Использование генетической инженерии в животноводстве

Применение методов ген. инженерии в животноводстве открывает перспективу изменения ряда свойств организма: повышение продуктивности, резистентности к заболеваниям, увеличение скорости роста, улучшение качества продукции и др. Животных, несущих в своем геноме рекомбинантный (чужеродный) ген, принято называть трансгенными, а ген, интегрированный в геном реципиента, — трансгеном. Продукт этого гена (б.) является трансг-ым. Благодаря переносу генов у трансг-ых животных возникают новые кач-ва, а дальнейшая селекция позволяет закрепить их в потомстве и создавать трансг-ые линии.

Получение трансг-ых животных предусматривает ряд этапов: приготовление раствора ДНК для микроинъекции; извлечение эмбрионов из донорных организмов; микроинъекция ДНК и пересадка инъецированных эмбрионов в яйцеводы или после культивирования в матку синхронизированных реципиентов. У родившихся потомков исследуют экспрессию трансг-а на уровне транскрипции и трансляции. Трансг-ое потомство получают путем исп-я традиционных методов разведения животных. Обычно гены транспортируют на ранних стадиях развития животного. Для трансформации генов в геном животного используют следующие приемы: микроинъекцию ДНК в пронуклеус зигот или в каждый бластомер у 2х клеточного эмбриона; введение ДНК с помощью ретровирусных векторов; получение трансг-ых химер из генетически трансформированных кл. и эмбрионов. В наст. время наиболее распространенный метод — микроинъекция ДНК.

После небольшого культивирования проиньецированные эмбрионы переносят в яйцеводы (хирургическим путем) реципиентов. Исп-я методы блот-анализа, дот-блот-анализа и полимеразную цепную реакцию (ПЦР), можно получить вполне надежные доказательства интеграции и экспрессии ДНК у трансг-ых животных.

Для исследования у трансг-ых животных выделяют РНК из тех тканей, в которых предполагается наиболее высокий уровень экспрессии.

Генетический анализ родившихся трансг-ых животных и полученного от них потомства показал, что, несмотря на инъекцию ДНК на ранних стадиях, в трансг-ых линиях могут появляться так называемые мозаики. К мозаикам относят животных, происходящих из одной зиготы, но имеющих разные генотипы. Помимо кл-ых линий, содержащих трансг., они имеют еще и нетрансг-ые кл-ые линии.

Одна из важнейших задач с/х биотехнологии — создание так называемых животных-биореакторов — продуцентов ценных биологически активных вещ-в. С генетической точки зрения особый интерес представляют гены, кодирующие б-и каскада гормона роста: непосредственно гормон роста (ГР), рилизинг-фактор (РФ) и инсулиноподобный фактор (ИФ) гормона роста.

Рассматривается возможность уменьшения лактозы в молоке путем создания животных, у которых присутствует специфический для молочной железы промотор, соединенный с геном фермента β-галактозидазы, катализирующей распад лактозы. Молоко таких животных, не содержащее лактозы, могут исп-ть люди, у которых не синтезируется β-галактозидаза. Ведутся работы по введению генных конструкций в организм трансг-ых животных, вырабатывающих антитела, предотвращающие маститы.

Др. важная задача — выведение трансг-ых животных, устойчивых к заболеваниям. Потери в животноводстве, вызванные различными болезнями, достаточно велики, поэтому все более важное значение приобретает селекция животных по резистентности к болезням, вызываемых микроорг-ми, вирусами, паразитами и токсинами. Пока результаты невелики, но обнадеживающе. Установлено, что защитные механизмы от инфекционных заболеваний обусловлены либо препятствием вторжению возбудителя, либо изменением рецепторов. Вторжению возбудителей, равно как и их размножению, препятствуют в основном иммунная система организма и экспрессия генов главного комплекса гистосовместимости. Ведутся исследования в целях получения трансг-ых животных, резистентных к маститу за счет повышения содержания б-а лактоферина в тканях молочной железы.

Показана возможность конструирования системы внутрикл-ой иммунизации против инфекционных вирусов с участием мутационных форм эндогенных вирусных б-ов, защищающих от соответствующих вирусов.

