Трансгенные животные

Развитие современной науки и прикладных ее направлений осуществляется во всех отраслях людской деятельности. Новые технологии всё почаще находят применение даже в одной из более ограниченных отраслей сельского хозяйства – животноводстве. Внедрение научных технологических разработок дает осязаемые результаты на таких шагах как кормление животных, кормопроизводство, содержание поголовья, высокоскоростное выкармливание мясного молодняка и т. п. Не считая того, более значимое значение приобретает генная инженерия. Умение искусственно изменять набор генов животных открывает большие перспективы перед учёными, животноводами и населением земли в целом.

Когда речь входит о трансгенных животных, воображение большинства из нас делает некоторый умопомрачительный образ лютого существа-конструктора, в каком соединены воедино части тел различных животных. А учёных, занятых трансгенной работой, многие представляют как злых гениев, ведущих цивилизацию к неизбежной смерти. Но на практике всё совершенно по другому. И хотя некие трансгенные животные, сделанные ради опыта (к примеру, светящиеся в мгле мыши) снаружи отличаются от обыденных, в большинстве своём они сохраняют прежний вид.

Главными аспектами в разработке трансгенных особей являются их высококачественные и количественные характеристики продуктивности, а не наружные признаки. Генномодифицированные животные создаются в большей степени не для утехи, а для оптимального решения глобальных заморочек, связанных с предстоящим существованием населения земли.

Главные цели вмешательства в генетическую сущность живых организмов состоят в изменение параметров животных в подходящем для человека направлении, приобретении ими новых способностей, также в устранении неких негативных свойств. При помощи генной инженерии учёные делают животных с особенными, необыкновенными параметрами продукции, животных, устойчивых к разным заболеваниям, животных с завышенной продуктивностью и т. д. Благодаря таковой работе можно уверенно утверждать, что на сегодня в животноводстве уже достигнуты огромные успехи.

Так, к примеру, были сделаны и уже удачно употребляются овцы с полностью обыкновенной наружностью, которые вырабатывают молоко, содержащее фермент химозин. В молокоперерабатывающей отрасли он очень важен для производства твёрдых сыров. Ранее его получали только из сычуга (части многокамерного желудка) новорождённых жвачных животных: телят, ягнят, козлят. Для этого молодняк забивали в 1-ые деньки их жизни. Сейчас же одна трансгенная овца за лактационный период (несколько месяцев) производит такое количество химозина, которого довольно для производства 30 тонн твёрдого сыра! Поголовье генномодифицированных, «химозиновых» овец насчитывает сейчас целое стадо! И можно только представить, сколько новорождённого молодняка жвачных животных было сохранено при помощи этого заслуги генной инженерии.

Если гласить о теме сыра и трансгенных животных, то в Великобритании существует огромное стадо генномодифицированных скотин, продуцирующих молоко с безупречным составом для производства сыра «Чеддер», который так высоко ценится в мире. Ещё сделаны скотины, в молоке которых существенно снижено содержание веществ, способных вызвать аллергические реакции у потребителей. При всем этом количество кальция и неких витаминов в нём – завышенное.

Уже получены трансгенные рыбы нескольких видов, в генетический код которых добавлен ген, кодирующий завышенный синтез соматотрофного гормона (гормона роста), по этому рыба растёт резвее и растет крупнее собственных обыденных размеров. Примером может служить атлантический лосось компании «AquaBounty», который развивается вдвое резвее обыденного. Для заслуги такового эффекта обыкновенному лососю был внедрён участок гена угреобразной рыбы южноамериканская бельдюга, который наращивает продуцирование соматотрофного гормона в организме лосося, причём независимо от температуры воды. Мясо нового лосося ничем не отличается от других представителей этого вида, но при всем этом время выкармливания товарной рыбы сокращается в два раза!

В другом примере переноса генов результаты ещё более впечатляют. В итоге введения в ядра оплодотворённых икринок рыбы нерка генетической инфы, кодирующей завышенную выработку гормона роста, годовалые трансгенные нерки, которые вывелись из этих икринок, весили в среднем в 10 раз больше, чем их нетрансгенные ровесники!

