Понятие о биотехнологии

Слово биотехнология впервые использовал венгерский учёный Карл Эреки в 1919 году, для обозначения работ в которых продукты получают с помощью живых организмов. В 1986 году было дано определение биотехнологии, как использования живых организмов и биологических процессов в производстве.

На начальном этапе биотехнология опиралась главным образом на достижения микробиологов и энзимологов, но в последние 10-15 лет она получила мощный толчок к развитию со стороны следующих наук: вирусологии, молекулярной и клеточной биологии, молекулярной генетики. В настоящее время под биотехнологией понимают комплексную многопрофильную область научно-технического прогресса, которая включает микробиологический синтез, генетическую и клеточную инженерию, трансплантацию эмбрионов, получение химерных и трансгенных животных.

Биотехнология возникла на стыке микробиологии, биохимии, биофизики, генетики и цитологии, иммунологии и молекулярной генетики. Изучение биотехнологии проводится на следующих уровнях: молекулярном, т.е. работы с отдельными генами; хромосомном; геномном; уровне плазмид; тканевом; организменом и популяционном. Объекты биотехнологии очень многочисленны, однако это в основном группы живых организмов – (микроорганизмы, бактерии, вирусы, дрожжи), одноклеточные организмы, растения, животные, а также изолированные из них клетки и субклеточные компоненты.

Сегодня биотехнология устремлена в 21 век и занимает передний край научно-технического прогресса. Она изменит координально проблемы здравоохранения, охраны окружающей среды, многих сфер промышленного производства, обеспечит общество продовольствием. Начинает развиваться космическая биотехнология.

В настоящее время в мире существует около 1000 биотехнологических корпораций и фирм, среди которых около 100 занимают ведущее место. Это в основном фирмы США, Японии, ФРГ, Франции, Канады. У нас тоже проводятся большие разработки по биотехнологии, публикуются специальные монографии, научные труды. Стоимость мировой биотехнологической продукции к концу ХХ века составляла 20 млн. долларов. Одним из биотехнологических мероприятий, которое осуществляется на практике животноводства является трансплантация эмбрионов.

Отбор коров- доноров и реципиентов, трансплантация эмбрионов

Трансплантация эмбрионов- это биотехнологический метод направленный на ускоренное воспроизведение высокопродуктивных животных и получения большого количества потомства от самок - рекордисток. Сущность трансплантации эмбрионов состоит в том, что эмбрионы выдающихся по продуктивности коров-доноров пересаживаются менее ценным животным коровам-реципиентам. Коровы-доноры являются поставщиком эмбрионов, а вынашивают их другие самки, т.е. коровы-реципиенты. Генетическое значение этого метода заключается в том, что телёнок-трансплантант наследует только генетические свойства отца и матери-донора. Мать-реципиент не оказывает влияния на наследственность приплода.

Мировой опыт показывает, что трансплантация эмбрионов может ускорить селекционный процесс в молочном скотоводстве в 6-7 раз по сравнению с обычными методами разведения. Современная технология позволяет получать от одной коровы-донора 10 телят, а от отдельных коров до 100 телят. В США, Канаде, ФРГ, Франции, Венгрии станции по искусственному осеменению на 50-70% укомплектованы трансплантами. Разработаны и освоены методы замораживания и длительного хранения эмбрионов в жидком азоте, это позволяет их транспортировать в другие государства. Однако необходимо отметить, что процесс трансплантации эмбрионов состоит из следующих этапов:

1. Гормональное вызывание суперовуляции.

2. Осеменение коров-доноров семенем производителей, имеющих высокие показатели продуктивности оценённые по качеству потомства и являющиеся улучшателями.

3. Извлечение и оценка качества эмбрионов, сохранение и пересадка или криоконсервирование эмбрионов в жидком азоте, отстаивание и пересадка коровам-реципиентам.

