Luận văn thạc sĩ công nghệ sinh học xây dựng phương pháp multiplex pcr sàng lọc phát hiện thành phần biến đổi gen gm trong sản phẩm có nguồn gốc từ đậu nành và bắp

Luận văn thạc sĩ về phương pháp Multiplex-PCR sàng lọc, phát hiện GMO trong đậu nành và bắp. Nghiên cứu công nghệ sinh học, ứng dụng trong kiểm định an toàn thực phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Phan Viễn Phương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tiến Dũng
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học
• Đề tài: Xây dựng phương pháp Multiplex-PCR sàng lọc phát hiện thành phần biến đổi gen (GM) trong sản phẩm có nguồn gốc từ đậu nành và bắp
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về GMO Lịch sử hình thành và phát triển 55 ký tự

Sinh vật biến đổi gen (GMO - Genetically Modified Organisms), hay sinh vật chuyển gen, là sinh vật có vật liệu di truyền biến đổi bằng kỹ thuật gen. Phiên bản gen gốc được tăng cường, ức chế, loại bỏ hoặc thay thế bằng gen từ sinh vật khác, tạo ra các tính trạng phục vụ lợi ích con người như thực phẩm, dược phẩm, nông nghiệp, xử lý môi trường. Các tính trạng này không thể xuất hiện qua tái tổ hợp tự nhiên hoặc giao phối. Quá trình từ nghiên cứu đến cấp phép một giống GMO an toàn được gọi là sự kiện chuyển gen, mỗi sự kiện được cấp mã số riêng. Ví dụ: đậu nành GST 40-3-2, bắp MON 810. Thông tin về mỗi sự kiện có thể tra cứu trên website của ISAAA. Theo tài liệu gốc, việc nghiên cứu, nuôi trồng và sử dụng sinh vật biến đổi gen ngày càng trở nên phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới.

1.1. Giới thiệu chung về sinh vật biến đổi gen GMO

Theo định nghĩa, GMO là những sinh vật mà vật liệu di truyền của chúng đã được thay đổi thông qua các kỹ thuật di truyền. Mục tiêu của việc này là tạo ra các đặc tính mong muốn như khả năng chống chịu sâu bệnh, năng suất cao hơn hoặc khả năng chịu hạn. Kỹ thuật này cho phép các nhà khoa học vượt qua ranh giới loài, đưa các gen từ một sinh vật vào một sinh vật hoàn toàn khác. Việc tạo ra GMO mở ra những tiềm năng lớn trong nông nghiệp, y học và các lĩnh vực khác. Tuy nhiên, nó cũng đặt ra những câu hỏi về an toàn sinh học và đạo đức.

1.2. Lược sử hình thành và phát triển của công nghệ GMO

Trong lịch sử nông nghiệp, con người đã đạt được thành tựu nhờ kỹ thuật di truyền chọn giống. Tuy nhiên, các giống này không được xem là GMO vì chưa phá vỡ ranh giới di truyền giữa các loài. Năm 1973, Herbert Boyer và Stanley Cohen tạo ra sinh vật biến đổi gen đầu tiên: vi khuẩn kháng kháng sinh. Sự kiện này đặt nền móng cho kỹ thuật di truyền hiện đại và sự bùng nổ của GMO. Năm 1974, chuột khảm được tạo ra trong nghiên cứu ung thư. Những phát triển này đã mở đường cho các ứng dụng GMO rộng rãi hơn trong nông nghiệp và y học.

II. Tình hình GMO Thực trạng tại Việt Nam và trên thế giới 58 ký tự

Việc ứng dụng cây trồng biến đổi gen (GMC) ngày càng phổ biến trên toàn cầu. Nhiều quốc gia đã chấp nhận nuôi trồng và sử dụng GMO làm thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và nhiên liệu sinh học. Việt Nam cũng là một trong số đó. Kể từ khi Nghị định 69/2010/NĐ-CP được ban hành, cây trồng biến đổi gen bắt đầu du nhập vào Việt Nam. Diện tích canh tác và chủng loại GMO không ngừng tăng lên, trong đó bắp và đậu nành là hai loại cây trồng chủ đạo. Đến nay, đã có nhiều giống bắp chuyển gen được cấp giấy chứng nhận an toàn sinh học, cũng như các giống bắp và đậu nành chuyển gen được cấp phép sử dụng làm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi.

