Phần IV: Công nghệ sinh học trong nông, lâm, thủy sản

Dự báo công nghệ cây trồng GM

Thời gian thâm nhập thị trường



Các ứng dụng tương lai

 Các đặc điểm đầu vào, ví dụ chịu

được thuốc; trừ cỏ và chịu được sâu

bệnh ở bông;

 Các cây trồng GM chống được bệnh

và virus;

 Các cây trồng;

 Tăng các thành phần chức năng;

 Cải biến hàm lượng bột, protein và

chất béo;

 Cải biến quá trình chín của quả;

 Thực phẩm trị liệu;

 Cây trồng chịu hạn và chịu mặn;

 Dược phẩm phân tích;



1996-2011

Thế hệ 1: Các đặc điểm tăng sản lượng.



2007-2015

Thế hệ 2: Các đặc điểm nâng cao đầu

ra.



2013-2020

Thế hệ 3: Chống lại áp lực phi sinh học

và phát triển sản phẩm mới.



Châu Âu và Bắc Mỹ không phải là những trung tâm duy nhất trên toàn cầu về

CNSH thực vật. Các quốc gia như Trung Quốc, ấn Độ và Braxin cũng đang đầu tư

mạnh mẽ vào CNSH nông nghiệp. Sau Mỹ, Trung Quốc là quốc gia đang phát triển

năng lực về CNSH thực vật lớn nhất. Danh mục các cây trồng GM hiện đang được thử

nghiệm mạnh mẽ trên thực địa của Trung Quốc khác với những loại cây được phát

triển ở các nơi khác trên thế giới (danh mục này bao gồm các cây lương thực như lúa,

lúa mì, khoai tây, đậu). Chẳng hạn, năm 2002, ở các nước công nghiệp phát triển, 45%

số cây đang thử nghiệm thực địa là các loài chịu được thuốc trừ cỏ và có chất lượng

sản phẩm được nâng cao, chỉ có 19% các loài chịu được sâu bệnh. Còn ở Trung Quốc,

90% các loài cây đang thử nghiệm là nhằm mục đích chịu được sâu bệnh. Cùng với sự

gia tăng nguồn nhân lực có giá nhân công rẻ và kết cấu hạ tầng, Trung Quốc sẽ nổi lên

trong lĩnh vực này trong tương lai trung hạn.

4.1.2. Công nghệ cung cấp gen

Một trong những thách thức kỹ thuật lớn nhất cần khắc phục để việc biến đổi đa gen

phức tạp thành công ở cây trồng, đó là cung cấp gen có hiệu quả và sau đó biểu hiện

được những đặc điểm mới cần thiết một cách tin cậy. Việc tạo ra 2 đặc tính mới trở lên

cho cây trồng được gọi là “chồng” đặc tính (Trait Stacking).

Trước đây, để kết hợp một số gen với nhau đòi hỏi phải thực hiện nhiều năm bằng

quá trình gây giống chéo (Cross-Breeding). Việc phát minh ra các phương pháp cung

cấp để biến đổi gen thực vật từ thập kỷ 80 tới nay đã đẩy nhanh quá trình này. Các

phương pháp cung cấp bao gồm vectơ vi khuẩn, tổng hợp chất nguyên sinh tiêm và

đạn sinh học (Bioballistics). Tuy nhiên, những công nghệ này là những dụng cụ có

công hiệu tương đối kém, vì thế đến nay vẫn chưa được sử dụng rộng rãi để tạo ra các

đặc tính đa gen phức tạp. Tuy vậy, việc phát triển được giống “lúa vàng”, có chứa 3



43



gen để sản xuất vitamin A đã chứng tỏ rằng những cải biến đa gen đã có khả năng đạt

được.

Một trong những công nghệ chồng đặc tính hứa hẹn đang được phát triển là công

nghệ nhiễm sắc thể nhân tạo. Được phát triển bởi trường Đại học Chicago, công nghệ

này hứa hẹn sẽ tạo khả năng xếp chồng nhiều gen trong một sự kiện đơn nhất mà quan

trọng hơn cả là không động chạm gì đến hệ gen của cây trồng. Nhiễm sắc thể nhân tạo

đã được các cây trồng chấp nhận ngay ở trong phòng thí nghiệm và đã tạo ra cơ sở ổn

định để các gen được tạo ra có thể sản xuất protein tác động vào đặc tính cây trồng.

Nhóm nghiên cứu ở đại học Chicago đã tạo ra nhiễm sắc thể nhân tạo cho cải dầu, bắp

cải, đậu tương, cà chua và ngô. Công nghệ này hiện đang được thử nghiệm tại thực

địa.