В организме самца образуются миллиарды спермиев, однако для оплодотворения яйцеклетки требуется один сперматозоид. От одного быка-производителя можно получить до 50 тыс. телят в год. Большой биологический потенциал к воспроизводству имеют самки млекопитающих. Так в яичниках новорожденной тёлочки содержится 75 тыс. яйцеклеток, а от коровы за всю её жизнь получают от 3 до 10 телят. Коровы относятся к животным рождающим как правило одного телёнка в год, это обуславливается тем, что в половом цикле происходит одна овуляция. Продолжительность полового цикла для коров в среднем составляет 21 день. Таким образом, в течение года у коровы произойдёт около 17 овуляций и мы сможем 14-15 эмбрионов. Увеличить количество потомков получаемых от одной самки можно, если её использовать в роли донора эмбрионов, а для вынашивания потомства необходим инкубатор. В качестве инкубатора можно использовать приёмных матерей того же вида, которые называются реципиентами. Поэтому в скотоводстве одних коров используют в качестве доноров ранних эмбрионов, а других в качестве реципиентов. Как правило, донорами являются коровы, которые имеют высокую племенную ценность. В качестве реципиентов используются коровы, которые имеют низкие показатели продуктивности или тёлки, продуктивность которых неизвестна. Корову-донора выбирают из стада с относительно высоким уровнем молочной продуктивности характерной для той или иной породы, должно быть известно происхождение и группа крови животного, подтверждающее соответствующими документами. Молочная продуктивность коров-доноров за ряд лактаций в среднем должна быть на 50-60% выше стандарта данной породы, а содержание жира в молоке на 20% и более. При отборе коров-доноров руководствуются комплексом селекционных признаков: породность, экстерьер, конституция, морфологические свойства вымени, лёгкость отёлов, жизнеспособность приплода и другие.

Для осеменения коров-доноров подбирают быков положительно оценённых по качеству потомства и являющихся улучшателями. Пригодны лишь те быки, которые имеют высокую положительную сочетаемость при спаривании с высокопродуктивными коровами. Отобранные быки не должны иметь хромосомных аномалий. Подбор быков к коровам донорам строго индивидуальный с учётом их линейной разобщённости. Отдаётся предпочтение улучшателям по удою, содержанию жира и белка в молоке, а также по экстерьеру и конституции и технологичности дочерей.

Коровы-реципиенты должны быть не старше 7 лет, клинически здоровы, без признаков нарушения обмена веществ, с ежегодными отёлами без осложнений, хорошо выраженной охотой. Тёлки-реципиенты по живой массе должны отвечать требованиям класса элита-рекорд, элита, иметь нормально и хорошо функционирующие органы воспроизводства. Минимальный возраст тёлок 16-18 месяцев с живой массой 360-380 кг.

Используя, трансплантацию эмбрионов от высокопродуктивных коров за год можно получать большое количество потомков. Так во Франции от одной коровы-донора за год получено 8 телят. В Голландии от коровы за 5 суперовуляций пересажено 38 эмбрионов и получено 37 телят. Широко используют трансплантацию эмбрионов фермеры США и Канады. Они покупают сперму выдающихся быков-производителей за 200 долларов за дозу, осеменяют коров с удоем 15-18 тыс. кг молока и получают от коров доноров 10-12 телят в год, причём используют коров-доноров в последние 3-4 года их жизни. Известно, что в США, Канаде, Дании, ФРГ до 70% быков-производителей получено методом трансплантации эмбрионов.

Коров с высоким удоем целесообразно использовать в качестве доноров эмбрионов после снижения пика лактации через 3-4 месяца после отёла. На пунктах трансплантации создаются группы коров многоразового использования 5-6 раз в течение года. Для этого, как правило, используют выбракованных высокопродуктивных коров по разным причинам, однако сохранивших воспроизводительные функции. Так от 80 высокопродуктивных коров-доноров многоразового использования было получено 378 телят-трансплантантов, в том числе от 18 коров 187 телят-трансплантантов, от 7 до 35 телят на донора.

Основным условием успешной трансплантации является следующее:

1.Достаточное число высокопродуктивных животных доноров эмбрионов и реципиентов.

