là tín hiệu kết thúc việc tổng hợp polypeptide. Mã thoái biến (degenerate codon). Mã di truyền mà ở đó một amino acid được quy định bởi một số bộ ba nitrogen base, chứ không phải chỉ bởi một bộ ba. Thoái biến là đặc điểm vốn có của mã di truyền tồn tại phổ biến ở sinh giới. (nonsense codon) hay mã dừng (stop codon). (UGA) Maturation. Quá trình trong đó các mRNA vừa được phiên mã trải qua một số biến đổi hóa học để trở thành mRNA hoàn chỉnh sẵn sàng làm khuôn mẫu cho việc tổng hợp protein. Máy đếm nhấp nháy (scintillation counter). Máy dùng để xác định hoạt tính phóng xạ trong một mẫu thí nghiệm. Mật độ quang (optical density). Thông số cho phép đo độ hấp thụ ánh sáng ở một bước sóng nào đó của một môi trường hoặc dung dịch. Mẫu dò DNA (DNA probe). Một đoạn RNA hay DNA chuyên biệt được đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ hay bằng hóa chất (chất phát huỳnh quang hoặc enzyme), dùng để định vị một trình tự nucleic acid nhất định thông qua kỹ thuật lai phân tử (xem Northern blot, Southern blot ) Micelle. Hạt ở dạng huyền phù trong một dung dịch keo, được cấu thành từ một tập hợp các hạt nhỏ hoặc đại phân tử. Monomer. Là các phân tử đơn vị nhỏ, có thể liên kết với các phân tử đơn vị giống nó để hình thành những phân tử lớn hơn (polymer). Ví dụ các nucleotide là các monomer của nucleic acid và các amino acid là monomer của protein. Nhập môn Công nghệ sinh học 341
20. Môi trường LB (LB medium). Môi trường nuôi cấy E. coli, thành phần bao gồm (cho 100 mL): 1 g bacto-trypton; 0,5 g dịch chiết nấm men và 1 g NaCl. Nếu pha chế môi trường rắn để nuôi cấy trên đĩa petri thì bổ sung thêm 1,5 g bacto-agar. Mồi (primer). Một trình tự DNA hay RNA ngắn, bắt cặp với một mạch của DNA khuôn mẫu và có mang một đầu 3’-OH tự do giúp DNA polymerase bắt đầu tổng hợp một chuỗi DNA mới. Mucopeptide. Dị polymer đại phân tử chứa hai loại đường amine và một số amino acid. Người ta nhận thấy mucopeptide gắn liền với thành tế bào của prokaryote. Myeloma. . Nấm men hướng methyl. Là những nấm men chỉ sử dụng chất dẫn xuất methane như là nguồn carbon và năng lượng chuyển hóa. Nấm men Saccharomyces cerevisiae. Là một vi sinh vật nhân thật được sử dụng nhiều trong công nghệ DNA tái tổ hợp. Genome của nấm men S. cerevisiae khoảng 1,35×107 base-pair nhiều hơn E. coli khoảng 3,5 lần. Nấm men thường được dùng làm tế bào vật chủ để biểu hiện những protein có cấu trúc phức tạp cần quá trình hậu dịch mã mà vi khuẩn E. coli không thể đáp ứng. Northern blot. Kỹ thuật chuyển và cố định RNA từ formaldehyde agarose gel (sau khi được phân đoạn bằng điện di) lên màng lai bằng nylon hoặc nitrocellulose để lai với mẫu dò (probe) được đánh dấu đồng vị phóng xạ [ -32P]dCTP hoặc digoxigenin-dUTP. Tín hiệu lai sau đó được phát hiện trên phim X-quang (trường hợp [ -32P]dCTP) hoặc trên màng lai (trường hợp digoxigenin-dUTP). Nucleic acids. Những polynucleotide sinh học thiên nhiên, trong đó những đơn vị nucleotide được kết hợp với nhau bởi những liên kết phosphodieste thành trình tự DNA hoặc RNA riêng biệt. Nucleotide. Một nucleoside phosphoryl hóa với một trong những hydroxyl của pentose. Phân tử đóng vai trò cấu trúc cơ sở của DNA và RNA, gồm ba phần: đường pentose (ribose trong RNA, deoxyribose trong DNA), nitrogen base và gốc phosphate. Nhập môn Công nghệ sinh học 342