2.1. Tình hình sử dụng cây trồng biến đổi gen trên thế giới

Trên thế giới, diện tích cây trồng biến đổi gen ngày càng tăng. Các quốc gia như Hoa Kỳ, Brazil, Argentina và Ấn Độ là những nước dẫn đầu về sản xuất GMO. Các loại cây trồng phổ biến nhất là đậu nành, bắp, bông và cải dầu. Mục tiêu chính của việc sử dụng cây trồng biến đổi gen là tăng năng suất, giảm sử dụng thuốc trừ sâu và cải thiện chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, việc sử dụng GMO cũng gây ra nhiều tranh cãi về an toàn và tác động môi trường.

2.2. Thực trạng cây trồng biến đổi gen tại Việt Nam hiện nay

Việt Nam là một trong số 26 quốc gia chấp nhận nuôi trồng và sử dụng cây trồng biến đổi gen. Theo tài liệu gốc, từ khi Nghị định số 69/2010/NĐ-CP được ban hành, cây trồng biến đổi gen bắt đầu du nhập và tăng lên về diện tích canh tác và chủng loại, với bắp và đậu nành là hai loại cây trồng chủ đạo. Đến nay, đã có 5 giống bắp chuyển gen được cấp giấy chứng nhận An toàn sinh học và 21 giống bắp và đậu nành chuyển gen được cấp giấy Chứng nhận đủ điều kiện làm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi.

III. Phương pháp Multiplex PCR sàng lọc GMO Giới thiệu chung 59 ký tự

Multiplex-PCR là phương pháp phân tích ADN được sử dụng rộng rãi để sàng lọc và phát hiện thành phần biến đổi gen trong thực phẩm và thức ăn chăn nuôi. Phương pháp này cho phép phát hiện đồng thời nhiều mục tiêu ADN khác nhau trong một phản ứng duy nhất, giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và công sức. Trong nghiên cứu này, phương pháp Multiplex-PCR được sử dụng để phát hiện đồng thời hai trình tự chỉ thị biến đổi gen là P-35S, T-Nos và trình tự gen taxon Lectin cho sản phẩm từ đậu nành hoặc Zein cho sản phẩm từ bắp. Kết quả so sánh với bộ kit thương mại cho thấy độ tương đồng cao.

3.1. Nguyên lý cơ bản của phương pháp Multiplex PCR để phát hiện GMO

Multiplex-PCR là một biến thể của kỹ thuật PCR thông thường, cho phép khuếch đại nhiều đoạn ADN mục tiêu cùng một lúc. Trong phát hiện GMO, phương pháp này sử dụng nhiều cặp mồi đặc hiệu cho các gen mục tiêu khác nhau, bao gồm cả gen đặc trưng cho loài (taxon-specific gene) và gen chuyển (transgene). Khi phản ứng xảy ra, các đoạn ADN mục tiêu sẽ được khuếch đại và có thể được phát hiện bằng các phương pháp như điện di trên gel.

3.2. Ưu điểm của Multiplex PCR so với các phương pháp phát hiện GMO khác

Multiplex-PCR có nhiều ưu điểm so với các phương pháp phát hiện GMO khác. Thứ nhất, nó cho phép phát hiện nhiều mục tiêu cùng một lúc, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí. Thứ hai, nó có độ nhạy cao, cho phép phát hiện GMO ở nồng độ thấp. Thứ ba, nó có độ đặc hiệu cao, giảm thiểu nguy cơ dương tính giả. Tuy nhiên, việc thiết kế mồi cho Multiplex-PCR đòi hỏi sự cẩn thận để tránh tương tác không mong muốn giữa các mồi.

