Выведение трансгенных животных с улучшенными признаками

Трансгенные животные с новыми хозяйственно-полезными свойствами. Одним из основных направлений генной инженерии на первом этапе было изменение наследственности животных в отношении увеличения скорости роста, повышения надоев и улучшение качества продукции.

Рост животного – сложным процессом, который зависит от действия генов, условий питания и факторов окружающей среды. С генетической точки зрения интересны гены, которые кодируют протеины каскада гормона роста.

Еще в 40-е годы ХХ века было установлено стимулирующее действие гипофизарного гормона роста на молочную продуктивность коров. Однако из-за высокой стоимости данный препарат не нашел практического применения.

К концу 70-х годов ХХ века было показано, что гормон роста микробного происхождения оказывает такое же стимулирующее действие на лактацию и рост животного, как и гипофизарный гормон роста.

При применении рекомбинантного гормона роста (13 мг в день) удои увеличиваются на 23 - 31 %. Разработаны формы препарата пролонгированного действия. При этом обработку проводят один раз в две недели или в месяц.

Ежедневные инъекции гормона роста молодняку крупного рогатого скота, свиней, овец увеличивают суточные привесы на 20 - 30 %. Кроме того, это сопровождается сокращением расхода кормов на единицу прироста. Все исследователи отмечают увеличение содержания белка и уменьшение содержания жира в тканях трансгенных животных с генами гормона роста. Это повышает качество и товарную ценность получаемых мясопродуктов.

Первые трансгенные мыши с геном гормона роста были получены в 1982 году.

Рассматривается, например, возможность уменьшения содержания лактозы в молоке путем создания трансгенных овец или крупного рогатого скота, которые несут специфический для молочной железы промотор, сцепленный с геном лактозы. При этом становится возможным расщепление лактозы (молочного сахара) на глюкозу и галактозу уже в молоке коров. Молоко таких животных может использоваться людьми, у которых отсутствует фермент лактазы.

Обсуждается также возможность введения генов, вырабатывающих определенные антитела, которые предотвращают маститы.

Трансгенные животные с устойчивостью к заболеваниям. Попытки вести селекцию на устойчивость к разным заболеваниям не дали радикальных результатов. Но известны отдельные положительные примеры.

Так, созданы популяции крупного рогатого скота с примесью крови зебу, которые устойчивы к ряду кровепаразитарных заболеваний.

Вторжению или размножению возбудителей препятствуют иммунные механизмы и экспрессия генов комплекса гистосовместимости, а также иммунологическая способность различных молекул (интерферон, нейропептиды, гормоны и интерлейкины).

В Голландии исследуется возможность получения трансгенных животных, способных повысить содержание лактоферина в тканях молочной железы с целью повышения резистентности к маститу.

Применение техники трансгеноза для улучшения состава молока.Большинство из наиболее важных изменений в составе молока были инициированы фармацевтической промышленностью. Эффективность молочной железы в качестве биореактора настолько высока, что стоимость продукции может быть многократно снижена, даже если процесс очистки еще недостаточно эффективный.

Ценные изменения в составе молока могут быть достигнуты количественно (путем изменения соотношения компонентов молока) или качественно (путем добавления других компонентов, которые не присутствуют в составе натурального молока, но усилят его питательную ценность).

Так, у трансгенных кроликов был получен с молоком кальцитонин – пептид, ответственный за регуляцию обмена кальция и используемый при остеопорозе.

С экономической точки зрения большой интерес представляет увеличение содержания казеина в молоке, так он влияет на производство сыра. Один из возможных путей увеличения уровня казеинов – торможение производства других белков. Для этой роли подходит β-лактоглобулин. Этот белок присутствует только в молоке жвачных и является основным аллергеном молока коров. Поэтому уменьшение его количества могло бы улучшить состав молока.

Лактоза – основной сахар в молоке, ответственна за нарушение пищеварения, когда уменьшается уровень фермента лактазы, который гидролизует лактозу на моносахариды. Для уменьшения концентрации лактозы в молоке разработано несколько подходов. Так, были получены α-лактальбумин-дефицитные мыши, так как этот белок является одним из компонентов для синтеза лактозы. Другой подход: вызывание гидролиза лактозы in vivo. При этом лактоза гидролизуется путем экспрессии лактозы в тканях молочной железы.

Молоко может быть использовано в качестве транспортного средства для других веществ, которые усиливают его питательные и функциональные свойства. Например, лактоферрин – кислый белок человеческого молока с бактериостатическими свойствами, который усиливает адсорбцию железа. Он присутствует в молоке коров на очень низком уровне. Например, получены трансгенные мыши, которые экспрессируют человеческий лактоферрин. Показано, что этот лактоферрин увеличивает адсорбцию железа и защищает сохранность потомства, так как ограничивает наличие свободного железа в межклеточном пространстве желудочно-кишечного тракта и контролирует тем самым размножение бактерий.

Например, лизоцим оказывает антибактериальное влияние и вследствие его связи с казеинами способствует увеличению выхода сыра. Возможно, он также вызывает специфический иммунитет у новорожденных с секрецией специфических антител. Высокие титры нейтрализующих антител были получены в молоке трансгенных животных.

Трансгенные животные, продуцирующие биологически активные вещества медицинского и технологического назначения. Основа стратегии использования трансгенных животных как биореакторов состоит во включении в клетки организма генов, которые вызывают у них синтез новых белков.

Так, созданы трансгенные клеточные линии млекопитающих, которые выращиваются в системах биореакторов и способны производить белки, закодированные экзогенными (чужеродными) генами. Эти системы были успешно использованы в получении ценных продуктов фармакологического и медицинского назначения (инсулин, некоторые кровесвертывающие факторы, человеческий гормон роста).

Создание клеточных культур – сложная и дорогая процедура. Получаемые новые белки в линиях генно-инженерных клеток млекопитающих в некоторых случаях правильно модифицированы, имеют активность на уровне нативных протеинов, но выход белка из этих клеток низкий.

Промышленные реакторы, в которых выращиваются клетки также являются дорогими. Трансгенных животных трудно создавать и дорого. Однако однажды созданная линия таких животных легко воспроизводит себе подобных. Они легко размножаются, их содержание сравнительно дешево, они могут продуцировать большое количество белков низкой стоимости.

Гетерогенные белки могут быть получены большинством тканей (человека) животного. Начаты работы по получению трансгенных животных-доноров органов и тканей по пересадке человеку.