Một công nghệ mũi nhọn nữa là biến đổi lục lạp. ở công nghệ này, các gen được

đưa vào chỉ thực hiện chức năng ở bên trong lục lạp (là nơi diễn ra quá trình quang

hợp). Công nghệ này có một số ưu điểm như sau:

 Xét theo quan điểm môi trường, ở một số loài, lục lạp chỉ được di truyền theo

mẹ, bởi vậy chúng không có mặt trong phấn hoa và không thể truyền sang các

cây trồng thông thường. Do đó, biến đổi lục lạp có thể cung cấp phương tiện để

kiểm soát sự lan truyền của vật liệu GM.

 Biến đổi lục lạp cũng tăng cường sản xuất protein trong tế bào, do vậy công

nghệ này có tiềm năng cho các ứng dụng điều chế dược phẩm ở thực vật.

Hiện các thử nghiệm thực địa đối với biến đổi lục lạp chú trọng đến việc sản xuất

các dược phẩm trong cây thuốc lá. Xét về tiềm năng, công nghệ này có thể được dùng

để giảm bớt nguy cơ thực phẩm chéo. Tuy nhiên, do có nhiều lục lạp trong mỗi tế bào

nên cần nghiên cứu để nâng cao hiệu suất biến đổi.

4.2. Những công nghệ vượt hơn công nghệ biến đổi gen

4.2.1 Gây giống thông minh (“Smart Breeding”)

Không phải tất cả cá phát triển trong CNSH thực vật là liên quan đến biến đổi gen.

Những tiến bộ trong hiểu biết về di truyền học chính xác của các đặc tính thực vật cho

thấy rằng có thể đạt được những đặc tính như khả năng chịu hạn hoặc tăng giá trị dinh

dưỡng mà không cần biến đổi gen.

Trong thập kỷ qua, các nhà khoa học đã phát minh ra rằng các cây trồng có chứa

các đặc tính ở dạng “ngủ”. Trên thực tế, điều đó nghĩa là không cần phải nạp gen vào

cây trồng, mà chỉ đơn giản là “đánh thức” khả năng của nó. Việc người tiêu dùng phản

đối các thực phẩm GM cho thấy rằng công nghệ gây giống thông minh này sẽ có vai

trò quan trọng trong tương lai để phát triển cây trồng.

Cơ sở công nghệ để phát triển phương pháp gây giống thông minh gồm:

 Những tiến bộ trong hệ gen học thực vật, tin sinh học và lập ngân hàng dữ liệu;

 Các kỹ thuật gây giống được hỗ trợ bởi phần tử đánh dấu ADN;

 Các dạng nuôi dưỡng tạo khả năng gây giống sang các loài có họ xa có các đặc

tính cần thiết, hiếm mà thông thường không thể sinh sản được.

Dự đoán rằng trong 5-10 năm tới, các chiến lược gây giống chọn lọc được hỗ trợ

bởi phần tử đánh dấu có thể đưa lại khả năng sản xuất các chủng loại siêu việt với

những đặc tính phức tạp được kiểm soát.

44



4.2.2. Sinh sản vô phối (Apomixis)

Sinh sản vô phối là một dạng sinh sản vô tính. Một số loài cây thông thường bao gồm bồ

công anh, cam quýt, cây mâm xôi và một số loài cỏ sinh sản theo cách này. Một vài năm gần

đây, các nhà nghiên cứu đã nhận dạng những gen khác nhau có thể quyết định các thực vật sẽ

sinh sản hữu tính hay vô phối. Một vài viện nghiên cứu trên thế giới đang nghiên cứu về sinh

sản vô phối để tìm ra những phân tử chuyển mạch, nhằm “đánh thức” đặc tính này vì nó có

thể đang ở trạng thái “ngủ” ở một số thực vật.

Sự phát triển công nghệ dựa vào sinh sản vô phối có một số ưu điểm, bao gồm:

 Tránh sự thoái hoá của một số loài cây được truyền giống theo kiểu sinh dưỡng, chẳng

hạn như khoai tây và sắn, do có sự tích luỹ mầm bệnh thông qua việc sử dụng lặp lại;

 Nếu có khả năng khiến các cây ngũ cốc như ngô sinh sản vô phối thì sẽ giúp ích

cho nông dân ở những nước đang phát triển tránh phải trữ hạt để gieo trồng vào

năm sau và sự thoái hoá phẩm chất cây trồng.

Việc sử dụng rộng khắp phương pháp sinh sản vô phối, đặc biệt là nếu một hãng giữ

sở hữu trí tuệ và kiểm soát độc quyền mọi sự phát triển công nghệ trong tương lai sẽ là

mối lo ngại lớn cho các hãng kinh doanh hạt giống vì có thể tác động mạnh tới lợi

nhuận của họ.