21. Nuôi cấy mô và tế bào (tissue and cell culture). Kỹ thuật cấy và nuôi vô trùng mô và tế bào động vật hoặc thực vật trong môi trường nhân tạo bên trong ống nghiệm hoặc bình thủy tinh. Về nguyên lý, giống như nuôi cấy tế bào vi sinh vật. Kỹ thuật này có nhiều ứng dụng thực tiễn, ví dụ ở thực vật được dùng để nhân giống nhanh những cây sinh trưởng chậm hoặc bị phân ly khi sinh sản hữu tính, ngoài ra cũng được sử dụng trong chọn giống; ở động vật kỹ thuật này được dùng để nuôi mô phục vụ cho công tác nghiên cứu và sản xuất các chất có hoạt tính sinh học. Oliofilm. Cao su xử lý bằng HCl. Oligo. Tiếp đầu ngữ có nghĩa là “ít”, ví dụ: oligonucleotide (polynucleotide) có ít nucleotide hoặc oligopeptide (polypeptide) có ít peptide. Oligo(dT)-cellulose. Một đoạn ngắn gồm các gốc deoxy-thymidine liên kết với cơ chất cellulose, được sử dụng để tinh sạch mRNA eukaryote bằng phương pháp sắc ký ái lực. Oligomer. Thuật ngữ chung để chỉ một đoạn ngắn các monomer. Oligonucleotide. Một đoạn ngắn các monomer là nucleotide, thường từ 20-30 nucleotide. Operon. Nhóm các gen ở vi khuẩn chịu sự điều khiển chung của một gen điều hòa. Cấu trúc operon bao gồm: 1) Nhóm gen cấu trúc mà hoạt động của chúng chịu sự điều khiển chung, 2) Gen điều hòa sản sinh ra protein điều hòa, 3) Vùng chỉ huy (operator) và trình tự khởi động (promoter) chịu tác động của protein điều hòa. Protein điều hòa có tác dụng bám vào vùng chỉ huy làm cho nó bị ”đóng”, do vậy nhóm gen cấu trúc ngừng hoạt động. Khi trong môi trường xuất hiện cơ chất của các gen cấu trúc thì cơ chất này bất hoạt hóa protein điều hòa khiến nó không bám vào vùng chỉ huy được nữa, vùng chỉ huy được ”mở” và nhóm gen cấu trúc lại hoạt động. Phage. Viết tắt của bacteriophage (thực khuẩn thể), là loại virus xâm nhiễm và sinh sản bên trong vi khuẩn. Phage thường có vỏ bọc protein, phức hợp bao gồm phần đầu có hình đa diện chứa nucleic acid (DNA hoặc RNA) và đuôi mà qua đó nucleic acid xâm nhập vào vi khuẩn chủ. Sau quá trình nhân lên của nucleic acid của phage, tế bào vi khuẩn chủ thường bị tan biến. Loại phage luôn luôn làm tan tế bào vi khuẩn khi chúng xâm nhiễm vi Nhập môn Công nghệ sinh học 343
22. khuẩn gọi là phage độc, ví dụ phage T4. Ngược lại, còn có phage ôn hòa, khi xâm nhiễm vi khuẩn nó gây nên phản ứng tiềm tan, nghĩa là hệ gen của phage gắn vào nhiễm sắc thể vi khuẩn và được sao chép cùng với nhiễm sắc thể đó. Hệ gen của phage ở trạng thái gắn như vậy với nhiễm sắc thể vi khuẩn gọi là prophage. Phản ứng chuỗi polymerase (polymerase chain reaction, PCR). Phương pháp dùng trong phòng thí nghiệm để khuếch đại các đoạn DNA đặc biệt lên hàng triệu lần trong vòng vài giờ thông qua 20-30 chu kỳ nhiệt, mỗi chu kỳ bao gồm ba mức nhiệt độ: biến tính ở 90-95oC, bắt cặp với mồi ở 40-65oC hoặc hơn và tổng hợp mạch mới nhờ DNA polymerase chịu nhiệt (Taq polymerase) ở 70-72oC. PCR có ứng dụng rộng rãi trong chẩn đoán y học, phân tích sự đa dạng sinh học, chọn giống và trong nhiều lĩnh vực khác. Nhà khoa học Mỹ (Tiến sĩ Mullis) người phát minh ra kỹ thuật PCR đã nhận giải Nobel năm 1993. Cùng chia sẻ Giải Nobel với Mullis là Smith (Canada) do có những đóng góp mang tính nền tảng cho việc gây đột biến điểm định hướng, dựa trên các oligonucleotide và việc phát triển chúng trong các nghiên cứu protein. Phân hóa hay biệt hóa (differentiation). Một khía cạnh của sự phát triển bao gồm sự hình thành các loại tế bào, các loại mô, các loại cơ quan khác nhau từ một hợp tử ban đầu dưới sự điều