IV. Xây dựng quy trình Multiplex PCR sàng lọc đậu nành và bắp 58 ký tự

Nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng và tối ưu hóa quy trình Multiplex-PCR để sàng lọc đậu nành biến đổi gen và bắp biến đổi gen. Mục tiêu là phát hiện đồng thời trình tự đặc hiệu loài (Lectin cho đậu nành, Zein cho bắp) và hai trình tự chỉ thị vật liệu chuyển gen (P-35S, T-Nos). Quy trình được tối ưu hóa về tỷ lệ nồng độ mồi và nhiệt độ bắt cặp mồi khuôn. Kết quả cho thấy, quy trình có thể phát hiện P-35S, T-nos trong sản phẩm chứa 0.1% đậu nành biến đổi gen và 0.042% bắp biến đổi gen.

4.1. Tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của phương pháp Multiplex PCR

Để đạt được hiệu quả tối ưu, các thông số kỹ thuật của phương pháp Multiplex-PCR cần được tối ưu hóa cẩn thận. Các thông số quan trọng bao gồm nồng độ mồi, nhiệt độ bắt cặp, thời gian kéo dài và số chu kỳ PCR. Trong nghiên cứu này, tỷ lệ nồng độ mồi và nhiệt độ bắt cặp đã được tối ưu hóa để đạt được độ nhạy và độ đặc hiệu cao nhất. Kết quả cho thấy, tỷ lệ nồng độ mồi 0,09:0,09:0,09 M và nhiệt độ bắt cặp 59oC là tối ưu.

4.2. Đánh giá hiệu lực của phương pháp Multiplex PCR đã xây dựng

Sau khi tối ưu hóa, hiệu lực của phương pháp Multiplex-PCR cần được đánh giá. Các chỉ số đánh giá hiệu lực bao gồm giới hạn phát hiện (LOD), độ chính xác, độ nhạy, độ đặc hiệu, tỷ lệ dương tính giả và tỷ lệ âm tính giả. Trong nghiên cứu này, phương pháp Multiplex-PCR cho thấy độ nhạy cao, có thể phát hiện P-35S, T-nos trong sản phẩm chứa 0.1% đậu nành biến đổi gen và 0.042% bắp biến đổi gen.

4.3. So sánh phương pháp Multiplex PCR tự xây dựng và kit thương mại

Để đánh giá khả năng ứng dụng, phương pháp Multiplex PCR đã được so sánh với kit thương mại SureFood GMO SCREEN 35S+NOS+FMV. Kết quả trên 42 mẫu thực tế cho thấy độ tương đồng cao, hệ số Kappa đạt 0,69 (đậu nành) và 0,90 (bắp). Điều này cho thấy phương pháp tự xây dựng có độ tin cậy tương đương với kit thương mại.

V. Ứng dụng thực tiễn Khảo sát GMO trên thị trường TP

Để đánh giá tính ứng dụng thực tiễn, phương pháp Multiplex-PCR đã được sử dụng để khảo sát hiện trạng sử dụng GMO trong sản phẩm trên thị trường TP.HCM. Các mẫu thực phẩm và thức ăn chăn nuôi có nguồn gốc từ đậu nành và bắp đã được thu thập và phân tích. Kết quả khảo sát cung cấp thông tin về tỷ lệ sản phẩm chứa GMO trên thị trường, giúp người tiêu dùng có thông tin đầy đủ để lựa chọn sản phẩm phù hợp.

5.1. Thu thập và chuẩn bị mẫu cho phân tích Multiplex PCR

Các mẫu thực phẩm và thức ăn chăn nuôi có nguồn gốc từ đậu nành và bắp được thu thập từ các cửa hàng, siêu thị và chợ trên địa bàn TP.HCM. Mẫu được chuẩn bị theo quy trình chuẩn, bao gồm nghiền, trộn và chiết xuất ADN. Việc chuẩn bị mẫu cẩn thận là yếu tố quan trọng để đảm bảo kết quả phân tích chính xác.

