Биотехнология в сельском хозяйстве

ВВЕДЕНИЕ. Остановимся отдельно на методах суперовуляции и культивирования эмбрионов, переноса эмбрионов в суррогатную мать для получения клонированных или трансгенных эмбрионов и получения клонированных животных.

ЭМБРИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ МЛЕКОПИТАЮЩИХ.

Яйцеклетка млекопитающих после метафазы второго деления высвобождается из яйцевода в виде ооцита II. Затем происходит слияние яйцеклетки со сперматозоидом и оплодотворение, образуется второе полярное тельце. И в материнском, и в отцовском гаплоидном пронуклеусе происходит удвоение ДНК, после чего пронуклеусы сливаются с образованием диплоидного ядра зиготы; образуется первая разделительная бороздка. В результате последующих делений вплоть до образования морулы клеточное ядро увеличивается в размерах. На стадии морулы начинается первая дифференцировка клеток в бластоцисты. Это происходит в матке после растворения внеклеточной оболочки яйцеклетки (zona pellucida), и возникает эмбрион (зародыш).

СУПЕРОВУЛЯЦИЯ И ВЫРАЩИВАНИЕ ЭМБРИОНОВ.

У большинства видов животных количество эмбрионов можно увеличить путем введения самке гормонов (суперовуляция). Существует и другой подход: можно выделить яйцеклетку, оплодотворить ее in vitro (IVF) и, культивируя в соответствующей питательной среде в лабораторных условиях (ex vivo), вырастить до эмбриона. По экономическим соображениям такие эксперименты проводятся в основном только с эмбрионами коров и овец; известно, что эмбрионы этих животных сохраняются при –196 °С практически неограниченное время (криоконсервация).

ПЕРЕНОС ЭМБРИОНОВ. Под термином «перенос эмбрионов» понимают пересадку эмбрионов животного суррогатной матери того же биологического вида. Эмбрионы могут быть получены путем суперовуляции, или искусственного оплодотворения, животных-доно- ров. При клонировании эмбрионов из морулы микрохирургическими методами выделяют несколько бластомеров, которые после переноса в суррогатную мать развиваются в генетически идентичных животных. От одной коровы можно получить от 6 до 20 пригодных к переносу эмбрионов, которые примерно в 50% случаев будут успешно выношены. Широкого практического применения методы переноса эмбрионов пока не находят.

чужеродные гены (функциональное замещение). Полученные трансгенные эмбрионы переносят в суррогатную мать и получают таким путем трансгенных животных. Первые работы в этой области проводились на мышах – основных модельных организмах, которые используются при проведении фундаментальных исследований, а также при испытаниях фармацевтических препаратов. Этот метод со временем может также найти применение и при разведении сельскохозяйственных животных с ценными признаками и, возможно, заложит основы концепции генетической фермы.

КЛОНИРОВАННЫЕ ЖИВОТНЫЕ. Бесполый способ размножения широко распространен среди одноклеточных, растений и низших животных. У высших животных идентичные клоны встречаются в естественных условиях очень редко – в случае гомозиготных (однояйцевых) близнецов (среди людей частота встречаемости 0,3%). Для искусственного получения клонов животных у одного животного берут яйцеклетку (с гаплоидным набором хромосом) и удаляют ядро при помощи микропипетки. В соматических клетках этого же животного (например, в культуре клеток эпителия вымени) индуцируют G0-фазу, в которой не происходит деления клеток, после чего одна клетка на стадии G0-фазы (диплоидный набор хромосом) сливается с безъядерной яйцеклеткой. Полученную яйцеклетку можно подрастить в культуре клеток или в яйцеводе стерилизованной матери до развития эмбриона, после чего эмбрион переносят в организм суррогатной матери для вынашивания. В 1997 г. ученым впервые удалось получить клон (т. е. животное, генетически идентичное донору) из одной диплоидной соматической клетки взрослой особи. Клонированная овца Долли – единственный выношенный ягненок из 29 развившихся эмбрионов, полученных из 277 безъядерных яйцеклеток. С тех пор метод был успешно применен на мышах, козах, свиньях и коровах, и в дальнейшем он может быть использован прежде всего для создания продуктивного стада крупного рогатого скота молочной породы (генетическая ферма).