Công nghệ sinh học vi sinh vật

Công nghệ sinh học vi sinh vật ứng dụng kỹ thuật di truyền và sinh lý học vi sinh vật để thiết kế các vi sinh vật sản xuất các phân tử có giá trị, biến đổi cơ chất và làm sạch môi trường.

Definition

Công nghệ sinh học vi sinh vật là việc sử dụng các vi sinh vật, thường được biến đổi gen, để sản xuất các sản phẩm hữu ích và thực hiện các quy trình có giá trị trong công nghiệp, y học, nông nghiệp và quản lý môi trường.

Scope

Chủ đề này bao gồm công nghệ DNA tái tổ hợp và sản xuất protein như insulin trong vật chủ vi sinh vật; kỹ thuật chuyển hóa để định hướng lại quá trình trao đổi chất của vi sinh vật theo các sản phẩm mong muốn; sản xuất nhiên liệu sinh học và hóa chất công nghiệp; công nghệ sinh học phục hồi môi trường, trong đó vi sinh vật phân hủy các chất ô nhiễm; và việc sử dụng vi sinh vật trong nông nghiệp. Nó coi vi sinh vật như những nhà máy có thể lập trình và tác nhân làm sạch môi trường.

Core questions

• Vi sinh vật được biến đổi gen như thế nào để tạo ra các sản phẩm hữu ích?
• Công nghệ DNA tái tổ hợp cho phép sản xuất protein như thế nào?
• Vi sinh vật có thể được sử dụng để phân hủy chất ô nhiễm như thế nào?
• Các ứng dụng của công nghệ sinh học vi sinh vật trong các lĩnh vực khác nhau là gì?

Key concepts

• Công nghệ DNA tái tổ hợp
• Sản xuất protein bằng vi sinh vật
• Kỹ thuật chuyển hóa
• Nhiên liệu sinh học và hóa chất công nghiệp
• Công nghệ sinh học phục hồi môi trường

Key theories

Công nghệ DNA tái tổ hợp

Việc đưa các gen ngoại lai vào vật chủ vi sinh vật cho phép chúng sản xuất các protein và chất chuyển hóa không tự nhiên có trong hệ gen của chúng, đây là nguyên tắc đã khởi xướng công nghệ sinh học hiện đại và việc sản xuất protein người bằng vi sinh vật.

Mechanisms

Các gen mã hóa sản phẩm mong muốn được nhân bản vào các vector và đưa vào vật chủ vi sinh vật, sau đó vật chủ này sẽ biểu hiện các sản phẩm trong điều kiện được kiểm soát. Kỹ thuật chuyển hóa điều chỉnh các con đường trao đổi chất của vi sinh vật để tăng năng suất hoặc tạo ra các hợp chất mới. Trong công nghệ sinh học phục hồi môi trường, khả năng trao đổi chất tự nhiên hoặc đã được biến đổi của vi sinh vật được sử dụng để phân hủy hoặc biến đổi các chất ô nhiễm trong đất và nước, khai thác tính linh hoạt của vi sinh vật vì lợi ích môi trường.

Clinical relevance

Công nghệ sinh học vi sinh vật sản xuất các dược phẩm tái tổ hợp như insulin và các protein trị liệu khác, enzyme công nghiệp, nhiên liệu sinh học và hóa chất chuyên dụng, đồng thời hỗ trợ làm sạch môi trường thông qua công nghệ sinh học phục hồi môi trường, biến nó thành một nền tảng của nền kinh tế sinh học hiện đại.

History

Sự phát triển của công nghệ DNA tái tổ hợp vào những năm 1970 bởi các nhà nghiên cứu bao gồm Paul Berg, Herbert Boyer và Stanley Cohen đã giúp biến đổi gen vi sinh vật để biểu hiện các gen ngoại lai, dẫn đến việc sản xuất protein người bằng vi sinh vật lần đầu tiên và sự ra đời của ngành công nghiệp công nghệ sinh học.

Key figures

• Herbert Boyer
• Stanley Cohen
• Paul Berg

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Làm thế nào vi sinh vật có thể sản xuất protein người như insulin?

Sử dụng công nghệ DNA tái tổ hợp, gen mã hóa protein người được chèn vào vật chủ vi sinh vật, sau đó vật chủ này sẽ tổng hợp protein theo chỉ dẫn của gen ngoại lai. Vi sinh vật được nuôi cấy ở quy mô lớn, và protein được tinh sạch để sử dụng.