Giải bài tập Chuyên đề Sinh học 10 Bài 3: Công nghệ tế bào động vật và thành tựu
Mở đầu trang 15 Chuyên đề Sinh học 10: Việc thay thế các bộ phận bị bệnh, bị tổn thương trên cơ thể người đang gặp phải những khó khăn là thiếu nguồn tạng hiến và xảy ra hiện tượng đào thải sau ghép. Đó là những vấn đề lớn cần các nhà khoa học nghiên cứu giải quyết. Một trong các hướng nghiên cứu là sử dụng các tạng ở động vật biến đổi gene để chống lại hiện tượng đào thải ở người bệnh hoặc nuôi cấy mô tế bào tạo ra các tạng để ghép cho người bệnh. Công nghệ nuôi cấy tế bào động vật còn đem lại những triển vọng nào khác trong tương lai?
Lời giải:
Triển vọng của công nghệ tế bào động vật trong tương lai:
– Sử dụng liệu pháp tế bào gốc và liệu pháp gene để chữa trị bệnh cho con người.
– Sử dụng nuôi cấy tế bào để sản xuất protein chữa bệnh cho con người.
– Sử dụng công nghệ tế bào kết hợp với công nghệ di truyền tạo ra các con vật mang gene người dùng làm mô hình nghiên cứu phát sinh bệnh, nghiên cứu và chế tạo được thuốc ở giai đoạn sớm.
– Sử dụng công nghệ tế bào động vật để tạo các mô, cơ quan thay thế hoặc để giúp tăng sinh khối, cung cấp nguồn tế bào cho công nghệ gene, sản xuất thịt nhân tạo, nhân bản vô tính,…
II. MỘT SỐ THÀNH TỰU VÀ TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 17 Chuyên đề Sinh học 10: Trình bày quy trình nhân bản vô tính động vật.
Lời giải:
Quy trình nhân bản vô tính động vật có thể được tóm tắt như sau:
– Bước 1: Tách tế bào cho nhân từ một loại mô nào đó của con vật cần nhân bản. Nuôi cấy tế bào trong môi trường nhân tạo để nhân tế bào được đưa về trạng thái giải biệt hóa giống như nhân của tế bào hợp tử. Sau đó, tách lấy nhân tế bào.
– Bước 2: Lấy tế bào trứng từ con cái trưởng thành của cá thể khác, sau đó loại bỏ nhân của tế bào trứng này.
– Bước 3: Dung hợp nhân tế bào của con vật cần nhân bản vào trứng đã mất nhân.
– Bước 4: Nuôi cấy tế bào trứng đã được cấy nhân cho phát triển thành phôi sớm trong môi trường nhân tạo.
– Bước 5: Cấy phôi vào tử cung của cá thể mang thai hộ. Sau thời gian mang thai, cá thể mẹ mang thai hộ sinh ra cá thể con giống hệt cá thể cho nhân.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 17 Chuyên đề Sinh học 10: Nêu nguyên nhân khiến việc nhân bản vô tính động vật vẫn chưa thực sự thành công.
Lời giải:
Một trong những nguyên nhân khiến việc nhân bản vô tính động vật vẫn chưa thực sự thành công là do việc tái lập trình hệ gene của tế bào cho nhân vẫn không được diễn ra một cách hoàn hảo trong tế bào trứng. Trong quá trình biệt hóa tế bào, nhiều gene được đóng/mở bằng cách methyl hóa (gắn thêm nhóm -CH3) một số vị trí nucleotide (cytosine). Trong quá trình giải biệt hóa tế bào cho nhân, có thể một số gene trong tế bào cho nhân chưa được khử nhóm methyl nên còn nhiều gene chưa được giải biệt hóa, dẫn đến quá trình phát triển của con vật nhân bản chưa bình thường.
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 19 Chuyên đề Sinh học 10: Người ta có thể tạo ra các tế bào gốc để chữa bệnh bằng cách nào?
