Основы генетики и разведения скота. Генетическая инженерия

Генетическая инженерия - это отрасль молекулярной биологии, в которой разрабатываются методы передачи генетического материала от одного живого организма к другому с целью получения новой генетической ин

формации и управления наследственностью. Ее развитие эт связан с достижениями генетики, микробиологии и биохимии.

Обычно используют два срока генетическая и генная инженерия. Первый из них используется в более широком смысле, то есть в него входит и понятие генной инженерии. При этом к последней не относятся перестройки генома обычными генетическими методами (мутациями и рекомбинации).

Рассмотрим основные генно-инженерные подходы, которые в перспективе могут быть использованы в животноводстве. Известно, что генетический материал всех живых организмов сосредоточен в молекулах ДНК. Все клетки организма имеют идентичные копии таких молекул.

Поэтому основой проведения генноинженерных исследований является именно молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты. При этом придерживаются такой последовательности: сначала выделяют гены из отдельных клеток или синтезируют их вне организма, затем включают новые гены в вектор (молекула ДНК, имеет собственный аппарат репликации и способна поставлять в клетку необходимые гены и реплицировать их), с объединяют ДНК гена и вектора и получают рекомбинантную ДНК; затем переносят определенные гены в геном хозяина, проводят их клонирование в составе вектора и получают генный продукт путем экспрессии чужеродного гена в реципиентная клетке.

Известны два способа выделения генов и создание рекомбинантной ДНК. Первый - с помощью химического синтеза, второй, более распространенный, с помощью особых ферментов (рестриктаз), которые обладают способностью распознавать чужеродную ДНК, проникающую в организм и расщеплять ее в соответствующих участках. В результате создаются фрагменты различных размеров настоящие. Известно более 500 рестриктаз и каждая специфически расщепляет ДНК. Они лишены всякой видовой специфичности. Благодаря этому можно о объединять в одно целое фрагменты ДНК любо

го происхождения и преодолевать естественные видовые бар еры.

Части и разрывы нитей ДНК склеивают с помощью фермента лигазы. Особенностью выделенных генов (нуклеотидов) являются так называемые липкие концы, которыми их можно присоединить к участкам фагов (для животных). Таким образом создается вектор для переноса выделенных генов в клетку-реципиент.

Известный другой путь получения фрагментов ДНК с липкими концами. Для этого выделены или искусственно синтезированные участки ДНК обрабатывают ферментом эндонуклеазой, которая укорачивает ее с обоих концов. Затем с помощью другого фермента - полинуклеотидтрансферазы достраивают до сих концов участка адениновых и тимидинових нуклеотидов. Полученную молекулу рекомбинантную ДНК используют для переноса чужеродного гена в бактермальную клетку. Такая схема была использована для генов инсулина, интерферона, иммуноглобулина и других.

Необходимо заметить, что наличие и даже введение гена в хромосому организма-хозяина еще не дает возможность получать продукты его синтеза. Для того, чтобы ген мог функционировать, он должен вместе с участком, где закодирована информация, иметь еще регуляторный участок. Эти участки называются, соответственно, промотором и терминатором. С промотора начинается считывание информации (транскрипция), а в терминаторе закодировано окончания транскрипции сданного гена. Создан целый арсенал клонированных промоторов, которые дают возможность обеспечить проявление генов в различных типах клеток. При этом такой клон содержит 1-2 гена, и если учесть, что клонов большое число, то практически они представляют все гены, которые есть в геноме животного.

Например, для создания банка генов кролика необходимо 920000 клонов, млекопитающих - 0,8-1,0 млн.

Первый банк генов был создан для кишечной палочки, потом для других, в т.ч. и для крупного рогатого скота. Также были сформированы библиотеки клонов ДНК гипофиза и гормона роста.

Большое значение имело получение интерферона для человека, белка с универсальным антивирусным действием.