Một số chuyên gia dự báo rằng công nghệ này có thể có được sau đây 10-12 năm.

4.3. Lâm nghiệp

CNSH lâm nghiệp ít phát triển hơn so với CNSH của các loại cây trồng khác,

nguyên nhân chủ yếu là do thiếu kiến thức sinh học cơ bản về cây. Cần phải giải quyết

một số thách thức đặc thù liên quan đến điều đó thì các giống cây được áp dụng kỹ

thuật sinh học mới có khả năng thương mại mạnh mẽ và phù hợp với môi trường:

 Các nhà nghiên cứu chưa có khả năng nhân giống vô tính đối với phần lớn các

loài cây;

 Các loài cây lâm nghiệp thường có vòng đời rất dài nên phải tốn hàng năm mới

đánh giá được ảnh hưởng của biến đổi gen và các dòng GM thích hợp;

 Một số loài cây có khả năng lai chéo với những loài cùng gen, gây phức tạp cho

mô thức lưu thông gen và tăng nguy cơ thụ phấn chéo và lan ra ngoài cá loài

cây GM.

Mặc dù có những khó khăn này, nhưng một số sản phẩm đang được phát triển. Dự

đoán vào năm 2007-2011, các loài cây quả chịu được nấm và virus sẽ được đưa ra thị

trường. Cũng theo dự báo, các loài cây có hàm lượng lignin thấp có thể được thương

mại hoá sau năm 2011 (lignin là một hợp chất giúp cho cây cứng cáp, cần cho gỗ,

nhưng không làm giấy được, chi phí để khử nó trong công nghiệp giấy toàn cầu lên tới

20 tỷ USD/năm, ngoài ra còn tạo ra phế thải).

4.4. CNSH trong chăn nuôi

4.4.1. Sinh sản chọn lọc và tăng sản lượng

Những thực tiễn trước đây trong việc cải thiện vật nuôi là dựa vào chọn giống, lựa

lấy những con có thể hình vượt trội (lượng thịt, lông, cơ bắp) để làm giống. Mức độ

thành công của chiến lược này khác nhau rất nhiều tuỳ thuộc vào khả năng di truyền

của đặc tính và bản chất của những ảnh hưởng không thuộc về gen.

45



Tuy nhiên, hệ quả là các quần thể vật nuôi chứa một loạt các đột biến với những ảnh

hưởng kiểu hình (phenotype) đã được cố ý làm giàu trong quá trình chọn giống. Việc lập

được bản đồ hệ gen, cùng với những hiểu biết ban đầu về chức năng gen sẽ tạo khả năng hiểu

được nhiều hơn bản chất gen của những đặc tính này. Trong tương lai, nông dân sẽ kiểm soát

được nhiều hơn và xác định hơn để đưa vào những đặc tính di truyền cần thiết.

Một trong những ứng dụng đầu tiên của CNSH hiện đại trong chăn nuôi là sử dụng

hệ gen học trong tạo giống. Ngày càng gia tăng việc lựa chọn có sử dụng các phần tử

đánh dấu là gen để quyết định chọn lựa những đặc tính sinh sản cần thiết và phức tạp

hơn trước đây và để duy trì tính đa dạng gen của đàn/bầy.

Đã nhận dạng được một số gen tạo ra những đặc tính cần thiết (như tăng độ nạc và

độ béo). Các phép xét nghiệm chẩn đoán ADN đối với một số đặc tính này hiện đã

được ứng dụng trong thực tiễn tạo giống vật nuôi.

Về lý thuyết, vật nuôi có thể được áp dụng kỹ thuật gen để biểu thị những đặc trưng

mà có thể giúp làm tăng sản lượng. Đó là do việc biến đổi gen cung cấp phương pháp

để đưa nhanh các gen vào dòng mầm (Germ Line) của con vật mà không cần phải đợi

thời gian để lai chéo. Nhưng còn phải giải quyết nhiều vấn đề về kỹ thuật, đạo đức, an

toàn thực phẩm và quyền lợi động vật trước khi công nghệ GM có tác động tới thực

tiễn sản xuất nông nghiệp chính thống.

4.4.2. Vật nuôi GM và nhân bản vô tính

Để tạo ra các vật nuôi GM, nguời ta nạp ADN “lạ” (Foreign) vào phôi trước khi

cấy. ADN này có thể được biểu thị trong các mô của con vật sinh ra.