khiển đặc biệt của các gen. (bioremediation). . Phân tích trình tự gen (gene sequencing). Là kỹ thuật xác định trình tự theo cấu trúc bậc một của chuỗi các nucleotide trong một phân tử nucleic acid. Phân tích trình tự của DNA có các phương pháp hóa học của Maxam- Gilbert và phương pháp enzyme của Sanger. Trong những năm gần đây, một số phương pháp xác định trình tự mới nhờ sự hỗ trợ của máy tính đã xuất hiện. Bên cạnh kỹ thuật thông thường sử dụng các polyacrylamide gel để phân ly các phân tử DNA có độ dài khác nhau, các kỹ thuật mới liên quan đến phát hiện huỳnh quang của các nucleotide được đánh dấu, phân tích Nhập môn Công nghệ sinh học 344
23. trình tự DNA bằng khối phổ, điện di mao dẫn hoặc lai với các đoạn oligonucleotide được tổng hợp nhân tạo cũng đã ra đời. Năm 1980, Sanger (Anh) và Gilbert (Mỹ) đã được trao giải Nobel do đã có những đóng góp quan trọng về phương pháp xác định trình tự các nucleotide trong phân tử DNA. Đóng góp này là mốc lịch sử to lớn trong sinh học phân tử, là nguyên lý của tất cả các máy xác định trình tự DNA tự động đang sử dụng hiện nay trên khắp thế giới. Phiên mã ngược (reverse transcription). Quá trình tổng hợp DNA từ khuôn mẫu mRNA nhờ enzyme phiên mã ngược (reverse transcriptase). Phóng xạ tự ghi (autoradiography). Kỹ thuật phát hiện các phân tử có đánh dấu phóng xạ thông qua hiệu ứng tạo ảnh của các phân tử này trên phim X-quang. Phosphoryl hóa (phosphorylation). Phản ứng tạo thành một dẫn xuất phosphate của một phân tử sinh học dưới tác dụng xúc tác của một enzyme. Phosphatase kiềm (alkaline phosphatase). Enzyme loại bỏ các nhóm 5’-PO4 từ đầu của các phân tử DNA và để lại các nhóm 5’-OH. Phối tử (ligand). Một phân tử hoặc một ion kết hợp với một protein, ví dụ hormone có thể kết hợp với thụ thể (receptor) đặc hiệu của nó. Plasmid. có cấu trúc mạch vòng kép, nằm trong tế bào chất và ngoài nhân, có khả năng sao chép độc lập đối với nhiễm sắc thể của tế bào. Tồn tại cả ở sinh vật prokaryote và eukaryote. Ngày nay, các plasmid thiết kế nhân tạo được sử dụng rộng rãi như là các vector dùng trong các kỹ thuật tạo dòng và biểu hiện gen. Polyacrylamide. Là polymer của acrylamide và bisacrylamide có cấu trúc gồm các liên kết chéo tạo ra một mảng xốp (giống bọt biển). Các chất phải chui vào lỗ gel mới ra được, vì vậy những chất nào có khối lượng phân tử nhỏ sẽ ra trước và ngược lại. Polymer. Một đoạn dài các monomer. Polynucleotide. Trình tự những nucleotide nối đồng hóa trị với nhau, trong đó vị trí 3’ của pentose của một trong những nucleotide được nối với một liên kết phosphodieste ở vị trí 5’ của pentose của nucleotide tiếp theo. Polypeptide. Một chuỗi dài những amino acid nối với nhau bởi những liên kết peptide. Nhập môn Công nghệ sinh học 345
24. Prokaryote. Sinh vật đơn bào không có nhân tế bào điển hình, DNA nằm trong tế bào chất không có màng bao bọc, không có nguyên phân và giảm phân; đại diện điển hình là vi khuẩn. Prophage. Phage ôn hòa đã xen vào nhiễm sắc thể của vi khuẩn tiềm tan. Nó sao chép đồng thời với nhiễm sắc thể của tế bào vi khuẩn chủ. Protein. Một phân tử lớn gồm một hoặc nhiều chuỗi polypeptide, mỗi chuỗi có một trình tự amino acid và một khối lượng phân tử đặc trưng. Protein là hợp chất quan trọng bậc nhất đối với cơ thể sống. Về cấu trúc, protein là phân tử mạch dài gồm các đơn vị cấu trúc nhỏ là các amino acid nối với nhau qua mối liên kết peptide. Khối lượng