5.2. Phân tích mẫu bằng phương pháp Multiplex PCR và đánh giá kết quả

Các mẫu đã được chuẩn bị được phân tích bằng phương pháp Multiplex-PCR để phát hiện các gen mục tiêu. Kết quả PCR được đánh giá bằng điện di trên gel. Các mẫu dương tính với các gen mục tiêu được xác định là chứa GMO. Kết quả phân tích được thống kê và phân tích để đánh giá hiện trạng sử dụng GMO trên thị trường.

VI. Kết luận và tương lai Phương pháp phát hiện GMO Multiplex PCR 59 ký tự

Nghiên cứu đã xây dựng thành công phương pháp Multiplex-PCR hiệu quả để sàng lọc đậu nành và bắp biến đổi gen. Phương pháp này có độ nhạy, độ đặc hiệu cao và có thể được ứng dụng rộng rãi trong kiểm soát chất lượng thực phẩm và thức ăn chăn nuôi. Trong tương lai, phương pháp có thể được mở rộng để phát hiện nhiều loại GMO khác nhau, cũng như kết hợp với các kỹ thuật phân tích khác để tăng độ chính xác và hiệu quả.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu và ý nghĩa của phương pháp Multiplex PCR

Nghiên cứu đã xây dựng và tối ưu hóa thành công phương pháp Multiplex-PCR để phát hiện đồng thời hai trình tự chỉ thị biến đổi gen (P-35S, T-Nos) và trình tự gen taxon (Lectin cho đậu nành hoặc Zein cho bắp). Phương pháp này có độ nhạy cao và có thể phát hiện GMO ở nồng độ thấp. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc kiểm soát chất lượng thực phẩm và thức ăn chăn nuôi.

6.2. Hướng phát triển và ứng dụng tiềm năng của phương pháp Multiplex PCR

Trong tương lai, phương pháp Multiplex-PCR có thể được mở rộng để phát hiện nhiều loại GMO khác nhau. Ngoài ra, nó có thể được kết hợp với các kỹ thuật phân tích khác như real-time PCR hoặc giải trình tự ADN để tăng độ chính xác và hiệu quả. Phương pháp này cũng có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như y học và môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về GMO, lược sử hình thành và phát triển 1. Giới thiệu về GMO Sinh vật biến đổi gen (GMO-GeneticallyModified Orgarnisms) hay còn được gọi với tên sinh vật chuyển gen (Transgenic Orgarnisms) là những sinh vật có vật liệu di truyền được biến đổi bằng kỹ thuật gen, trong đó, phiên bản gen gốc được tăng cường hoặc ức chế hoặc loại bỏ (knocked out) ở mức độ biểu hiện hoặc bị thay thế bởi gen có nguồn gốc từ sinh vật khác quy định các tính trạng phục vụ cho lợi ích của con người nhằm mục đích làm thực phẩm, dược phẩm, nông nghiệp, xử lý môi trường…Các tính trạng này không thể xuất hiện thông qua tái tổ hợp tự nhiên hoặc giao phối [31]. Quá trình từ lúc nghiên cứu, khảo nghiệm đến lúc cấp phép và công bố một giống GMO đảm bảo an toàn sinh học đủ điều kiện sử dụng làm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi được gọi là một sự kiện chuyển gen (Event).