При помощи генной инженерии сделаны также свиньи, у каких добавлен геном, кодирующий выработку пищеварительного фермента фитазы. Эти животные лучше переваривают и усваивают корм, по этому увеличивается его конверсия и ускоряется рост свиней. В итоге, при тех же издержек корма значительно увеличивается продуктивность животных, и мяса делается существенно больше.

Создание сельскохозяйственных животных, устойчивых к главным болезням, которые наносят осязаемый вещественный вред хозяйству и даже могут передаваться человеку, имеет огромные экономические перспективы, т. к. это поможет избежать расходов на профилактику, исцеление, устранение последствий болезней (дезинфекция, утилизация павших животных, карантинные ограничения и пр.), также недополучения продукции.

К примеру, ведутся исследования по решению трудности лейкоза большого рогатого скота, который вызывают РНК-содержащие вирусы. Введение в ядро генов, кодирующих антисмысловую РНК, на теоретическом уровне должно сделать КРС устойчивым к лейкозу. Опыты на зайчиках уже дали хороший результат. Одно из схожих достижений – свиньи, поросята которых резистентны к диарее, что очень упрощает их выкармливание.

Уже на данный момент есть скотины с генами зебу, которые отличаются имунностью ко многим кровепаразитарным болезням. Введенные в геном большого рогатого скота гены зебу кодируют сходу несколько признаков, по этому приобретенные трансгенные животные вкупе с устойчивостью к заболеваниям заполучили завышенную жаровыносливость и неприхотливость к кормовой базе.

Но генные модификации можно использовать не только лишь для решения продовольственных и экономических задач. Используя генную инженерию, можно удовлетворять многие людские потребности в педиатрии и медицине в целом. Одна из групп генномодифицированных скотин способна давать молоко, содержащее человечий белок лактоферрин (в молоке обыденных скотин этого вещества нет). Лактоферрин является принципиальной составляющей гуморального иммунитета, он обладает антивирусным, бактерицидным, противогрибковым, антипаразитарным действием, также каталитической активностью и применяется при искусственном выкармливании новорождённых деток.

Также ведётся работа по созданию свиней, способных продуцировать интерферон человека, в каком очень нуждается лекарственная ветвь. От измененных животных (скотин, свиней, коз, зайчиков, овец) уже удалось получить восемнадцать фармацевтических белков. В качестве живых био фабрик они значительно рентабельнее, чем аналогичное по производительности промышленное создание подходящих веществ.

В Великобритании учёные-генетики смогли сделать трансгенных кур, которые несут яичка, содержащие целебный белок с miR24-молекулой и человечий интерферон b-1a. После специальной обработки эти вещества употребляются как сырьё в производстве препаратов, созданных для исцеления артритов, множественного растерянного склероза и злокачественных опухолей у человека.

Но как делают трансгенных животных? Процесс этот очень долгий и сложный. Существует несколько главных методов сотворения генных модификаций у высших животных:

- пронуклеарная микроинъекция;

- внедрение вирусных конструкций;

- внедрение эмбриональных стволовых клеток.

Из их более удачный и нередко применяемый – это способ пронуклеарной микроинъекции. Его достоинства заключаются в том, что он универсален: с его помощью можно вмешиваться в геном всех животных. Этот способ позволяет получить резвый итог: требуемые характеристики появляются уже в первом поколении. Он не имеет ограничений по размеру внедряемого участка ДНК. Если при использовании вирусных конструкций можно воткнуть только 8 – 10 тыщ пар нуклеотидов, то при помощи пронуклеарной микроинъекции можно ввести во много раз больше – 100 тыщ и даже несколько миллионов пар нуклеотидов! Т. е. за одно вмешательство можно ввести намного больше мотивированной генетической инфы.

Сущность этого метода последующая: у отобранных самок животных искусственно стимулируют овуляцию и оплодотворяют вышедшие яйцеклетки. Потом, или в ядро мужского пронуклеуса, или в ядро создавшейся клеточки на стадии зиготы вводят при помощи специального оборудования (микроманипулятора) подходящий участок ДНК (либо генную конструкцию). После внедрения зиготу неделю (за этот период времени мотивированной ген встраивается в геном клетки-рецепиента и изменённая клеточка начинает своё развитие в многоклеточный измененный организм) культивируют в питательной среде с высочайшим содержанием углекислого газа (5%, как в живых тканях организма млекопитающих), потом на стадии морулы либо ранешней бластоцисты пересаживают в матку суррогатной мамы.