phân tử của protein từ vài nghìn đến vài triệu. Có khoảng 20 loại amino acid. Các loại protein phức tạp hơn có liên kết thêm với các nhóm bổ sung. Protein dung hợp (fusion protein). Là một protein tái tổ hợp lai được mã hóa bởi một gen lai (fusion gene) do sự dung hợp in vitro các đoạn gen khác nhau trên plasmid vector và sau đó biến nạp vào vi sinh vật chủ (chẳng hạn E. coli). Vì vậy, protein dung hợp sẽ mang trình tự amino acid của hai protein khác biệt được tổng hợp từ đầu N của vector biểu hiện. Protein nguyên thể (native protein). Là một protein tái tổ hợp được mã hóa bởi một gen ngoại lai (foreign gene) trong vi sinh vật chủ. Khác với protein dung hợp, protein nguyên thể được tổng hợp từ đầu N của nó chứ không phải từ đầu N của vector. Purine. Một hợp chất dị vòng, kiềm, có nitrogen, là thành phần của những nucleotide và nucleic acid. Purine chứa một nhân pyrimidine kết hợp với một nhân imidazol. Pyrimidine. Một nitrogen base dị vòng có ở trong các nucleotide và nucleic acid. Quá trình chuẩn bị cơ chất và nguyên liệu sản xuất (upstream processing). Giai đoạn thiết kế môi trường dinh dưỡng (cơ chất) và sử dụng chủng tế bào (nguyên liệu sản xuất) thích hợp cho một quá trình sinh học (bioprocessing). Quá trình phân tách và tinh sạch đầu ra (downstream processing). Gia . Nhập môn Công nghệ sinh học 346
25. Retrovirus. Là loại virus RNA chứa enzyme reverse transcriptase và sinh sản dưới dạng DNA mạch kép. Chúng có khả năng xâm nhiễm tế bào vật chủ cao. Khi xâm nhiễm nó có khả năng gắn hệ gen của virus với hệ gen của tế bào vật chủ, là cơ sở để thiết kế các vector liệu pháp gen hiệu quả. Ribonuclease. Enzyme xúc tác đặc hiệu việc phân hủy RNA bằng cách cắt các mối liên kết phosphodiester trên RNA. Ribonucleic acid (RNA). Thường là phân tử đa phân mạch đơn gồm các đơn vị cấu trúc cơ sở là ribonucleotide. Về mặt hóa học RNA rất giống với DNA. RNA là v . Ribonucleotide. Đơn vị cấu trúc cơ sở của RNA, gồm ba thành phần: đường ribose, nitrogen base và nhóm phosphate. Ribosome. . Người ta cũng thấy ribosome trong ty thể, ở đó có sự tổng hợp một số protein ty thể. Ribozyme như enzyme. RNA bổ sung (complementary RNA). . RNA kích thước nhỏ của nhân (small nuclear RNA, snRNA). . RNA polymerase. - . RNA ribosome (ribosomal RNA, rRNA). L 5S; E. coli Nhập môn Công nghệ sinh học 347
26. . RNA thông tin (messenger RNA, mRNA). Một loại RNA được phiên mã từ một trình tự DNA. mRNA truyền thông tin di truyền từ nhiễm sắc thể tới ribosome để ribosome. (transfer RNA, tRNA) . Sàng lọc (screening). Kỹ thuật nhận dạng một dòng DNA trong một thư viện hệ gen (genomic library) hoặc thư viện cDNA (cDNA library) bằng một phương pháp lai mẫu dò có đánh dấu [ -32P]dCTP với các vết tan (trường hợp dùng bacteriophage λ làm vector tạo dòng và cho xâm nhiễm vào vi khuẩn E. coli) hoặc khuẩn lạc (dùng plasmid làm vector tạo dòng) của các thư viện đó trên màng nylon hoặc nitrocellulose. Tín hiệu lai được phát hiện bằng phóng xạ tự ghi trên phim X-quang. Sao chép (replication). Sự nhân bản vật chất di truyền trong chu trình phân bào hoặc sự tổng hợp DNA của phage khi phage sinh sản trong tế bào vi khuẩn. Sephadex. Là một loại dextran có liên kết chéo giữa các mạch polysaccharide với nhau tạo thành một cấu trúc mạng lưới ba chiều. Sephadex trung hòa điện tích nên không có tương tác cation cũng như anion, nó là một loại bột khô, không tan trong nước, nhưng khi ngâm nước sẽ trương ra và tạo thành gel. Mắt lưới của các sephadex gel thường to nhỏ Nhập môn Công nghệ sinh học 348