Hai phát triển công nghệ tương đối gần đây sẽ có tác động lớn nhất tới việc sử dụng

các công nghệ sinh sản biến gen ở vật nuôi, bao gồm:

 Khả năng tách và duy trì trong ống nghiệm các tế bào phôi và soma từ phôi,

thai và các bộ phận trưởng thành;

 Khả năng sử dụng các tế bào phôi và soma làm phân tử chứa hạt nhân trong các

công nghệ nhân bản vô tính bằng truyền hạt nhân (Nuclear Transfer-NT).

Công nghệ NT đã tạo ra loài bò phẩm chất cao ở Ôxtrâylia, Niu Dilân và Mỹ. Do chi phí

lớn nên công nghệ này chỉ áp dụng hạn chế đối với các con vật có giá trị gia tăng cao. Công ty

Clone International đặt ở Ôxtrâylia đã nhân bản Donor- một loại bò sữa số một ở Ôxtrâylia,

tạo thành 2 bê con là Alpha Donor và Beta Donor. Hai bê con này được bán sang Trung Quốc

nhằm mục đích nâng cao chất lượng đàn bò sữa. Bởi vậy, Trung Quốc có thể là quốc gia đầu

tiên cho phép nhân bản vật nuôi để cung cấp thực phẩm. Tháng 10/2003, Cục Dược phẩm và

Thực phẩm Mỹ (FDA) thông báo rằng không có bằng chứng khoa học cho thấy tác hại của

thịt và sữa lấy từ các vật nuôi nhân bản khoẻ mạnh. Tuy nhiên, FDA muốn nhận được phản

ứng của công chúng về sự đánh giá này trước khi quyết định xem có cần sự chuẩn y của

Chính phủ đối với việc lưu thông các loại thực phẩm đó không. Quyết định này có thể được

đưa ra trong năm 2005.

Kết hợp công nghệ GM và NT có khả năng đem lại nhiều ứng dụng CNSH tiềm

năng như sản xuất protein trị liệu, sản xuất các bộ phận/mô động vật thích hợp để cấy

ghép vào cơ thể người, thú y, nghiên cứu bệnh ở người, cải thiện gen của vật nuôi.

Mức độ thành công của các kỹ thuật này cho đến nay vẫn còn ít ỏi. Theo Báo cáo 2002

của Anh, chỉ gần 10% số phôi GM của vật nuôi là sống được cho đến khi sinh đẻ và

chỉ có 10% những con vật sinh ra được biến tính gen.

46



Nhiều điểm yếu kỹ thuật trong sản xuất vật nuôi GM là có liên quan đến bản thân

việc biến tính gen, chỗ kết hợp, số bản sao và biểu hiện biến tính gen, chúng bao gồm:

 Sự biểu hiện không được điều chỉnh của các gen, dẫn tới việc sản ra quá mức

hoặc dưới mức các sản phẩm gen;

 Những tác dụng phụ có khả năng xảy ra, ví dụ những con lợn biến tính gen

hoocmon tăng trưởng đã bị viêm khớp, bộ xương chậm lớn, viêm da, loét dạ

dày và bệnh thận;

 Những đột biến được nạp vào đã gây ra thay đổi một số quá trình sinh học quan

trọng;

 Biểu hiện biến tính gen chỉ truyền sang cho một số con vật sinh ra;

 Sự kết hợp biến tính gen vào nhiễm sắc thể Y, khiến cho chỉ có giống cái được

biến tính gen.

Việc nhân bản vô tính cũng không đạt được hiệu quả, với tỷ lệ tử vong cao, hoặc

khó sinh, hoặc có những bất bình thường sau khi sinh. Nhiều vấn đề liên quan đến

nhân bản vô tính là do các ảnh hưởng biểu sinh (Epigenetic Effect), theo đó những

ADN giống nhau có thể tạo ra các kết quả khác nhau.

Tỷ lệ thành công có khả năng sẽ được cải thiện nhờ những nỗ lực nghiên cứu đáng

kể hiện nay nhằm hiểu được bản chất và nguyên nhân của các vấn đề (Mặc dù đã lưu ý

rằng không có cải thiện nào đáng kể trong 20 năm kể từ khi ra đời các động vật GM

đầu tiên, hoặc trong 4 năm sau khi thực hiện nhân bản vô tính).

Bởi vậy, ngay cả khi không tính đến trở ngại do sự không chấp nhận của công

chúng thì vẫn còn những khó khăn đặt ra để biến đổi gen vật nuôi trở thành ngành sản

xuất chính thống. Những khó khăn đó bao gồm chi phí cao của quá trình vì tỷ lệ sống

sót của phôi rất nhỏ; kiến thức chưa đầy đủ về hệ gen của vật nuôi, chu kỳ sinh sản dài

làm hạn chế tốc độ nghiên cứu.