Одним из важнейших достижений генной инженерии в практике животноводства является открытие соматотропного гормона (соматотропина или гормона роста). Но еще задолго до этого было известно, что экстракт гипофиза крупного рогатого скота стимулирует молочную продуктивность коров. Рассчитывали с помощью этого препарата быстро повысить надои животных. Но трудно было получать его в больших количествах и попытались применить для этого метод генной инженерии. С помощью микробного синтеза на основе технологии рекомбинантных ДНК решили эту проблему.

Гормон роста участвует в процессах стимуляции роста, деятельности молочной железы, влияет на обмен углеводов и липидов. Его др ецируют в составе генноинженерных гормонов, которые созданы для крупного рогатого скота, овец, свиней. Их клонирование осуществляют в клетках кишечной палочки и других микроорганизмов.

Использование этого гормона в скотоводстве при ежедневном введении (или через 2-3 дня) способствует повышению скорости роста молодняка на 10-15%, удоя молока на 20-40%. Состав молока при этом не меняется.

Положительные результаты получены в исследованиях по стимуляции с помощью соматотропина интенсивности роста свиней, овец, бычков, репродуктивных способностей свиней.

Вместе с этим менее сложной задачей является перенос генов непосредственно высшим организмам, в т.ч. и животным. Необходимо естественным путем, а не введением искусственных препаратов, внедрять новые гены в организмы. Используют несколько подходов - интродукцию гена в изолированные клетки реципиента с последующей ретрансплантации этих клеток, др инъекцию гена непосредственно в организм реципиента, интродукцию клонированных генов в геном эмбрионов на ранних стадиях развития.

Широко проводятся исследования по созданию трансгенных кроликов, овец, свиней, птицы. Быстрыми темпами осуществляется создание трансгенных животных, которые могут синтезировать некоторые лекарственные препараты; инсулин, интерферон, факторы оседания клеток крови, гормоны, незаменимые аминокислоты. Планируется получение трансгенных овец, которые производили в молоке фактор свертывания крови, необходим для лечения гемофилии, причем для этого достаточно стада в 15-20 овец.

Большой интерес представляют работы по созданию трансгенных животных, которые синтезируют незаменимые аминокислоты. Например, в овцеводстве имеет актуальность способность овец синтезировать метионин, который необходим для роста шерсти. В Австралии удалось получить трансгенных животных с интегрированным гормоном роста овцы. Для этого был выделен ген гормона роста, который затем был введен в геном зиготы. Полученная трансгенная овца в трехлетнем возрасте была в полтора раза больше по живой массе, чем сверстники.

Получение трансгенных особей проводится в трех направлениях; картирование геномов сельскохозяйственных животных, производство дополнительных продуктов эндогенного происхождения, использование их для селекционно-генетического улучшения, акклиматизации и одомашнивания.

Наиболее подходящим может быть создание линий трансгенных животных, имеющих ген соматотропина или устойчивых к целому ряду заболеваний (генетически иммунных форм).

В перспективе есть возможность получать политрансгенних животных, в зиготу которых будет вноситься несколько генов. Но при этом возникает опасность разрушения эволюционно сбалансированного генома особей. Поэтому в данном случае одним из основных этапов будет тщательный отбор и селекция на гомеостаз генома политрансгенних животных. Можно наметить несколько направлений применения генной инженерии для создания трансгенных животных по видам.

Крупный рогатый скот-трансгенозгормонароста гена тимидинкиназы вируса герпеса, получение инсулина человека, интерферона, факторов свертывания крови, введение гена азотфиксации, ресинтез дикого тура.

Свиньи - ген гормона роста человека, бычий ген соматотропина, ген антигена гепатита В, гены релизинггормона, гибридизация с овцой, получение каракульских поросят, гены долголетия.

Овцы - ген гормона роста овцы, гены синтеза серосодержащих аминокислот, ген синтеза протромбина, ген зимней спячки, ген разноцветной шерсти за счет переноса генов попугая.

Птица - ген инсулин-подобного ростового фактора, ген имуногло