27. khác nhau, tùy theo mức độ liên kết. Nếu giữa các chuỗi polysaccharide có ít liên kết thì gel sẽ có mắt lưới lớn, ngậm nước nhiều và ngược lại. Sephadex bền trong môi trường acid yếu và kiềm yếu, trong môi trường acid mạnh và kiềm mạnh thì các liên kết glucoside trong gel sẽ bị thủy phân. Dựa vào độ liên kết người ta chia sephadex làm năm loại: sephadex G-25, G-50, G-75, G-100 và G-200. Sinh học phân tử (molecular biology). Khoa học nghiên cứu các hiện tượng sống ở mức độ phân tử. Lĩnh vực khoa học trẻ tuổi này là điểm gặp nhau của các khoa học kinh điển như di truyền học, hóa sinh học, tế bào học, vật lý học, hóa học hữu cơ và hóa lý. Theo cách hiểu phổ biến hiện nay, sinh học phân tử là khoa học nghiên cứu các gen và hoạt động của chúng ở mức độ phân tử, bao gồm phiên mã, dịch mã, sao chép, điều hòa biểu hiện gen, tái tổ hợp và chuyển gen Sinh tổng hợp protein (protein synthesis). Phản ứng hóa học diễn ra trên ribosome tạo nên các phân tử protein từ các amino acid trên cơ sở thông tin di truyền nhận được từ trong nhân tế bào thông qua mRNA. Somatotropin. . Southern blot. Kỹ thuật chuyển và cố định DNA đã biến tính từ agarose gel (sau khi được phân đoạn bằng điện di) lên màng lai bằng nylon hay nitrocellulose để lai với mẫu dò (probe) được đánh dấu đồng vị phóng xạ [ -32P]dCTP hoặc digoxigenin-dUTP. Tín hiệu lai sau đó được phát hiện trên phim X-quang (trường hợp [ -32P]dCTP) hoặc trên màng lai (trường hợp digoxigenin-dUTP). Tái tổ hợp (recombination). Quá trình mà trong đó nhiễm sắc thể hay phân tử DNA đứt ra rồi các phần đứt được nối lại theo một tổ hợp mới. Quá trình này có thể xảy ra trong tế bào sống (qua sự trao đổi chéo trong phân bào giảm nhiễm) hay trong ống nghiệm nhờ các enzyme cắt và nối DNA. Tạo dòng (cloning). Còn gọi là nhân dòng, tách dòng hay dòng hóa, là sự sản sinh nhiều bản sao của một phân tử DNA, thường là phân tử DNA tái tổ hợp trong plasmid vector, bằng cách sao chép phân tử đó trong một vật chủ thích hợp chẳng hạn vi khuẩn E. coli. Nhập môn Công nghệ sinh học 349
28. Terminal transferase. Enzyme bổ sung các gốc nucleotide vào đầu 3’ của oligonucleotide hoặc polynucleotide. Tế bào khả biến (competent cell). Các tế bào vi khuẩn có khả năng tiếp nhận DNA ngoại lai trong quá trình biến nạp. Tế bào lympho B (B lymphocyte). Phát triển trong tủy xương (bone marrow) được ký hi . Tế bào lympho T (T lymphocyte). Phát triển và thuần thục ở tuyến ức (thymus) nên ký hiệu T. Tế bào Hfr (high frequency recombination cell). Tế bào giới tính đực ở E. coli, có mang nhân tố F gắn liền với nhiễm sắc thể vi khuẩn. Khi nhân tố F thúc đẩy sự tiếp hợp của tế bào Hfr với tế bào cái (F-) thì các gen của vi khuẩn được truyền sang tế bào cái với tần số cao. Tế bào NK. Là những tế bào lympho có hạt lớn, có khả năng nhận biết các tế bào bị ung thư, các vi sinh vật xâm nhiễm và tiêu diệt chúng nên gọi là tế bào giết tự nhiên, được ký hiệu là NK hay TNK (natural killer). Tế bào mầm phôi (embryonic stem cell). Tế bào phôi chưa biệt hóa, đa thể ở chuột, có thể được nuôi cấy trong một thời gian dài mà vẫn giữ được tính đa thể, nghĩa là khả năng biệt hóa theo nhiều hướng để phát triển thành các tế bào khác nhau như tế bào cơ tim, tế bào thần kinh, tế bào gan Tế bào trần (protoplast). Tế bào thực vật đã