Hiện tại, chưa có các sản phẩm động vật GM trên thị trường toàn cầu. Tuy nhiên,

sản xuất dược phẩm từ các động vật GM có tiềm năng sẽ nằm trong làn sóng ứng dụng

thứ nhất, vì giảm được rất nhiều chi phí sản xuất (ước tính chỉ bằng 1/1000 chi phí của

các phương pháp thông thường).

4.4.3. Đóng góp của động vật vào việc bảo vệ và nâng cao sức khoẻ con người

Các động vật có tiềm năng đóng góp theo những cách sau:

 Sản xuất protein trị liệu;

 Cung cấp tế bào, mô và phủ tạng cho bệnh nhân cần cấy ghép;

 Sản xuất các peptide kháng khuẩn.

4.4.3.1. Sản xuất protein trị liệu (Biopharming)

Biopharming là lĩnh vực sản xuất các protein hiếm, phục vụ trị liệu cho người ở các động

vật GM. Gần đây, ngành công nghiệp CNSH cực kỳ thiếu hụt về năng lực sản xuất protein trị

liệu hiếm: việc sản xuất thông thường từ máu hoặc chiết suất từ mô tỏ ra là không hiệu quả và

cần nhiều vốn, còn thị trường đối với các sản phẩm cá nhân lại rất nhỏ. Do các động vật GM

có thể sản xuất hiệu quả những protein này nên đã thu hút được nhiều chú ý. Việc sử dụng

các động vật như trâu bò, cừu, dê và lợn làm lò phản ứng sinh học có một số ưu điểm, bao

gồm tiềm năng mở rộng sản xuất, chi phí vận hành thấp và độ ổn định của biểu hiện cao. Nơi

hứa hẹn nhất để nhận được các protein tái tổ hợp là tuyến vú (vì sản xuất ra nhiều protein và

47



chúng tương đối dễ phục hồi). Những dịch khác như máu, nước tiểu và huyết thanh cũng

đang được tìm cách khai thác.

Hiện có một số sản phẩm đang ở những giai đoạn khác nhau của quá trình thử

nghiệm lâm sàng. Nếu thành công, chúng có thể được đưa ra thị trường sau đây một

vài năm và được áp dụng theo những phương thức như sau:

ứng dụng trị liệu

 Bệnh không đông

máu di truyền

 Làm tan các cục

gây tắc nghẽn

trong mạch máu

 Phổi

 Viêm gan A

 Thay thế máu



Loài cho sản phẩm



Thời gian đưa ra thị trường



Dê



2006



Dê



2006



Dê/cừu

Cừu

Trâu bò



2006

2008

2008



4.4.3. 2. Các nhóm kháng sinh mới

Peptide kháng khuẩn (AMP) có thể là một phương án đáng quan tâm để thay thế các

loại kháng sinh hoá chất. Một trong những động lực then chốt của lĩnh vực này là do

khả năng kháng thuốc của các loài vi khuẩn ngày càng gia tăng và do đó cần phải phát

triển các nhóm thuốc kháng khuẩn mới. APM là một cơ chế quan trọng của tính miễn

dịch bẩm sinh ở thực vật và động vật. APM tác dụng bằng cách tấn công vào màng tế

bào vi khuẩn, trong khi đó vi khuẩn không có khả năng chống cự lại được với APM từ

hàng thiên niên kỷ nay.

Tiếc rằng, nhiều AMP trong tự nhiên lại có tính độc hại. Tuy nhiên APM mà được

chiết suất từ vật nuôi thì ít gây hại cho sức khoẻ con người. Hiện có một số AMP chiết

suất từ vật nuôi đang trong quá trình thử nghiệm lâm sàng. Những peptide này được

mã hoá bởi những gen nhỏ, làm cho việc nhân bản chúng được dễ dàng. Nếu như

chúng khẳng định được thành công qua thử nghiệm lâm sàng thì điều này có thể cho

phép dễ dàng biểu thị và tinh chế ở quy mô lớn.

4.4.3.3. Cấy ghép ngoại chủng

Cấy ghép ngoại chủng là phương pháp cấy ghép các bộ phận, mô hoặc tế bào lấy từ

các loài khác. Động lực then chốt thúc đẩy sự phát triển lĩnh vực này là sự tương đối

khan hiếm các bộ phận hiến tặng và chi phí cao. Các vật nuôi, đặc biệt là lợn, được coi

là có tiềm năng nhất, xét cả về cấu trúc lẫn chức năng để làm loài cung cấp các bộ

phận cấy ghép cho người.

