Sinh học

- Vi sinh vật có phạm vi phân bố rộng hơn rất nhiều so với những nhóm sinh vật khác vì:

+ Không chỉ có số lượng lớn và đa dạng về hình thái, vi sinh vật còn có nhiều kiểu chuyển hóa vật chất và năng lượng nhất so với các nhóm sinh vật khác. Chúng có nhiều kiểu dinh dưỡng nên có thể dùng nhiều loại chất khác nhau làm thức ăn. Chúng có thể sống ở nơi rất nóng hoặc lạnh, nơi có hoặc hoàn toàn không có ôxi, nơi có môi trường rất chua hoặc rất kiềm, nơi có áp suất rất lớn thậm chí trên 1000 atm dưới đáy biển sâu, hoặc ở nơi hầu như không có nước, như sâu tới 1 km trong lòng đá.

+ Do kích thước nhỏ và cấu tạo đơn giản nên chúng có thể phát sinh nhiều biến dị để thích nghi với môi trường sống có sự thay đổi.

+ Tốc độ chuyển hóa nhanh

- Các kiểu dinh dưỡng ở vi sinh vật:

+ Quang tự dưỡng: nguồn năng lượng – ánh sáng và nguồn carbon – CO2, HCO3- hoặc các chất tương tự.

+ Hóa tự dưỡng: nguồn năng lượng – chất vô cơ (H2S, NH3 hoặc Fe2+) và nguồn carbon - CO2, HCO3- hoặc các chất tương tự.

+ Quang dị dưỡng: nguồn năng lượng – ánh sáng và nguồn carbon – chất hữu cơ.

+ Hóa dị dưỡng: nguồn năng lượng – chất hữu cơ và nguồn carbon – chất hữu cơ.

- Ở động vật có hình thức dinh dưỡng là hóa dị dưỡng còn ở thực vật là quang tự dưỡng. So với động vật và thực vật thì vi sinh vật có thêm 2 kiểu dinh dưỡng là hóa tự dưỡng và quang dị dưỡng.

- Vi sinh vật có tốc độ trao đổi chất nhanh, sinh trưởng, sinh sản nhanh hơn so với thực vật và động vật vì:

+ Vi sinh vật có kích thước tế bào nhỏ hơn rất nhiều so với thực vật và động vật và có cấu tạo đơn giản nên nên có tốc độ sinh trưởng rất nhanh, dẫn đến phân bào nhanh.

+ Kích thước tế bào nhỏ thì việc vận chuyển các chất từ nơi này đến nơi khác trong tế bào hoặc ra môi trường sẽ nhanh.

+ Tỷ lệ S/V (diện tích/thể tích) lớn sẽ có khả năng trao đổi chất và năng lượng với môi trường nhanh hơn.

+ Cấu tạo đơn giản giúp vi khuẩn dễ dàng biến đổi thành một chủng loại khác khi có sự thay đổi về bộ máy di truyền.

- Vi sinh vật là những sinh vật có kích thước nhỏ bé, thường chỉ quan sát được dưới kính hiển vi.

- Các nhóm vi sinh vật:

+ Vi sinh vật nhân thực: Nấm đơn bào, tảo đơn bào, động vật nguyên sinh và các vi nấm, vi tảo và động vật đa bào kích thước hiển vi.

+ Vi sinh vật nhân sơ: Archaea (vi sinh vật cổ) và vi khuẩn.

- Vi sinh vật là những sinh vật có kích thước nhỏ bé, thường chỉ quan sát được dưới kính hiển vi.

- Với kích thước nhỏ bé, “thức ăn” của vi sinh vật cũng rất đa dạng. Một số loài vi sinh vật sử dụng thức ăn là nguồn cacbon trong các hợp chất vô cơ như CO2, HCO3- hoặc các hợp chất tương tự. Một số khác sẽ sử dụng nguồn cacbon từ các hợp chất hữu cơ có sẵn trong thức ăn.

- Để nghiên cứu về vi sinh vật chúng ta có thể sử dụng một số phương pháp như: quan sát, phân lập và nuôi cấy vi sinh vật.

Các giống cây được tạo ra nhờ nuôi cấy mô thường sạch bệnh và có tính đồng nhất cao về mặt di truyền. Do đó, trong điều kiện thuận lợi, tất cả các cây sẽ phát triển rất nhanh, cho sản phẩm nhiều và chất lượng đảm bảo. Tuy nhiên, do không có tính đa dạng di truyền cao, nên một tác nhân bất lợi cũng có thể tác động tiêu cực đến tất cả các cây giống. Bởi vậy, việc trồng các giống cây nuôi cấy mô trên một diện tích rộng có thể đem lại lợi ích kinh tế rất lớn nhưng cũng đem lại rủi ro cao.

Các giống cây được tạo ra nhờ nuôi cấy mô có thường sạch bệnh và có tính đồng nhất cao về mặt di truyền. Do đó, đặc điểm hình thái, sinh lý của các cây chuối trồng trên cùng một cánh đồng, được hưởng cùng điều kiện chăm sóc sẽ rất tương đồng với nhau, giúp người ta có thể dễ dàng phát hiện ra đó có phải là những cây chuối nuôi cấy mô hay không.

