Лекция 4.

Применение генной инженерии

1. Использование генетической инженерии в животноводстве

Применение методов генетической 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 (бе­лок) является трансгенным. Благодаря переносу генов у трансген­ных животных возникают новые качества, а дальнейшая селекция позволяет закрепить их в потомстве и создавать трансгенные ли­нии.

Получение трансгенных животных предусматривает ряд этапов:

1- приготовление раствора ДНК для микроинъекции;

2- извлечение эмбрионов из донорных организмов;

3-микроинъекция ДНК и пе­ресадка инъецированных эмбрионов в яйцеводы или после куль­тивирования в матку синхронизированных реципиентов.

ВВЕДЕНИЕ ДНК

В настоящее время наи­более распространенный метод — микроинъекция ДНК.

1- Ее осу­ществляют с помощью специальной пипетки (внутренний диа­метр ее около 1 мкм), а количество инъецированного раствора ДНК составляет 1 — 2 пкл.

2- После инъекции ДНК эмбрионы куль­тивируют до момента пересадки реципиентам.

3- После небольшого культивирования in vitro проинъецированные эмбрионы переносят в яйцеводы (хирургическим путем) ре­ципиентов. Каждому реципиенту мыши, кролика и свиньи обыч­но пересаживают 20 — 30 инъецированных зигот, причем у свиней все эмбрионы трансплантируют в один яйцевод; у мышей и кро­ликов — раздельно по яйцеводам, а у овец, коз и крупного рога­того скота — по 2 — 4 эмбриона каждому реципиенту.

Генетический анализ родившихся трансгенных животных и полученного от них потомства показал, что, несмотря на инъек­цию ДНК на ранних стадиях, в трансгенных линиях могут появ­ляться так называемые мозаики. К мозаикам относят животных, происходящих из одной зиготы, но имеющих разные генотипы. Подсчитано, что около 30 % первичных трансгенных животных, полученных методом микро­инъекции ДНК, — мозаики, что затрудняет создание чистых транс­генных линий животных. Этим объясняется тот факт, что трансген не передается потомству с ожидаемой в соответствии с законами Менделя частотой 50 %. Часть мозаиков вообще не может дать начало трансгенным линиям, так как у них отсутствует передача трансгена по наследству.

Назначение:

1. Продукция ценных биологически активных веществ.

Одна из важнейших задач сельскохозяйственной биотехноло­гии — выведение трансгенных животных с улучшенной продук­тивностью и более высоким качеством продукции, резистентностью к болезням, а также создание так называемых животных-био­реакторов — продуцентов ценных биологически активных веществ.

В конце 70-х годов XX в. на основе технологии рекомбинантной ДНК получили гормон роста микробного происхождения. Было показано, то ГР (гипофизарный гормон) оказывает такое же стимулирующее действие на лактацию и рост животного, как и гипофизарный ГР. Гормон ро­ста, полученный с помощью методов генетической инженерии, при крупномасштабном применении вызывал увеличение удоев на 23 — 31 % при дозе 13 мг в день.

2. Другая важная задача — выведение трансгенных 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 микроорганизмами, вирусами, паразитами и токсинами. Пока результаты селекции на устойчи­вость животных к различным заболеваниям невелики, но обнадеживающи. В частности, созданы популяции крупного рогатого скота с примесью крови зебу, устойчивые к некоторым кровепаразитарным заболеваниям. 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.

Показана возможность конструирования системы внутриклеточ­ной иммунизации против инфекционных вирусов с участием му­тационных форм эндогенных вирусных белков, защищающих от соответствующих вирусов. Так, получены трансгенные куры, устой­чивые к лейкозу, у которых в клетках присутствовал белок вирус­ной оболочки.

3. Одна из важнейших задач стратегии использования трансген­ных животных в медицине — получение биологически активных соединений за счет включения в клетки организма генов, вызыва­ющих у них синтез новых белков.

В России группой ученых под руководством Л. К. Эрнста получены трансгенные овцы с геном химозина, в 1 л молока ко­торых содержится 200 — 300 мг химозина — основного компонен­та для производства сыра. Стоимость его будет в несколько раз ниже продукта, получаемого традиционным способом из сычугов молочных телят и ягнят.