Ứng dụng công nghệ phôi để cải tạo đàn bò sữa

Nhân nhanh đàn giống chất lượng cao

Mục đích của công nghệ phôi là nhân nhanh đàn giống gia súc từ những con cái năng suất cao. Một bò mẹ năng suất cao bình thường có thể cho 8 – 10 bê trong suốt cuộc đời. Nếu sử dụng công nghệ phôi, gây rụng trứng nhiều, bò mẹ này có thể cho 20, 50, 100, 200 bê hoặc hơn nữa tuỳ theo trình độ kỹ thuật.

Số lượng bò được chọn lọc lấy phôi và cấy phôi trên thế giới ngày càng tăng. Chỉ tính riêng cho năm 2000, đã có 530.000 phôi bò; 4886 phôi cừu; 10.519 phôi dê; 2830 phôi ngựa và 1264 phôi hươu được cấy chuyển. Hiện nay công nghệ cấy truyền phôi đang được sử dụng trong mô hình nhân giống hạt nhân mở và cấy phôi (ONBS – MOET). Để tăng số lượng phôi lên gấp đôi, người ta sử dụng công nghệ cắt, chia phôi ra làm 2 phần rồi nuôi cấy trong phòng thí nghiệm hoặc chuyển cấy cho bò nhận. Sơ đồ dưới đây sẽ minh hoạ một phần lợi ích việc cắt phôi.

Cắt phôi làm 2 nửa phôi theo các phương pháp khác nhau

Ngoài tăng số lượng phôi, cắt chia phôi giúp ta xác định giới tính phôi trước khi cấy chuyển. Các cá thể sinh ra từ một phôi ban đầu giúp những nghiên cứu về ảnh hưởng điều kiện bên ngoài đến kiểu di truyền được chính xác hơn. Chính vì thế, nhiều nhà khoa học cho rằng một cặp bê sinh ra từ một trứng có giá trị tương đương với 15 – 25 cặp bê sinh ra khác trứng trong nghiên cứu ảnh hưởng của ngoại cảnh đến kiểu di truyền. Hướng sử dụng khác nhau của phôi sau khi cắt Hai bê cái sinh ra từ một phôi cắt thành 2 (Kết quả đề tài KC – 04.11, Viện Chăn Nuôi, 2002)

Tạo ra các đực giống tốt, ưu tiên cho các đực giống dùng trong thụ tinh nhân tạo

Người ta nói: tốt đực tốt cả đàn, vì thế tạo ra những con đực tốt và sử dụng con đực đó một cách có hiệu quả là rất quan trọng. Ở Mỹ và Nhật, hiện nay tỷ lệ bò đực giống hướng sữa sinh ra từ công nghệ phôi chiếm 70 – 90% trong tổng số bò đực giống đang làm việc. Bảng dưới đây sẽ chỉ rõ điều này.

Năm 2001, nước ta nhập 9 bò đực giống từ Mỹ, trong đó có 7 bò sinh ra từ công nghệ phôi. Tất cả 9 bò này đều có bố là sản phẩm của công nghệ phôi. Cũng năm này, nước ta nhập gần 90.000 liều tinh trùng bò đông lạnh từ 16 bò đực giống, trong đó có 12 con (75%) được sinh ra từ công nghệ phôi. Tỷ lệ đực giống đang làm việc được sinh ra từ công nghệ cấy truyền phôi (trong chăn nuôi bò sữa)

Ghi chú: – Số trong ngoặc là số đực giống nhập từ nước ngoài

* Chỉ tính trong 100 đực giống tốt nhất nước Mỹ

Xác định giới tính của phôi

Hiệu quả của công nghệ cấy truyền phôi sẽ tăng lên khi người chăn nuôi xác định được giới tính của phôi trước khi cấy. Phôi đực thường được sử dụng trong chăn nuôi bò thịt, phôi cái được sử dụng trong chăn nuôi bò sữa hoặc đối vói các giống bò ưu việt cần được bảo vệ và phát triển. Có rất nhiều phương pháp nhằm xác định giới tính của phôi như sau:

– Xác định thể Barr trong nhiễm sắc thể của con cái

– Xác định cặp nhiễm sắc thể giới tính XX, XY

– Phương pháp hoá nghiệm miễn dịch, căn cứ vào việc xác định kháng nguyên H % Y, chỉ có ở con đực