Mỗi sự kiện chuyển gen sau khi cấp phép sẽ được cấp mã số sự kiện giống như giấy chứng minh nhân dân của con người cho mỗi giống GMO.Ví dụ: sự kiện đậu nành GST 40-3-2, sự kiện bắp MON 810, bắp Bt11xGA21…Thông tin cơ bản về mỗi sự kiện có thể tra cứu trên Website của tổ chức quốc tế về tiếp thu các ứng dụng công nghệ sinh học trong nông nghiệp (ISAAA). Lược sử hình thành, phát triển Trong lịch sử nông nghiệp, từ xa xưa cho đến thời điểm hiện tại, con người đã và đang đạt được nhiều thành tựu nổi bật nhờ vào kỹ thuật di truyền chọn giống dựa trên nguyên tắc góp nhặt, lựa chọn cho các cá thể mang các đột biến tự nhiên biểu hiện tính trạng mong muốn giao phối với nhau qua một hoặc nhiều thế hệ để tạo ra giống mới có biến đổi về mặt di truyền. Tuy nhiên, các giống này vẫn không được xem là GMO bởi vẫn chưa phá vỡ được ranh giới di truyền giữa các loài. Năm 1973, Herbert Boyer và Stanley Cohen, bằng kỹ thuật tái tổ hợp DNA đã tạo sinh vật biến đổi gen đầu tiên đó là chủng vi khuẩn kháng kháng sinh nhờ được 5 Tổng quan tài liệu nhận gen kháng từ chủng vi khuẩn khác.

Sự kiện này đặt nền móng đầu tiên cho kỹ thuật di truyền hiện đại, cũng là thời điểm đánh dấu cho sự hình thành và bùng nổ của GMO. Các năm sau đó các sinh vật biến đổi gen lần lượt ra đời bằng kỹ thuật di truyền và các sự kiện liên quan liên tiếp diễn ra [51, 52], không ngừng phát triển: Năm 1974, Rudolf Jaenisch và Beatrice Mintz tạo ra mô hình chuột khảm trong nghiên cứu ung thư, được xem là động vật biến đổi gen đầu tiên. Năm 1980, Tòa án tối cao Hoa Kỳ cấp bảng quyền sáng chế cho chủng vi khuẩn biến đổi gen có khả năng chuyển hóa Hydrocarbon trong dầu thô giúp giải quyết sự cố tràn dầu cho công ty General Electric. Sự kiện này là một sự khích lệ to lớn đối với các công ty công nghệ sinh học trong việc nghiên cứu ứng dụng GMO.

Năm 1982, FDA cấp phép lưu hành sinh dược Humulin, tên thương mại của Insulin người sản xuất bởi vi khuẩn Escherichia coli tái tổ hợp. Năm 1992, Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ cấp phép cho cây trồng chuyển gen đầu tiên là cà chua FLAVR SAVR. Năm 1995, Cục bảo vệ môi sinh Hoa Kỳ cấp phép cho giống bắp chuyển gen kháng côn trùng. Năm 1996, Monsanto công bố giống đậu nành biến đổi gen kháng thuốc diệt cỏ gốc Glyphosate đầu tiên với tên thương mại Roundup Ready.

Năm 2000, Ingo Potrykus và Peter Beyer tạo ra giống gạo GMO giàu vitamin A với tên gọi Golden Rice. Năm 2009, Atryn, tên thương mại của sinh dược Anticoagulant Antithrombin dùng chữa trị bệnh rối loạn đông máu được sản xuất từ sữa dê biến đổi gen được FDA cấp phép lưu hành. Năm Theo báo cáo thường niên mới nhất về hiện trạng thương mại hóa cây trồng biến đổi gen 2018 của tổ chức quốc tế về tiếp thu các ứng dụng công nghệ sinh học trong nông nghiệp (ISAAA), số lượng giống cây trồng biến đổi gen không ngừng tăng về số lượng và chủng loại theo năm tháng. Hoa Kỳ, quốc gia công nhận 6 Tổng quan tài liệu nhiều sự kiện biến đổi gen nhất thế giới, đã cấp phép lên đến 544 sự kiện biến đổi gen.