bị mất thành cellulose do xử lý các enzyme (cellulase, hemicellulase và pectinase), thường được dùng trong các thí nghiệm dung hợp tế bào (protoplast fusion) hay còn gọi là lai tế bào sinh dưỡng (somatic hybridization) để mở rộng nguồn gen tạo ra các giống cấy trồng mới mang các đặc tính ưu việt. Thể Barr. Thể Barr là nhiễm sắc thể X bị bất hoạt và kết đặc có trong nhân tế bào của nữ giới, không có ở nam giới. Thể biến nạp (transformant). Tế bào hoặc sinh vật nhận được gen của một sinh vật khác trong quá trình biến nạp và biểu hiện chức năng của gen đó ra kiểu hình. Thể đột biến (mutant). Sinh vật (hoặc gen) mang đột biến di truyền. Thể khảm (mosaic). Phôi hoặc cơ thể có các tế bào mang các hệ gen không giống nhau. Nhập môn Công nghệ sinh học 350
29. Thể tái tổ hợp (recombinant). Các cá thể hoặc tế bào mang các tổ hợp gen khác với cha mẹ của chúng do các quá trình tái tổ hợp di truyền sinh ra. Thông tin di truyền (genetic information). Thông tin được lưu trữ trong các phân tử DNA của sinh vật ở dạng trình tự sắp xếp của bốn nucleotide A, T, C và G đóng vai trò như những ”chữ cái” của ”ngôn ngữ” di truyền. Trong ngôn ngữ này, mỗi từ chỉ có ba chữ cái gọi là một bộ ba. Nghĩa của mỗi từ là một amino acid có mặt trên phân tử protein tương ứng. Mỗi ”câu” của ngôn ngữ di truyền là một gen chứa đựng thông tin di truyền để đảm nhiệm một chức năng trọn vẹn. Mỗi chức năng là một đặc tính sinh lý, hình thái hay cấu trúc của sự sống. Do cơ chế sao chép theo kiểu nửa bảo toàn của DNA mà thông tin di truyền được truyền chính xác từ thế hệ nọ sang thế hệ kia hầu như không thay đổi. Thư viện cDNA (cDNA library). Tập hợp các dòng DNA được tạo ra từ mRNA của một tế bào hoặc một mô cụ thể trong bacteriophage vector, đại diện cho thông tin di truyền mà các tế bào đó biểu hiện. Thư viện hệ gen (genomic library). Tập hợp tất cả các đoạn DNA được tạo ra từ phản ứng cắt hạn chế genome trong bacteriophage vector, đại diện được cho toàn bộ cho thông tin di truyền của một hệ gen. Tính toàn thể (totipotency). Là khả năng sinh sản hoặc tái sinh một cơ thể hoàn chỉnh từ một bộ phận của nó. Trình tự dẫn đầu (leader sequence). Một trong ba phần chủ yếu của một phân tử mRNA. Trình tự này nằm ở đầu 5’ của mRNA và mang thông tin để ribosome và các protein đặc hiệu nhận biết bắt đầu quá trình tổng hợp polypeptide, trình tự dẫn đầu không được dịch mã thành trình tự các amino acid. Trình tự điều hòa (regulatory sequence). Một trình tự của DNA tham gia vào quá trình điều hòa của gen. Ví dụ promoter hoặc operator. Trình tự khởi động (promoter). Trình tự nucleotide đặc hiệu nằm trong thành phần operon, có chức năng điều hòa hoạt động của operon, nơi RNA polymerase bám vào để bắt đầu quá trình phiên mã. Trình tự đặc trưng của promoter có khoảng 20-200 nitrogen base. Trình tự Shine-Dalgarno (Shine Dalgarno sequence, SD). Còn gọi là vùng liên kết ribosome (RBS), là một phần của trình tự nucleotide ở đầu Nhập môn Công nghệ sinh học 351