– Phương pháp dấu hiệu phân tử DNA với chuỗi Y – DNA đặc trưng. Xác định giới tính của phôi bằng phương pháp này có hiệu quả cao, mức độ nhạy cảm của dấu hiệu DNA đã tăng theo luỹ thừa của việc khuếch đại DNA bởi kỹ thuật PCR. Ưu điểm nữa của phương pháp này là số tế bào phôi dùng để xác định giới tính không cần nhiều và tỷ lệ có chửa của cấy phôi sau khi xác định giới tính chỉ kém phôi không xác định giới tính 5 – 10%. Phương pháp này hiện đang được nghiên cứu và áp dụng nhiều trên bò sữa và cừu ở một số nước. Viện Chăn nuôi đã thành công công nghệ này, hiện đang nghiên cứu để chuyển giao ra sản xuất.

Sản xuất ra các con vật đồng nhất

Trong chăn nuôi, việc sản xuất ra các con vật đồng nhất là rất cần thiết vì như vậy số lượng các con vật đặc biệt xuất sắc về mặt di truyền có thể được tăng lên nhanh chóng. Hơn nữa, các con vật này còn có giá trị rất lớn trong các nghiên cứu về ảnh hưởng của môi trường ngoại cảnh đến kiểu di truyền – kiểu gen. Đồng thời chúng là những vật thí nghiệm đối với một số loại thuốc hoặc vacxin. Như đã nói ở trên, nhiều nhà khoa học đã tổng kết một cặp bò sinh ra từ một trứng có giá trị tương đương với 15 – 25 cặp bò khác khi nghiên cứu sự tác động của môi trường đến kiểu di truyền. Cho đến nay, việc sản xuất ra các con vật đồng nhất được tiến hành dưới các góc độ:

– Cắt phôi: từ một phôi cắt thành hai phôi

– Nhân phôi từ tế bào đơn: từ một phôi nhân lên thành nhiều phôi trên cơ sở cấy chuyển từng tế bào mầm phôi vào trứng khác đã hút nhân.

– Nhân bận gen: từ một tế bào thân thể nhân lên thành cơ thể mới

Nhân bản gen và nhân phôi từ tế bào đơn khác nhau như sau:

1. Tế bào thân thể dễ tìm kiếm hơn tế bào phôi.

2. Các cơ thể được sinh ra từ nhận bản gen giống nhau hơn các cơ thể sinh ra từ tế bào phôi

3. Có thể biết được kiểu gen và kiểu hình của các cá thể sinh ra từ phương pháp nhân bản; không thể biết được kiểu gen, kiểu di truyền của các cá thể sinh ra từ phương pháp nhân phôi từ tế bào đơn. Sơ đồ minh hoạ các bước tạo phôi từ tế bào đơn

1. Tạo phôi ban đầu; 2. Tách các tế bào đơn ra khỏi phôi; 3. Đem cấy các tế bào vào trứng đã hút nhân; 3. Có thể đem xác định giới tính; 4. Tạo tế bào trứng không thụ tinh và hút nhân; 5. Nuôi cấy trứng sau khi cấy; 6. Phôi mới được hình thành; 7. Có thể cất giữ hoặc lặp lại quy trình trên.

Sau đây là các sơ đồ tạo phôi cụ thể: Sơ đồ tạo Clone từ tế bào phôi (nhân phôi từ tế bào đơn) Sơ đồ tạo Clone từ tế bào phôi (nhân phôi từ tế bào đơn)

Những con vật đồng nhất được sinh ra theo kiểu trên đây sẽ rất có lợi cho ngành chăn nuôi vì:

– Nhân rất nhanh được giống tốt, gen quý ra sản xuất trong thời gian rất ngắn.

– Nghiên cứu chính xác điều kiện môi trường ảnh hưởng đến kiểu di truyền.

– Là động vật thí nghiệm đối với một loại thuốc hoặc vacxin.

– Có thể nhân nhanh đàn bò cái trong chăn nuôi bò sữa hoặc cung cấp đàn bò đực trong chăn nuôi bò thịt. Tạo ra giống mới nhanh theo yêu cầu thay đổi của thị trường.

Theo Nguyễn Văn Thiện (1997) đặc điểm di truyền của các cá thể được sinh ra do cấy chuyển tế bào (clone) như sau:

– Chúng mang đặc điểm di truyền của cá thể đực và cá thể cái đã tạo nên tế bào phôi cho nhân.