Cũng theo thống kê này, ba loại cây trồng GMO có diện tích canh tác lớn nhất trên thế giới lần lượt là đậu nành (50%), bắp (30,7%) và bông (13%) [8]. Xu hướng ứng dụng GMO Qua lược sử hình thành và phát triển GMO, có thể thấy GMO đầu tiên được tạo ra với mục đích phục vụ nghiên cứu. Theo thời gian, với sự phát triển của kỹ thuật sinh học phân tử và nhu cầu ứng dụng thực tiễn trong nhiều lĩnh vực khác nhau đã làm cho GMO không ngừng gia tăng về số lượng và chủng loại. Trong đó, nông nghiệp, y dược, thực phẩm và xử lý môi trường là những hướng ứng dụng chủ đạo của GMO.

GMO ứng dụng trong nông nghiệp, thực phẩm Theo dự đoán của FAO, dân số thế giới sẽ đạt 9 tỷ người vào 2050, đòi hỏi sản lượng nông nghiệp phải tăng 70% trong giai đoạn từ 2005 đến 2050 mới đáp ứng được nhu cầu lương thực [11]. Mục tiêu này phải đạt được trong bối cảnh diện tích đất và mặt nước phục vụ nông nghiệp ngày càng giảm. Biến đổi khí hậu làm gia tăng hạn hán, lũ lụt, xâm nhập mặn; tình hình sâu bệnh, ký sinh trùng, cỏ dại kháng thuốc ngày càng tăng. Thực trạng khó khăn vừa nêu là động lực nghiên cứu, ứng dụng và phát triển cây trồng biến đổi gen, cây GM truyền thống chủ yếu mang tính trạng kháng côn trùng, kháng thuốc diệt cỏ hoặc mang cùng lúc cả hai tính trạng kháng (cây trồng mang tính trạng này chiếm 3,7% tổng diện tích trồng cây biến đổi gen trên toàn thế giới vào năm 2014 [11]).

Các công trình nghiên cứu hiện tại và trong tương lai đang hướng đến việc tạo ra các giống cây trồng chịu hạn/mặn, kháng bệnh, năng suất cao, hàm lượng vitamin, hàm lượng dinh dưỡng cao [11]. Khi nói đến GMO ứng dụng trong nông nghiệp, thực phẩm, chúng ta thường nói và biết nhiều về cây trồng. Vì đến thời điểm hiện tại, động vật biến đổi gen vẫn đang bị kiểm soát chặt chẽ, các nghiên cứu vẫn còn đang trong giai đoạn khảo nghiệm. Chỉ duy nhất giống cá hồi biến đổi gen AquAdvantage được FDA cấp phép nuôi trồng với điều kiện kiểm soát ngặt ngèo nhằm ngăn chặn giống cá này phát tán ra môi trường tự nhiên, được mua bán làm thực phẩm nhưng chỉ giới hạn ở thị trường Mỹ 7 Tổng quan tài liệu [12, 53].