30. 5’ của một mRNA prokaryote có thể kết hợp bổ sung cặp base với đầu 3’ của 16S rRNA, dùng làm tín hiệu cho sự khởi đầu dịch mã. Trình tự tăng cường (enhancer). Trình tự nucleotide dạng cis làm tăng cường độ phiên mã của promoter trong gen eukaryote. Nó có thể nằm cách promoter hàng ngàn cặp base và hoạt động theo cả hai hướng ở bất kỳ vị trí nào so với promoter. Trypsin. Enzyme xúc tác phản ứng thủy phân các liên kết peptide trong protein và thủy phân từng phần protein, dẫn xuất từ trypsinogen dịch tụy tiết vào ruột non, được enzyme ruột non enterokinase tác động chuyển thành. Vật chủ (host). Tế bào dùng để nhân các phân tử DNA lên nhiều lần. Vector. Là các phân tử DNA đ và biểu hiện gen, o vật chủ (E. coli . V . Vector biểu hiện (expression vector). , ví dụ: E. coli. Để biểu hiện các gen ngoại lai trong E. coli phải bắt đầu bằng việc gắn nó vào trong vector biểu hiện (thường là plasmid). Vector này phải có đủ các cấu trúc cần thiết sau: (1) Gen chỉ thị chọn lọc (selectable marker) để đảm bảo duy trì vector trong tế bào. (2) Một promoter kiểm soát phiên mã cho phép sản xuất một lượng lớn mRNA từ các gen được tạo dòng. (3) Các trình tự kiểm soát dịch mã như vùng liên kết ribosome được bố trí thích hợp và codon khởi đầu AUG. (4) Một polylinker để đưa gen ngoại lai vào trong một hướng chính xác với promoter. Vector liệu pháp (therapeutic vector). Có thể sử dụng viral vector hoặc không phải virus. Các viral vector thường dùng là adenovirus, adeno- associated virus (AAV), retrovirus, lentivirus và paramyxovirrus. Các vector Nhập môn Công nghệ sinh học 352
31. không phải virus là các phức hợp cationic liposome như GL67, PEI, plasmid, SecR, Integrin Vector tạo dòng (cloning vector). Phân tử DNA mạch kép có khả năng tự sao chép trong tế bào vật chủ. Có thể gắn vào phân tử này một đoạn hoặc một vài đoạn DNA khác nguồn tạo nên phân tử DNA tái tổ hợp dùng để nhân dòng. Vết tan (plaque). Vòng tròn trong suốt xuất hiện trên thảm đục của các vi khuẩn mọc trên môi trường thạch đặc, do sự tan vỡ lặp lại nhiều chu kỳ của các tế bào vi khuẩn bị bacteriophage xâm nhiễm và sinh tan. Vi khuẩn hiếu khí (aerobe). Vi khuẩn sống trong không khí và sử dụng oxygen tự do để sinh trưởng. Vi khuẩn kỵ khí (anaerobe). Vi khuẩn sống trong điều kiện không có không khí hay oxygen tự do, ngược lại với hiếu khí. Trong các quá trình kỵ khí, H2S có thể được tạo ra gây mùi khó chịu. Virus. Phức hợp chứa nucleic acid (DNA hoặc RNA) nằm trong một vỏ bọc protein, có khả năng gây nhiễm và tái bản bên trong tế bào vật chủ đặc hiệu, tạo ra nhiều virus, lan truyền từ tế bào này sang tế bào khác. Virus là dạng sống không có cấu trúc tế bào, có khả năng xâm nhập vào các tế bào sống xác định và chỉ sinh sản ở bên trong các tế bào đó. Giống như tất cả các sinh vật khác, virus có bộ máy di truyền của riêng mình, mã hóa việc tổng hợp các hạt virus từ các chất có trong tế bào vật chủ. Như vậy, virus là những vật ký sinh nội bào. Virus phân bố ở khắp nơi trong tự nhiên, xâm nhập vào tất cả các nhóm sinh vật. Người ta đã biết khoảng 500 loại virus xâm nhập động vật máu nóng, 300 loại xâm nhập thực vật bậc cao. Một số khối u ung thư ở động vật và ở người có thể do virus. Virus tồn tại ở hai dạng: dạng nghỉ hay ngoại bào và dạng sinh sản hay nội bào. Kích thước của các hạt virus từ 15-350 nm, chiều dài của một số loại virus có thể đạt tới 2000 nm. Phần lớn virus chỉ nhìn thấy được qua kính hiển vi điển tử. Chất mang thông tin di truyền của virus là nucleic acid: DNA hoặc RNA. Vì vậy, có thể phân virus thành hai loại: loại mang DNA và loại mang RNA. Vi tiêm (microinjection). Kỹ thuật đưa DNA vào nhân hoặc vào tế bào chất của tế bào bằng kim mao dẫn và bơm áp lực. Toàn bộ thao tác được tiến hành trên kính hiển vi ngược pha (inverted microscope). Nhập môn Công nghệ sinh học 353