– Chúng còn mang đặc điểm di truyền của cá thể cái đã tạo ra tế bào trứng chưa thụ tinh bị loại bỏ nhân.

– Chúng còn bị ảnh hưởng của điều kiện tử cung mẹ nhận phôi và ngoại cảnh khi đẻ ra.

– Tuy nhiên, các cá thể sinh ra từ một phôi ban đầu là tương đối đồng nhất.

Ghép phôi (phối hợp hoặc kết hợp các phôi – Aggregation of Embryos)

Nếu trong chuyện cổ tích Hy Lạp nói đến những quái vật mình dê, đầu sư tử, đuôi rắn thì những quái vật trong sinh học được tạo ra bởi sự kết hợp của hai hoặc nhiều tế bào của các phôi trong cùng một giống hoặc khác giống, khác loài. Quá trình kết hợp trên gọi là ghép phôi. Sự ghép phôi đã tạo ra các sinh vật mới (thể khảm) làm phong phú, đa dạng thế giới sinh vật, làm cơ sở hình thành giống mới, loài mới. Có 2 phương pháp tạo cơ thể ghép.

+ Ghép các phôi ở giai đoạn phát triển sớm lại với nhau.

+ Tiêm một phần phôi bào của phôi này vào phôi bào của phôi kia. Có thể tiêm 1/2 mầm phôi lúc 8 – 16 phôi bào vào 1 phôi khác. Hoặc có thể tiêm một số phôi bào của giống, loài khác vào xoang của một phôi nang 7 – 8 ngày tuổi. Ví dụ ghép phôi bò Holstein và phôi bò Guernsey; ghép phôi giữa giống bò Bos taurus với giống bò Bos indicus, ghép phôi cừu và phôi dê. Tiêm một phần phôi bào của phôi này vào phôi bào kia (Theo Kanagawa, Shimohira, Saitoh, 1995) Bê sinh ra từ sự ghép giữa phôi bò Holstein với phôi bò Guernsey (Brem và CTVy 1982) Vật sinh ra từ sự ghép giữa phôi cừu với phôi dê (Fehilly và CTV,  1984)

Những con vật do ghép phôi là cơ sở của giống mới, loài mới, nó còn là vật thí nghiệm về các loại thuốc, các loại vacxin và là nguồn cung cấp các mô, tế bào cơ quan, phủ tạng,… phục vụ cho nhiều nghiên cứu khác của con người.

Sản xuất ra các con vật bằng cấy chuyển gen

Trong những năm gần đây, nghiên cứu cấy truyền gen ở động vật đã được đề cập rất nhiều. Những con vật được chuyển gen đã mang đến cho con người nhiều lợi ích to lớn, ví dụ: năng suất cao hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn,… Bên cạnh đó chúng còn là động vật thí nghiệm về sự tác động của các môi trường ngoại cảnh khác nhau, các tác động của một số loại thuốc, vacxin và là nguồn cung cấp các mô, tế bào, các cơ quan, phủ tạng… phục vụ cho nhiều nghiên cứu khác của con người. Chính chúng cũng tạo ra sự phong phú, đa dạng cho thế giới sinh vật, tạo cơ sở để loài người hiểu sâu hơn về bản chất của sinh vật, bản chất của sự sống. Tất nhiên việc chuyển gen động vật không phải dễ dàng mà phải thực hiện qua nhiều công đoạn khác nhau.

– Phải phát hiện được các gen có lợi.

– Tách chiết các gen có lợi nêu trên, cấy chuyển các gen này vào phôi.

– Nuôi phôi đã được cấy chuyển gen trong phòng thí nghiệm một thời gian nhất định trước khi cấy chuyển cho mẹ nhận phôi. Sơ đồ dưới đây nói lên sự phối hợp giữa công nghệ phôi và công nghệ gen.

Sơ đồ phối hợp giữa các thao tác phôi và chuyển gen (GS.TS. Đái Duy Ban; TS.BS. Lữ Thị cẩm Vân, 1994) Sơ đồ phối hợp giữa các thao tác phôi và chuyển gen Hai phương pháp tạo bò chuyển gen (Phạm Thành Hỗ, 1998)

Bên trái: Phương pháp vi tiêm Bên phải: Dùng tái tổ hợp tương đồng