Một số thành tựu của công nghệ tế bào thực vật là:

- Kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào: nhân nhanh với số lượng lớn cây ở những loài quý hiếm có thời gian sinh trưởng chậm, cây kháng bệnh virus và nhiều bệnh khác. Công nghệ tế bào thực vật kết hợp với công nghệ di truyền có thể tạo ra giống cây biến đổi gene (có gene đã được chỉnh sửa) hay cây chuyển gene (có thêm gene từ loài khác) nhằm thỏa mãn nhu cầu của con người.

- Kĩ thuật lai tế bào sinh dưỡng: giúp tạo ra giống mới mang đặc điểm của hai loài mà bằng phương pháp tạo giống thông thường không tạo ra được.

- Kĩ thuật nuôi cấy hạt phấn hoặc noãn chưa thụ tinh: có thể tạo ra các cây có kiểu gene đồng hợp tử về tất cả các gene, đem lại nhiều lợi ích trong công tác tạo giống cây trồng.

- Nguyên lí của công nghệ tế bào thực vật là dùng môi trường dinh dưỡng có bổ sung các hormone thực vật thích hợp để tạo điều kiện cho các tế bào thực vật phân chia và biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau, từ đó hình thành nên các cây mới.

- Để cho các tế bào thực vật đã biệt hóa có thể phân chia và phát triển thành một cây hoàn chỉnh thì các nhà khoa học cần nuôi cấy tế bào trong những điều kiện môi trường dinh dưỡng có bổ sung các hormone thực vật thích hợp với từng giai đoạn phát triển của mô, cây.

- Công nghệ tế bào thực vật là quy trình công nghệ nuôi cấy các tế bào, mô thực vật ở điều kiện vô trùng để tạo ra các cây có kiểu gene giống nhau nhằm mục đích nhân giống.

• Khái niệm tế bào gốc: Tế bào gốc là những tế bào có thể phân chia và biệt hóa thành thành loại tế ào khác nhau.

• Phân biệt các loại tế bào gốc:

+ Tế bào gốc phôi (tế bào gốc vạn năng): Có nguồn gốc từ phôi sớm của động vật, có thể phân chia và biệt hóa thành mọi loại tế bào của cơ thể trưởng thành.

+ Tế bào gốc trưởng thành (tế bào gốc đa tiềm năng): Có nguồn gốc từ các mô của cơ thể trưởng thành, chỉ có thể phân chia và biệt hóa thành một số loại tế bào nhất định của cơ thể.

• Nuôi cấy tế bào người và động vật mang lại nhiều lợi ích:

+ Mở ra triển vọng tạo ra tế bào, mô, cơ quan thay thế cho người bệnh mà không gặp trường hợp loại thải tế bào ghép vì nhân tế bào được cấy vào tế bào trứng là nhân của tế bào da người bệnh. Các tế bào được nhân dòng trong ống nghiệm là tế bào của người bệnh nhưng là tế bào khỏe mạnh.

+ Cho phép nghiên cứu và phát triển thịt nhân tạo làm thực phẩm cho con người.

+ Ứng dụng để sản xuất ra các protein chữa bệnh cho người.

- Công nghệ tế bào động vật là quy trình công nghệ nuôi cấy các loại tế bào động vật và tế bào người trong môi trường nhân tạo để tạo ra một lượng lớn tế bào nhằm mục đích nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế.

- Nguyên lí của công nghệ tế bào động vật là nuôi cấy các tế bào gốc trong môi trường thích hợp và tạo điều kiện để chúng phân chia rồi biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau. Trong đó, tế bào gốc là những tế bào có thể phân chia và biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau.

- Một số thành tựu nổi bật và có ý nghĩa lớn trong thực tiễn của công nghệ tế bào động vật là:

+ Nhân bản vô tính vật nuôi: đã tạo ra những động vật nhân bản vô tính ở nhiều loài như: ếch, bò, lợn, cừu, ngựa, lừa, chó, mèo, khỉ và nhiều loài động vật có vú khác, trong đó nổi bật nhất là sự ra đời của con cừu nhân bản đầu tiên trên thế giới có tên là Dolly vào năm 1996. Tại Việt Nam, các nhà khoa học ở Viện Chăn nuôi cũng lần đầu tiên nhân bản thành công vật nuôi là con lợn Ỉ. Nhân bản vật nuôi không chỉ nhằm mục đích sinh sản tạo ra nhiều cá thể có cùng kiểu gene ưu việt mà chúng còn làm tăng số lượng cá thể của những loài có nguy cơ tuyệt chủng.

+ Liệu pháp tế bào gốc: đang được ứng dụng trong việc chữa trị một số bệnh ung thư ở người. Các nhà khoa học cũng kì vọng sẽ chữa được các bệnh như Parkinson, bệnh tiểu đường type I, người có cơ tim bị tổn thương do đột quỵ hay bị tổn thương các tế bào thần kinh. Thành tựu trong nuôi cấy các tế bào động vật cũng cho phép các nhà nghiên cứu phát triển thịt nhân tạo làm thực phẩm cho con người.

+ Liệu pháp gene: chữa bệnh di truyền nhờ thay thế gene bệnh bằng gene lành.