Lời giải:
Người ta có thể tạo ra các tế bào gốc để chữa bệnh bằng cách:
– Lấy tế bào gốc phôi từ những phôi thụ tinh trong ống nghiệm giai đoạn 6 ngày tuổi hoặc từ các thai bị sảy hoặc được tạo ra bằng nhiều cách khác rồi nuôi trong môi trường nhân tạo.
– Tách tế bào gốc trưởng thành từ mô và cơ quan của người rồi đem nuôi cấy trên môi trường nhân tạo.
– Nuôi cấy các tế bào chuyên hóa khỏe mạnh từ người bệnh, sau đó giải biệt hóa cho chúng trở lại thành tế bào gốc đa tiềm năng.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 19 Chuyên đề Sinh học 10: Nêu một số thành tựu sử dụng tế bào gốc để chữa bệnh ở người.
Lời giải:
Một số thành tựu sử dụng tế bào gốc để chữa bệnh ở người:
– Sử dụng tế bào gốc để phục hồi các tế bào lành bị tổn thương do quá trình xạ trị như tế bào máu ở bệnh nhân mắc ung thư.
– Bảo quản tế bào gốc lấy từ máu cuống rốn trẻ sơ sinh ở điều kiện lạnh sâu nhằm dự trữ nguồn tế bào gốc hữu ích dùng để chữa bệnh.
– Thử nghiệm liệu pháp tế bào gốc để thay thế tế bào tuyến tụy không còn khả năng tổng hợp insulin nhằm chữa trị bệnh tiểu đường type 1.
– Thử nghiệm dùng tế bào gốc để chữa bệnh mù do thoái hóa điểm vàng ở người cao tuổi, bệnh Parkinson,…
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 22 Chuyên đề Sinh học 10: Liệu pháp gene là gì? Trình bày các bước tiến hành trong liệu pháp gene.
Lời giải:
– Liệu pháp gene là phương pháp chữa bệnh di truyền bằng việc thay thế gene bệnh bằng gene lành.
– Các bước tiến hành trong liệu pháp gene:
+ Bước 1: Nuôi cấy tế bào gốc (tế bào gốc lấy từ người bệnh hoặc từ người phù hợp) trên môi trường nhân tạo.
+ Bước 2: Tế bào gốc được sửa chữa gene hoặc thay thế gene bệnh bằng gene lành rồi được sàng lọc và cho phân chia thành nhiều tế bào.
+ Bước 3: Tiêm các tế bào đã được chỉnh sửa hoặc thay thế gene trở lại cơ thể người bệnh.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 22 Chuyên đề Sinh học 10: Trình bày sự khác biệt giữa liệu pháp tế bào mầm sinh dục và liệu pháp tế bào cơ thể.
Lời giải:
Sự khác biệt giữa liệu pháp tế bào mầm sinh dục và liệu pháp tế bào cơ thể:
|
Liệu pháp tế bào mầm sinh dục |
Liệu pháp tế bào cơ thể |
|
– Các tế bào đã được thay thế gene lành được tiêm vào trong giai đoạn phôi. |
– Các tế bào đã được thay thế gene lành được tiêm trực tiếp vào cơ thể con vật. |
|
– Gene được thay thế có thể truyền lại cho thế hệ sau. |
– Gene thay thế không được truyền lại cho thế hệ sau. |
Dừng lại và suy ngẫm 3 trang 22 Chuyên đề Sinh học 10: Nêu một số thử nghiệm về liệu pháp gene ở người.
Lời giải:
Một số thử nghiệm về liệu pháp gene ở người:
– Thử nghiệm dùng liệu pháp gene (liệu pháp tế bào soma) để chữa bệnh di truyền cho ba bệnh nhân mắc bệnh suy giảm miễn dịch do hỏng 1 gene trong tế bào tủy xương: Các nhà khoa học đã tiến hành lấy tế bào tủy xương của bệnh nhân, nuôi cấy trong phòng thí nghiệm rồi thay thế gene bệnh bằng gene lành nhờ retrovirus. Tế bào tủy xương đã thay thế gene sau đó được tiêm trở lại cho bệnh nhân. Thử nghiệm coi như đã thành công khi tế bào tủy xương của các bệnh nhân đã sản sinh được protein mà trước đó bị thiếu. Tuy nhiên, sau đó cả ba bệnh nhân đều bị bệnh ung thư bạch huyết, nguyên nhân được cho là do retrovirus cài gene lành vào nhiễm sắc thể người chưa đúng vị trí.