Tuy nhiên, từ trước đến nay rất ít thành công trong việc cấy ghép mô và bộ phận

của loài này sang loài khác. Mô và bộ phận của động vật đã chứng tỏ là không thích

hợp đối với con người. Nhiều trường hợp, việc cấy ghép đã nhanh chóng gây ra phản

ứng của hệ miễn dịch. Nhưng gần đây, mối quan tâm lại được dấy lên, phần lớn là do

việc biến đổi gen lợn đã ngăn chặn được nguy cơ xảy ra phản ứng miễn dịch.

Một số thử nghiệm lâm sàng đang chú trọng đến phép điều trị dựa vào thiết bị bên

ngoài, được tiến hành ở Mỹ và châu Âu. Trường hợp thành công nhất là một thiết bị có

48



chứa các tế bào gan động vật để chữa bệnh viêm gan cấp. Phương pháp này đạt được

một số thành công, được lấy làm phương tiện để kéo dài thời gian cho bệnh nhân trong

khi chờ đợi được cấy ghép.

Dự báo rằng đến 2007-2014, liệu pháp sử dụng tế bào động vật (chẳng hạn như tế

bào não và tụy) và các liệu pháp dùng thiết bị ngoài sẽ được sử dụng phổ biến ở các

bệnh viện, do giảm được nguy cơ gây ra phản ứng miễn dịch.

Sự chối bỏ của hệ miễn dịch vẫn là một trong những trở ngại chủ yếu đối với sự

phát triển lĩnh vực cấy ghép ngoại chủng. Ngoài ra, còn có sự lo ngại khả năng lây

nhiễm virus từ động vật sang người.

Các quốc gia khác nhau đã đưa ra các quy định ở mức khác nhau để ứng phó với

những nguy cơ này: có quốc gia ngăn cấp toàn bộ, có quốc gia không bày tỏ thái độ gì.

Có thể sẽ được chứng kiến một số những phát triển nhanh nhất ở Hàn Quốc. Tháng

6/2004, quốc gia này đã thông báo về Kế hoạch 10 năm, với khoản đầu tư 72,66 đôla

Ôxtrâylia để sản xuất đại trà các phủ tạng của lợn GM nhằm cấy ghép cho bệnh nhân.

Tương tự như những ứng dụng đối với ngành y tế, những tiến bộ trong CNSH hiện

đại cũng đem lại nhiều cơ hội để phát triển sản phẩm thú y. Tuy nhiên, thị trường của

ngành thú y tương đối nhỏ so với ngành y tế (quy mô của thị trường ngành y tế lớn gấp

35 lần). Có 2 hệ quả xảy ra. Thứ nhất, ngành thú y sẽ được hưởng lợi từ những phát

triển của ngành y tế, trong đó các công ty CNSH cũng đồng thời sản xuất các sản

phẩm thú y bên cạnh các sản phẩm y tế phục vụ sức khoẻ con người. Tuy nhiên, do thị

trường ngành thú y tương đối nhỏ nên kém hấp dẫn đối với các nhà kinh doanh vốn

mạo hiểm. Tương tự như ngành dược phẩm, các hãng CNSH quy mô nhỏ ở thị trường

ngành này thường có xu hướng tìm quan hệ đối tác với những công ty lâu năm hơn ở

ngành thú y để dựa vào đó mà phát triển lên.

4.4.4. Chẩn đoán và liệu pháp

Bên cạnh việc xét nghiệm gen để nhận dạng những đặc điểm động vật cần thiết

nhằm hỗ trợ cho những quyết định nhân giống vật nuôi và quản lý sản xuất, việc xét

nghiệm gen để chẩn đoán bệnh tật sẽ trở thành một công cụ mạnh cho công tác thú y.

Số lượng ngày càng tăng những bộ xét nghiệm gen thương mại là một trong những lợi

ích trực tiếp của khối lượng tri thức gia tăng về hệ gen và dịch tễ học. Tuy nhiên, vẫn

còn ít những xét nghiệm gen được kết hợp vào các kit chẩn đoán nhanh cho vật nuôi

và thuỷ sản dựa vào xét nghiệm gen.

Việc dùng vacxin cho động vật đã được thực hiện nhiều năm nay và đã chứng tỏ là

phương pháp hữu hiệu đã ngăn ngừa bệnh truyền nhiễm. Ngoài ra, vacxin cũng được

sử dụng rộng rãi để kích thích tăng trưởng. Ví dụ, việc làm tăng gấp đôi cơ bắp ở trâu

bò là có liên quan đến việc biến đổi gen.