Одна из важнейших задач стратегии использования трансг-ых животных в медицине — получение биологически активных соединений за счет включения в кл. организма генов, вызывающих у них синтез новых б.

Трансг-ые животные как продуценты ценных биологически активных б-в и гормонов имеют ряд преимуществ перед микроорг-ми и кл-ми системами. Важно, что новые б-и, получаемые в линиях клеток трансг-ых животных, могут быть модифицированы, их активность сравнима с активностью протеинов. Для маточного производства представляет большой интерес получение целенаправленной трансг-ой экспрессии в эпителиальные кл. молочной железы с целью выхода б-в с молоком. Один из основных этапов получения трансг-ых животных, продуцирующих гетерогенный б. с молоком, — идентификация промотора, направляющего экспрессию структурных генов в секреторный эпителий молочной железы.

Следует заметить, что создание кл-ых культур и их выращивание в промышленных реакторах, а также выведение трансг-ых животных и их обслуживание — дорогие и сложные процедуры. Однако трансг-ые животные легко размножаются, содержание их сравнительно дешево, что делает этих животных хорошими продуцентами разнообразных б-в с низкой стоимостью.

Замораживание эмбрионов рыб

Группа американских учёных успешно разморозила эмбрионы рыбы вида данио-рерио после криконсервации. Исп-я инъекции золотых наностержней и пропеленгликоля (р-р которого также исп-лся в качестве антифриза) до заморозки и облучения лазером при разморозке, исследователи смогли успешно «оживить» 72 из 223 эмбрионов, использованных в эксперименте.

Криоконсервация или криогенная заморозка – применение низких t для хранения живых организмов с целью последующего восст. их жизненных функций.

Авторы нового исследования предложили новый способ криоконсервации эмбрионов рыб. Он заключается в инъекции пропиленгликоля (криопротектора) и золотых наностержней. Криопротекторы и золотые наностержни внедряются с целью заменить молекулы воды в кл. эмбриона, уменьшая тем самым риск образования в них льда и обезвоживания при разморозке. Эмбрион затем замораживается при помощи жидкого азота, а разморзка происходит при помощи облучения лазером.

Учёные сообщают, что не все эмбрионы данио-рерио выжили в ходе эксперемента: результаты показывают, что в течение часа после разморозки выжил только 32% всех эмбрионов. Дальнейшее развитие (после 3-х часов) без нарушений наблюдалось у 17% эмбрионов, а первая активность через сутки после разморозки у 10%.

Замораживая сперму, яйцеклетки и эмбрионы, специалисты могут сохранить виды, находящиеся под угрозой уничтожения и сохранить ген. разнообразие. Более того, замороженный биоматериал может быть использован для восст. последнего спустя годы – и даже столетия.

Успешная криоконсервация предполагает заморозку эмбриона – введение его в криогенетически стабильное состояние – и последующую разморозку. Важно, что разморозка должна проводиться быстрее, чем замораживание. Кроме того, необходимо исп-е спец. антифриза, останавливающего рост кристаллов льда. Эти кристаллы разрушают мембраны и приводят к тому, что зародыш буквально разваливается на части. Но рыбьи эмбрионы отличаются очень большими размером. Это затрудняет быструю разморозку. К тому же, предотвратить формирование ледяных кристаллов в этом случае сложнее. И, наконец, поскольку водным животным приходится существовать в неблагоприятной среде, мембраны зародышей практически непроницаемы, что затрудняет их обработку антифризом.

Технологии, позволяющие исп-ть лазеры и наночастицы золота, сейчас активно развиваются – и именно они обеспечили успех нового исследования. Золотые нанотрубки, крошечные золотые цилиндры, превращают свет от лазера в тепло. Исследователи поместили антифриз и нанотрубки внутрь эмбрионов, что позволило ускорить процесс размораживания. Эмбрионы, подвергнутые такой обработке, развились, как минимум, до стадии суточного зародыша. У них сформировалось сердце, жабры и хвостовая мускулатура. Кроме того, зародыши двигались, демонстрируя свою жизнеспособность.