– Thử nghiệm dùng liệu pháp gene để chữa trị bệnh u xơ nang: Dùng virus làm vector để đưa gen lành vào thay thế cho gene đột biến CFTR ở tế bào phổi. Sau đó, tiêm các tế bào đã được biến đổi gene vào cơ thể bệnh nhân giúp tạo ra protein mong muốn.
Luyện tập và vận dụng 1 trang 23 Chuyên đề Sinh học 10: Nêu các triển vọng của việc nhân bản vô tính động vật.
Lời giải:
Triển vọng của việc nhân bản vô tính động vật:
– Tạo ra đàn vật nuôi có cùng kiểu gene ưu việt để đem lại giá trị kinh tế cao.
– Tạo ra những vật nuôi có mang gene của người để tạo ra những “nhà máy” sản xuất ra thuốc chữa bệnh cho người.
– Ứng dụng nhân bản vô tính ở động vật giúp gia tăng số lượng cá thể động vật có nguy cơ tuyệt chủng cao.
Luyện tập và vận dụng 2 trang 23 Chuyên đề Sinh học 10: Liệu pháp gene cần phải khắc phục những trở ngại gì để có thể đưa vào sử dụng trong thực tế?
Lời giải:
Những trở ngại liệu pháp gene cần khắc phục để có thể đưa vào sử dụng trong thực tế: Sử dụng các vector để đưa gene vào tế bào không đảm bảo gene thay thế được gắn vào đúng vị trí của gene gây bệnh. Việc gắn gene sai vị trí có thể làm bất hoạt các gene khác hoặc làm cho gene thay thế biểu hiện không đúng liều lượng, không đúng vị trí. Bởi vậy, việc cần khắc phục hiện nay là tìm được công cụ đưa gene bình thường vào đúng vị trí của gene gây bệnh. Một trong các công cụ có triển vọng là hệ thống enzyme CRISPR/Cas9.
Luyện tập và vận dụng 3 trang 23 Chuyên đề Sinh học 10: Sử dụng tế bào gốc có thể hỗ trợ điều trị một số bệnh ung thư như thế nào?
Lời giải:
Sử dụng tế bào gốc có thể hỗ trợ điều trị một số bệnh ung thư bằng cách:
– Sử dụng liệu pháp tế bào gốc để phục hồi các tế bào gốc tủy xương để chúng sản sinh ra các tế bào thay thế những tế bào máu, tế bào hệ miễn dịch bị hóa chất và tia phóng xạ tiêu diệt trong quá trình điều trị ung thư.
– Tế bào gốc đang được nghiên cứu thử nghiệm để chữa một số bệnh như ung thư bạch cầu, ung thư hạch, u nguyên bào thần kinh và da u tủy: Các tế bào gốc tủy xương được tiêm vào tủy xương của bệnh nhân, tại đây chúng phân chia và biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau, thay thế các tế bào bị bệnh.
– Sử dụng tế bào gốc cũng có thể trực tiếp chống lại tế bào ung thư: Tế bào ghép từ người hiến tặng có khả năng tấn công các tế bào ung thư còn sót lại trong cơ thể người bệnh sau những đợt điều trị ung thư với các hóa chất liều cao.
Luyện tập và vận dụng 4 trang 23 Chuyên đề Sinh học 10: Sử dụng tế bào gốc gây nên những quan ngại gì về vấn đề đạo đức?
Lời giải:
Sử dụng tế bào gốc gây tranh cãi liên quan đến đạo đức sinh học trong việc tạo ra tế bào gốc bằng cách tạo ra các phôi và phá hủy phôi ở giai đoạn sớm. Một số nước cho rằng phá các phôi dù ở giai đoạn sớm là vi phạm đạo đức.