2.Хорошая кормовая база и соответствующие условия для выращивания племенного молодняка.

3.Чётко поставленный племенной и ветеринарный учёт.

Технология трансплантации состоит из ряда последовательных элементов: отбор и подготовка животных-доноров эмбрионов, гормонального вызывания суперовуляции и осеменение этих доноров, нехирургическое извлечение зародышей, обнаружение и оценка эмбрионов пригодных для трансплантации или глубокого замораживания, подбор реципиентов, их синхронизация по эстральному циклу с донором, пересадка эмбрионов и контроль результатов их приживления. Конечный результат зависит от условий и чёткого выполнения каждого звена этой технологии.

Извлечение яйцеклеток и эмбрионов у животных- доноров одна из важнейших составных частей общей технологии трансплантации эмбрионов, которая требует тщательного и безошибочного осуществления. На первых этапах трансплантации эмбрионы получали путём забоя животных и извлечения эмбрионов у забитых животных. Этот метод широко применялся в мясном скотоводстве. В начале 70-х годов наибольшее распространение получила хирургическая техника извлечения зародышей, сущность которой состоит в том, что по белой линии живота делается разрез под общим наркозом и производится промывание рогов матки в положении животного лёжа на спине.

Начиная с 1949 года проводились исследования по нехирургическому методу извлечения эмбрионов, однако результаты этого метода были значительно хуже. В последующие годы для нехирургического метода были усовершенствованы старые и разработаны новые инструменты, которые позволили сделать этот метод простым, надёжным, бескровным и получать большое количество эмбрионов в условиях фермы. После получения эмбрионов определяют его качество. В зависимости от качества эмбрионов определяется их приживляемость, 60% приживляемости эмбрионов является высоким показателем.

Важное значение имеет длительность хранения эмбрионов и метод криоконсервации. Замороженные в жидком азоте эмбрионы позволяют создать в хранилищах банки эмбрионов высокопродуктивных особей. В настоящее время созданы центры и пункты трансплантации эмбрионов, они размещены в зонах с развитым молочным скотоводством Московской и Ленинградской областей. В этих регионах имеются коровы с годовым удоем 7-10 тыс. и более кг молока, которых можно эффективно использовать в качестве доноров для производства эмбрионов. Центры и пункты должны иметь необходимое оборудование, приборы, материалы, гормональные препараты, хорошо обученные кадры. Трансплантация это очень сложная и кропотливая работа, поэтому этот метод в стране идёт очень трудно, так как не преодолён психический барьер у специалистов и руководителей, которые утверждают, что наши фермы ещё не готовы к этому методу и трансплантацию следует рассматривать, как приём отдалённого будущего. В тоже время трансплантация эмбрионов в скотоводстве позволяет:

1. Повысить интенсивность использования генетически ценных животных и прежде всего самок, для получения быков-производителей с высоким генетическим потенциалом.

2. Получение идентичных животных путём разделения ранних эмбрионов.

3. Получение химерных животных.

4. Уникальная возможность консервации генетического материала и формирование банка эмбрионов.

5. Сохранение мутантных генов и генофонда малых пород.

6. Выявление вредных рецессивных генов и хромосомных аномалий.

7. Возможность получения приплода от бесплодных коров.

8. Повышение устойчивости животных к болезням.

9. Определение пола эмбрионов.

10. Проведение межвидовых пересадок.

11. Обеспечение акклиматизации импортных животных.

4.Получение здорового приплода от неблагополучных по заболеваниям доноров.

5.Уникальная возможность консервации генетического материала и формирование банка эмбрионов.

Основное практическое значение пересадки эмбрионов в животноводстве состоит в том, что за короткий промежуток времени увеличивается скорость генетического прогресса, в 2-5 раз ускоряется коэффициент размножения ценных в племенном отношении самок и соответственно в 1,8-2,4 раза повышается селекционный эффект.