4.5. Thuỷ sản

Nhu cầu toàn cầu đối với các loại hải sản chưa chắc đã đáp ứng được, do sự cạn kiệt

các nguồn cá tự nhiên, có sẵn ở các đại dương trên thế giới. Để khắc phục khả năng

này, ngành nuôi cá/hải sản đang tăng trưởng nhanh chóng.



49



Cho đến nay, CNSH hải sản chủ yếu quan tâm đến vấn đề nâng cao năng lực sản

xuất của các doanh nghiệp. R&D các loài cá GM thoạt đầu chú trọng vào đẩy mạnh

tốc độ tăng trưởng; kết quả đã có được những giống cá có tốc độ tăng trưởng nhanh

gấp 2-11 lần so với các giống cá bình thường, nhờ áp dụng các gen hoocmôn tăng

trưởng. Các nhà khoa học đã tạo ra nhiều giống cá GM có tốc độ tăng trưởng nhanh,

đóng vai trò quan trọng trong ngành hải sản toàn cầu.

Một công trình phân tích năm 2003 của Pew Initiative on Food and Biotech cho

biết, hiện FDA đang trong quá trình xem xét để chuẩn y việc lưu thông ra thị trường

chủng loại cá hồi Atlantic. Chủng loại cá này được biến đổi gen để nâng cao tốc độ

tăng trưởng và các nhân tố biến đổi thức ăn. Mặc dù còn nhiều điều bất định liên quan

đến thời hạn đưa ra chuẩn y này, do mối lo ngại của người tiêu dùng và môi trường,

nhưng nếu kết cục được chuẩn y, thì đây sẽ là loài cá GM đầu tiên được đưa vào

nguồn cung cấp thực phẩm cho con người.

Các nghiên cứu vẫn còn trong giai đoạn thực hiện ở phòng thí nghiệm đang tập

trung vào nâng cao khả năng chịu đựng khí hậu, khả năng đề kháng và tốc độ tăng

trưởng của một số loài cá/hải sản.



50



Phần V

Công nghệ Sinh học trong công nghiệp

Trải qua hàng nghìn năm, các nguồn tài nguyên sinh học đã được sử dụng để phục

vụ cho rất nhiều mục đích. Chúng cung cấp năng lượng, nhà ở, vải, phương tiện giao

thông và nhiều công cụ cơ bản, thiết yếu cho cuộc sống. Thực vật đã được dùng rộng

rãi để sản xuất hoá chất và dược phẩm.

Hai thế kỷ gần đây, mức độ sử dụng rộng rãi các tài nguyên sinh học với vai

trò là nguồn nguyên liệu đã suy giảm do được thay thế bằng khoáng chất và các

nguồn hydrocacbon. Tuy nhiên, những nguồn nhiên liệu hoá thạch này không

phải là vô hạn và một số chuyên gia nhận định rằng chúng có thể cạn kiệt vào

năm 2070.

Mỹ, châu Âu và nhiều quốc gia khác đang tiến hành các sáng kiến sử dụng

các tài nguyên dựa vào sinh học- từ những dự án của Chính phủ với đối tác là

các công ty tư nhân lớn đến những sáng kiến ở địa phương- nhằm sản xuất điện,

nhiên liệu, hoá chất và sợi công nghiệp. Vật liệu tái tạo sẽ là một “mảnh đất màu

mỡ” cho những tiến bộ CNSH, đặc biệt là những ứng dụng CNSH công nghiệp,

nơi mà khoảng thời gian đưa ra thị trường tương đối ngắn (ít nhất là so với lĩnh

vực thực phẩm và y tế).

Theo OECD, ứng dụng CNSH công nghiệp có thể phân thành 2 nhóm:

(1) Thay thế nhiên liệu hoá thạch bằng sinh khối (Biomass);

(2) Thay thế các quy trình công nghiệp thông thường, không dựa trên cơ sở sinh

học bằng những quy trình dựa vào các hệ thống sinh học, chẳng hạn như dùng

tế bào và enzym để làm chất tẩy rửa và xúc tác.

Hai nhóm này hỗ trợ lẫn nhau, chẳng hạn như quá trình chuyển hoá sinh khối thành

sản phẩm sinh học thường dựa vào các quy trình công nghiệp sinh học.