Nghiên cứu động vật biến đổi gen chủ yếu hướng đến các tính trạng liên quan đến khả năng kháng bệnh, cải thiện chất lượng thịt, chất lượng sữa; bổ sung thành phần dinh dưỡng, sinh dược vào thịt hoặc sữa, cải thiện chất lượng lông, đẩy nhanh tốc độ tăng trưởng [12].1: Một số loại cây trồng, động vật biến đổi gen ứng dụng trong nông nhiệp, thực phẩm Tính trạng/tác Loài Gene chuyển Nguồn cho gen dụng Thực vật Đậu Cp4 epsps Agrobacterium Kháng thuốc diệt cỏ nành tumefaciens strain CP4 Glyphosate Bắp CryA Bacillus thuringiensis Kháng côn trùng Gạo Crt1/Psy1/pmi Pantoea ananatis/Zea Giàu vitamin A mays/Escherichia coli Bông S4-HrA Nicotiana tabacum cv. Kháng thuốc diệt cỏ Xanthi Sulfonylurea Khoai CryA Bacillus thuringiensis Kháng côn trùng tây Táo Gen ức chế PGAS Malus domestica Chống hóa nâu sau PPO khi cắt Cà pg Lycopersicon esculentum Chín chậm chua Động vật (*) Heo Mx1 Chuột(*) Kháng cúm Bò Gen chuyển hóa Giun tròn(*) Cải thiện chất lượng Omega 3 sữa Gà Gen mã hóa Virus(*) Kháng bệnh Glycoprotein alv6 Cá da Gen mã hóa Côn trùng(*) Kháng bệnh trơn Cercopin B (*)Công trình nghiên cứu nguồn gốc cho gen chưa được công bố cụ thể loài, dòng sinh vật cho gen [7, 13]. GMO ứng dụng trong xử lý môi trường Các chất như Toluen, chloride hữu cơ, các hợp chất hydrocarbon vòng thơm, polychlorinated biphenyls (PCBs), polyaromatic hydrocarbons (PAHs), thuốc trừ 8 Tổng quan tài liệu sâu, thuốc diệt cỏ, các hợp chất hydrocarbons chứa liên kết bền, dioxin, kim loại nặng (Cd, Hg, Pb)… tạo ra từ hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt của con người, là những chất ô nhiễm khó phân hủy, không hoặc ít chuyển hóa được trong chu trình sinh địa hóa vật chất tự nhiên. Chúng tích lũy ngày càng nhiều trong môi trường sống đe dọa trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái.

Nhiều biện pháp xử lý ô nhiễm đã được sử dụng, trong đó, biện pháp xử lý sinh học như sử dụng vi sinh vật biến đổi gen là hướng ứng dụng hiệu quả, thân thiện môi trường và triển vọng nhất. Nguyên tắc là tạo ra vi sinh vật biến đổi gen xử lý môi trường, được tiếp cận theo các hướng sau: Phân lập, tuyển chọn các chủng vi sinh vật từ những môi trường sống cực đoan về nguồn dinh dưỡng như nồng độ quá cao hoặc quá thấp, cực đoan về pH, độ mặn, áp suất và nhiệt độ… làm vật chủ, biến nạp các gen mã hóa cho các enzyme chuyển hóa chất ô nhiễm như Catechol 1,2-dioxygenase, toluen dioxygenase-iron- sulfur, Benzene dioxygenase, naphthalene dioxygenase, dioxin dioxygenase…từ các nguồn cho gen khác không sống được trong môi trường cực đoan [14]. Phân lập, tuyển chọn nguồn gen mã hóa cho protein phân hủy độc chất từ các chủng vi sinh vật bản địa trong môi trường ô nhiễm, gây đột biến tạo ra phiên bản gen mới mã hóa cho sản phẩm có hoạt tính mạnh hơn (enzyme có ái lực cao hơn, đặc hiệu hơn…), hoặc gây đột biến enzyme chủ chốt trong con đường chuyển hóa sinh học của chủng tự nhiên giúp tăng cường biểu hiện protein mục tiêu nâng cao hiệu suất chuyển hóa chất ô nhiễm [14]. Tuy không trực tiếp xử lý chất ô nhiễm như vi sinh vật biến đổi gen, nhưng việc canh tác cây trồng biến đổi gen cũng gián tiếp giảm thiểu phát thải chất ô nhiễm ra môi trường.

Theo thống kê của ISAAA, từ 1996 đến 2016, canh tác cây trồng biến đổi gen đã cắt giảm hơn 583,5 triệu tấn thuốc trừ sâu, giảm tiêu thụ năng lượng hóa thạch sử dụng trong nông nghiệp thông qua đó giảm phát thải lượng khí CO2 tương đương lượng thải ra của 16,75 triệu xe ô tô [9]. 9 Tổng quan tài liệu Bảng 1.2: Một số chủng vi sinh vật biến đổi gen sử dụng trong xử lý ô nhiễm Chủng Gen chuyển Nguồn cho gen Ứng dụng Tác giả E.