Метод трансплантации эмбрионов имеет огромную ценность для осуществления таких генетических программ, как ускоренное получение ценных семейств, линий и типов животных в обычных стадах, распространение в породе мутантных генов (устойчивых к какому-либо заболеванию) или наоборот выявления носителей рецессивных генов и их выбраковка из стада. Широко используют трансплантацию эмбрионов для получения двоен у коров не только мясного, но и молочного направления. Внедряется в практику метод сортировки эмбрионов по полу. Только отбор эмбрионов мужского пола может увеличить мясную продуктивность скота на 10%.

Большое значение трансплантация имеет в межгосударственном обмене животными и оздоровлении стад, она удешевляет и упрощает проблему транспортировки животных и карантина особенно при больших закупках поголовья и больших расстояниях. Международный комитет по генетическим ресурсам констатировал, что в Европе исчезло 9 пород свиней, 2 породы овец и лошадей, одна порода крупного рогатого скота. На сегодняшний день из 1300 популяций с/х животных 240 находятся под угрозой исчезновения и нуждаются в срочных мерах по сохранению генофонда. Поэтому метод замораживания эмбрионов является лучшим вариантом сохранения генетических ресурсов. Современные генетические ресурсы особенно понадобятся тогда, когда генетическая инженерия станет обыденной реальностью и на базе этих ресурсов будут создаваться совершенно новые генетические варианты.

Значение трансплантации в животноводстве

Трансплантация- это метод ускоренного воспроизводства высокопродуктивных животных путём получения и переноса одного или нескольких эмбрионов от высокопродуктивных животных (доноров) менее ценным животным (реципиентам).

Трансплантация применяется для следующих целей:

1. Размножение генетически ценных особей.

2. Получение идентичных животных путём разделения ранних эмбрионов.

3. Получение потомков от бесплодных животных, но генетически ценных по генотипу.

4. Сохранение мутантных генов, малых популяций, генофонда пород.

5. Выявление вредных рецессивных генов и хромосомных аномалий.

6. Повышение устойчивости животных к болезням.

7. Определение пола.

8. Для межвидовых пересадок.

9. Получение химерных животных.

10. Акклиматизация импортных животных иностранных пород.

На эффективность трансплантации эмбрионов влияют следующие факторы: правильный отбор коров-доноров, использование фолликулостимулирующего гормона, искусственное осеменение, вымывание эмбрионов на 7 день после осеменения у коров-доноров, оценка качества эмбрионов, отбор реципиентов, минимальный возраст 18 мес. 2/3 живой массы коровы, среднесуточный прирост 850г, нормальный половой цикл. После пересадки эмбрионов свыше 40% реципиентов становятся стельными.

Трансплантация эмбрионов - биотехнологический метод ускоренного воспроизведения высокопродуктивных животных, получения приплода от самок рекордисток.

Сущность пересадки эмбрионов заключается в том, что из оплодотворённой яйцеклетки выдающейся по продуктивности самки извлекаются и пересаживаются реципиентам. Донор является поставщиком эмбрионов, а вынашивают их другие самки. Преимущество этого метода заключается в том, что телёнок-трансплантант наследует только генетические свойства отца и матери-донора, реципиент не оказывает влияния на наследственность приплода. Мировой опыт показывает, что трансплантация эмбрионов может ускорить селекционный процесс в молочном скотоводстве в 6-7 раз по сравнению с обычными методами разведения. Современная технология позволяет получать от одной коровы-донора 10 телят в год, а от отдельных животных до 100. США, Канада, ФРГ, Франция, Венгрия на 50-75% укомплектованы бычками-трансплантантами. Разработаны и освоены методы замораживания и длительного хранения зародышей в жидком азоте позволяет транспортировать их в хозяйства в разные регионы, даже за рубеж.

Контрольные вопросы:

1.Дать понятие трансплантации эмбрионов.

2.Цель применения трансплантации эмбрионов

3.Как проводят отбор коров-доноров и реципиентов для трансплантации?

4.Что понимают под биотехнологией?

Лекция № 13