Dưới đây đề cập tới 3 lĩnh vực chủ yếu trong sản xuất sản phẩm công nghiệp dựa vào

sinh học, bao gồm:

 Sản xuất nguyên liệu sinh khối;

 Công nghệ xử lý sinh học;

 Các sản phẩm dựa vào sinh học (vật liệu sinh học, nhiên liệu và năng lượng

sinh học, hoá chất, dược phẩm và protein…)

5.1. Sản xuất nguyên liệu sinh khối

Nguyên liệu sinh khối là vật liệu cơ bản để sản xuất các sản phẩm công nghiệp dựa

vào sinh học. Sinh khối bao gồm các cây nông nghiệp, gỗ, phế thải động vật, thực vật

dưới nước và phần hữu cơ của phế thải sinh hoạt và công nghiệp. Sản lượng sinh khối

hàng năm trên toàn bộ hành tinh ước tính là 170 tỷ tấn, bao gồm 75% cacbonhydrat

(đường), 20% lygnhin và 5% các chất khác như dầu, mỡ, protein. Trong tổng sản

lượng sinh khối này, chỉ có 3% được dùng cho nhu cầu con người. ở đây, ta sẽ chỉ đề

cập tới sinh khối được tạo ra bởi ngành nông nghiệp và rừng, vì ngành chăn nuôi và

thuỷ sản chỉ đóng góp một tỷ lệ nhỏ.

51



Những ngành công nghiệp sau đây cung cấp các nguyên liệu hữu ích nhất:

 Ngành sản xuất đường và bột;

 Ngành sản xuất dầu mỡ;

 Ngành sản xuất gỗ và giấy.

Do đó, một điều hợp logic là những tiến bộ trong khâu sản xuất nguyên liệu

sinh khối sẽ có tác động lớn tới việc phát triển sản phẩm cuối cùng; Uỷ ban Tư

vấn Kỹ thuật R&D Sinh khối của Mỹ đã nhận dạng một số thách thức trong

nghiên cứu sản xuất sinh khối cần phải được khắc phục để đẩy mạnh các ứng

dụng CNSH công nghiệp vào phát triển các sản phẩm dựa vào sinh học, bao

gồm:

 Sự hiểu biết đầy đủ hơn về cơ sở của hệ gen học, hoá sinh và trao đổi chất

ở thực vật;

 Các phương pháp khoa học để sản xuất và chuẩn bị cho cây trồng/dư

lượng cây trồng đáp ứng được đặc trưng của các ứng dụng sản phẩm;

 Hoàn thiện các thực tiễn và công nghệ canh tác để nâng sản lượng, tính

bền vững của cây trồng, hiệu quả và giảm chi phí sản xuất/phân phối.

Khả năng sản xuất nhiên liệu, điện và sản phẩm dựa vào sinh học có giá trị

cao, đạt hiệu quả kinh tế đòi hỏi phải giảm được chi phí của nguyên liệu và nâng

cao các đặc tính cần thiết, chẳng hạn như hàm lượng năng lượng, sản lượng, độ

tăng trưởng và chịu đựng được điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Theo dự báo, trong tương lai gần, hầu hết các nguồn sinh khối để sản xuất sản

phẩm công nghiệp đều được chuyển hoá từ các bộ phận cây nông nghiệp đã

được chế biến; đường lên men của các cây ngũ cốc như ngô; các phế thải sinh

khối. Các nguồn này sắp tới sẽ bao hàm các vật liệu lignin/xenlulo từ cỏ, cây và

dư lượng cây trồng, khi công nghệ và kết cấu hạ tầng đạt trình độ để chiết suất

và xử lý những cấu phần hữu ích từ các nguồn này. Dự báo sau 2010, các cây

lấy sợi mới phục vụ cho công nghiệp sẽ trở thành chính thống.

Việc hoàn thiện khâu xử lý sơ bộ nguyên liệu sinh khối sẽ có tác động lớn đến

sự phát triển của các thị trường tương lai.

5.2. Công nghệ xử lý sinh học

Quá trình xử lý nguyên liệu sinh khối thành sản phẩm hữu ích bao gồm 2 giai

đoạn: xử lý đầu (Upstream) và xử lý cuối (Downstream). Xử lý đầu bao gồm

“bất kỳ công nghệ nào đem lại khả năng tổng hợp sản phẩm, cũng như những

kiến thức khoa học và kỹ thuật cơ bản cần thiết để hiểu được quá trình hình

thành sản phẩm”. Xử lý cuối là công việc tách và thanh lọc, cũng như tinh luyện

sản phẩm sinh học đạt hiệu quả về chi phí.

Xử lý đầu: bao gồm các khâu và công đoạn sau:

Xúc tác sinh học

Trong công đoạn xử lý sinh học công nghiệp, chất xúc tác sinh học, theo quan

niệm truyền thống, là enzym, tế bào hoặc vi sinh vật có tác dụng kích hoạt hoặc

tăng tốc phản ứng hoá sinh. Lên men vi khuẩn, chất xúc tác tế bào và các các

xúc tác dựa vào enzym là thường được dùng nhiều nhất trong các phương pháp

52