Большим животным – коровам, кобылам, верблюдицам – пересаживают по две зиготы, козам и овцам по 3 – 4, свиньям и крольчихам по 20 – 30. После рождения приплод инспектируют на присутствие подходящей генетической инфы и, в случае хорошего результата, разводят «в себе» как базу будущей трансгенной популяции, используя отбор и подбор, как и в обыкновенной племенной работе. Молодняк, рождённый от трансгенных животных, во всех последующих поколениях наследует его измененный набор генетической инфы и связанные с этим характеристики.

Довольно отлично отработаны технологии генных модификаций для таких видов рыб как форель, карп, лососевые. Они заключаются в том, что нужные участки ДНК вводят в оплодотворенные икринки при помощи микроинъекции. Развитие измененной икры протекает в воде, в ванных с регулируемыми параметрами локального климата. После инъекций чужеродных генов выживает приблизительно от 35 до 80% зародышей. Из их удачно принимают новые гены в собственный генетический набор от 10 до 70%. Другими словами, эффективность перенесения подходящей наследной инфы у промысловых рыб относительно большая. Ведётся работа по внедрению генов, которые прирастят устойчивость рыбы к заболеваниям и неблагоприятным воздействиям среды.

Далековато не все пробы генных манипуляций завершаются удачно. На каждом шаге количество зародышей повсевременно миниатюризируется на 10 – 20% по различным причинам. Какие-то погибают, других отбраковывают сами учёные. Из тыщи яйцеклеток может получиться только несколько успешных трансгенных животных. Разработка микроинъекции даёт отличные по качеству результаты, но она очень дорогая. Создание одной малой популяции из нескольких трансгенных животных стоит от 60 до 300 тыщ баксов США. Не считая того, для воплощения нужных действий нужен микроманипулятор и другое дорогостоящее оборудование. Намного дешевле создавать трансгенных животных при помощи вирусов.

Для воплощения этого метода учёные поначалу делают псевдовирус из обыденного вируса. Сущность преобразования заключается в том, что из вируса убирают большая часть его генов, оставляя только самые нужные для его выживания, и прикрепляют подходящий для сотворения трансгенного животного участок ДНК. После чего модифицированным, относительно безобидным вирусом обрабатывают зиготу. Вирус просачивается в зиготу, без помощи других встраивается в геном зиготы и сразу встраивает подходящий ген. Потом зиготу культивируют некое время в инкубаторе и трансплантируют в матку суррогатной мамы, а по истечении срока беременности получают трансгенный молодняк. Это потомство тестируют на присутствие того гена, который планировалось ввести в его геном, отбирают подходящих особей и размножают их с применением жёсткой выбраковки животных, не соответственных данным характеристикам, искусственного отбора и подбора пар, как и в прошлом случае.

Эффективность этого способа намного выше, чем микроинъекции – она составляет до 70%! Но есть и недочеты: не только лишь чужой ген действует на геном зародыша, да и сам геном оказывает влияние на чужеродный ген, изменяя его работу. Если вирус встроился в участок ДНК зародыша, который интенсивно не работает, то и этот мотивированной ген тоже работать не будет, невзирая не своё присутствие в геноме трансгенного животного. В первый раз вирусы для переноса гена использовал Рудольф Яниш в 1970 году.

Способ сотворения трансгенных организмов с применением эмбриональных стволовых клеток практикуют, в главном, в научных исследовательских работах, а не для модификации продуктивных сельскохозяйственных животных. Если кратко обрисовать процесс, то упрощённо он смотрится так: поначалу получают из клеточной массы бластоцисты мыши эмбриональные стволовые клеточки. Потом их на генном уровне видоизменят, внося подходящий ген, после этого культивируют в питательной среде с 5%-ным содержанием углекислого газа и вводят в за ранее приобретенные зиготы на стадии бластоцисты. «Откорректированные» зиготы помещают в матки суррогатных матерей. Приобретенное потомство учёные инспектируют на присутствие мотивированного гена, и отобранных трансгенных животных спаривают меж собой, создавая таким макаром целую трансгенную популяцию для исследований.

Если в процессе ознакомления с данным материалом у вас появились вопросы, их можно задать на нашем форуме. Чугуевец Виталий