32. Vị trí cos (cos site). phage λ . Vị trí liên kết kháng nguyên đơn nhất (unique antigen combining site). Vị trí liên kết với kháng thể nằm trên một phân tử kháng nguyên. Vòng cặp tóc (hairpin loop). Vùng chuỗi đơn bổ sung tạo nếp gấp chứa các cặp base tạo thành xoắn kép, . Vùng cùng hướng (downtream region). Đề cập đến vị trí của một đoạn trình tự nào đó nằm ở phía đầu 3’ của gen hoặc một đoạn gen quan tâm. Vùng đa nối (polylinker hay polycloning site). Một trình tự DNA mạch kép được tổng hợp nhân tạo có mang một loạt các vị trí nhận biết của các enzyme hạn chế. Trình tự này được gắn vào các vector dùng trong kỹ thuật tạo dòng gen (như vùng tạo dòng). Vùng liên kết ribosome (ribosome binding site, RBS). (xem trình tự Shine-Dalgarno). Vùng ngược hướng (upstream region).Vị trí của một trình tự nucleotide nào đó nằm ở phía đầu 5’ của phân tử DNA so với gen quan tâm. Vùng tạo dòng (multiple cloning sites, MCS). t số enzyme cắt hạn chế thông dụng, được thiết kế để chèn đoạn DNA ngoại lai vào đây. Western blot. Kỹ thuật chuyển protein tổng số đã được phân tách bằng điện di SDS trên polyacrylamide gel lên màng nylon hoặc nitrocellulose để lai với kháng thể thứ nhất đặc hiệu và sau đó là kháng thể thứ hai có đánh dấu enzyme nhằm phát hiện protein kháng nguyên tương ứng của nó. Xenobiotic. Một loại hợp chất được tìm thấy trong cơ thể sống nhưng không được sản xuất bình thường hoặc mong đợi có mặt trong cơ thể. Nó cũng có thể bao gồm cả các chất hiện diện với nồng độ cao hơn bình thường nhiều lần. Đặc biệt, các loại thuốc như kháng sinh được xem là xenobiotic của người bởi vì cơ thể người không tự sản xuất chúng. Tuy nhiên, trong lĩnh vực môi trường thuật ngữ này thường được sử dụng để chỉ các chất gây Nhập môn Công nghệ sinh học 354
33. ô nhiễm như các dioxin, các polychlorinated biphenyl , và các ảnh hưởng của chúng lên khu hệ sinh vật (biota). X-gal (5-bromo-4-chloro-3indolyl- -D-galactopyranoside). Cơ chất sinh màu với -galactosidase cho ra sản phẩm có màu xanh lam. YAC (Yeast artificial chromosome). Nhiễm sắc thể nhân tạo của nấm men, được dùng làm vector để tạo dòng những đoạn DNA có kích thước rất lớn trong nấm men. Yếu tố tác động cis (cis-acting element). Đoạn trình tự DNA chỉ biểu hiện hiệu quả trên chính phân tử DNA mà nó tác động. Ví dụ: hộp CAAT là một phần tử tác động cis đối với quá trình phiên mã ở các sinh vật eukaryote. Yếu tố tác động trans (trans-acting element). Yếu tố di truyền có thể biểu hiện hiệu quả mà không cần nằm trên cùng một phân tử với đoạn trình tự đích. Thường yếu tố đó mã hóa cho một sản phẩm protein (có thể là một enzyme hay một protein điều hòa) và sản phẩm này có thể khuếch tán đến điểm tác động. Tài liệu tham khảo/đọc thêm 1. Ban Từ điển-NXB Khoa học và Kỹ thuật. 2002. Từ điển Bách khoa Sinh học. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 2. Bains W. 2003. Biotechnology from A to Z. Oxford University Press Inc. New York, USA. 3. Lawrence E. 1995. Henderson’s Dictionary of Biological Terms. 7th ed. Longman Group Ltd. Singapore. 4. Ratledge C and Kristiansen B. 2002. Basic Biotechnology. Cambridge University Press, UK. 5. Singleton P and Sainsbury D. 2001. Dictionary of Microbiology and Molecular Biology. 3rd ed. John Wiley & Sons, Ltd. UK. 6. Walker JM and Rapley R. 2002. Molecular Biology and Biotechnology. 4th ed. The Royal Society of Chemistry, Cambridge, UK. Nhập môn Công nghệ sinh học 355