Получение трансгенных животных с необходимыми признаками.

ЛЕКЦИЯ 23. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ достижений ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ

В ЖИВОТНОВОДСТВЕ и медицине

1 Получение трансгенных животных с необходимыми признаками.

2 Производство гормонов человека генно-инженерными методами.

Применение методов генетической инженерии в животновод­стве открывает перспективу изменения ряда свойств организма: повышение продуктивности, резистентности к заболеваниям, увеличение скорости роста, улучшение качества продукции и другие. Организмы, несущие 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.

Получение трансгенных животных с необходимыми признаками.

Получение трансгенных животных предусматривает ряд этапов: приготовление фрагмента ДНК, содержащего конкретный ген, для микроинъекции; извлечение эмбрионов из донорных организмов; микроинъекция ДНК и пе­ресадка инъецированных эмбрионов в яйцеводы или после куль­тивирования в матку. У родив­шихся потомков исследуют экспрессию трансгена на уровне транскрипции и трансляции.

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, которые помимо клеток, содержащих трансген, имеют еще и нетрансгенные клетки. 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.

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. С генети­ческой точки зрения особый интерес представляют гены, коди­рующие белки каскада гормона роста: непосредственно гормон роста (ГР), рилизинг-фактор гормона роста (РФ) и инсулинподобный фактор ГР (ИФГР).

В конце 70-х годов XX в. ген гормона роста крупного рогатого скота был интегрирован в геном E. сoli. Было показано, что ГР, выделенный из E. сoli, оказывает такое же стимулирующее действие на лактацию и рост животных, 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. Разработаны формы препарата пролонгированного действия, позволяющие использовать его один раз в две недели и даже в месяц. При ежедневной инъекции ГР молодняку крупного рогатого скота, свиней и овец удалось увели­чить суточные привесы на 20-30% при значительном сокраще­нии расхода кормов на единицу прироста. У молодняка свиней с ускорением роста увеличивалось содержание белка и уменьша­лось содержание жира в тканях, что повышало качество мясопро­дуктов.

Первые трансгенные мыши со встроенным геном ГР были получены в 1982 г. У них отмечалось повышение скорости роста и увеличение конеч­ной живой массы.

Получены также впечатляющие результаты на европейском лососе. Особи лосося со встроенным геном ГР достигают товарного веса в 2 раза быстрее, чем обычные.

Рассматривается возможность уменьшения лактозы в молоке путем создания животных, у которых присутствует специфический промотор, соединенный с геном фермента β-галактозидазы, катализирующего распад лактозы. Молоко таких животных, не содержащее лактозы, могут использовать люди, у которых не синтезируется β-галактозидаза.

Ведутся работы по созданию трансгенных животных, способных вырабатывать антитела, предотвращающие маститы.

Довольно часто для производства трансгенных медицинских препаратов используют культуру клеток животных. На этой основе разработано производство так называемого фактора свертываемости VIII в крови человека. Это позволило успешно решить проблему лечения больных гемофилией. Ранее белок фактор VIII выделяли только из крови доноров, что было связано с риском заражения пациентов вирусным гепатитом.

Трансгенные животные как продуценты ценных биологически активных белков и гормонов имеют ряд преимуществ перед микроорганизмами и клеточными системами. Они легко размножаются, содержание их сравнительно дешево, что делает таких животных хорошими продуцентами разнообразных белков с низкой стоимостью. Важно, что новые бел­ки, получаемые в линиях клеток трансгенных животных, могут быть модифицированы.

Для молочного производства представляет большой интерес получение целенаправленной экспрессии трансгенов в эпителиальных клетках молочной железы с целью выхода новых белков с молоком. Один из основных этапов получения трансгенных жи­вотных, продуцирующих трансгенный белок с молоком — модификация промотора, направляющего экспрессию структурных генов в секреторный эпителий молочной железы.

Например, в США разработан метод микроинъекции ДНК, позволяющий встраивать ген β-лактоглобулина, который способен экспрессироваться только в молочных железах животных. В Эдинбурге в 1992 г. были выведены трансгенные овцы с геном α-1-антитрип­сина человека и β-глобулиновым промотором. α-1-антитрип­син используется при лечении эмфиземы легких у человека. Содержание этого белка у разных трансгенных овец составляло от 1 до 35 г/л, что соответствует половине всех белков в молоке. При таком уровне продукции может быть получено около 10 кг трансгенного белка от одного животного в год, что достаточно для 50 пациен­тов при лечении эмфиземы легких.

В России группой ученых 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. Из 3 л молока трансген­ной овцы можно получить достаточное количество химозина для производства 1 т сыра из коровьего молока.

В последние годы успешно начат совместный Белорусско-российский генно-инженерный проект по производству двух лекарственных препаратов лактоферина и проурокиназы на основе использования молока трансгенных коз. Лактоферин – вырабатывается молочными железами и служит в женском молоке в качестве основного антибактериального и противовоспалительного компонента. Стоимость этого препарата на рынке превышает 3 тыс. долларов за 1г. Применение лактоферина в качестве пищевой добавки позволяет в 10 раз снизить заболеваемость гастроэнтеритами у грудных детей. Проурокиназа – тромболитический фермент, применение которого сразу после инфаркта в 5 раз снижает смертность. Несмотря на мощный лечебный эффект, этот препарат малодоступен для населения, поскольку стоимость одного курса лечения превышает 1 тыс. долларов. В то же время только в Беларуси и России в таком лечении нуждается почти полмиллиона кардиологических больных. В целом годовая потребность в лактоферине и проурокиназе даже в развитых странах превышает 5 млрд. долларов. Поэтому использование полученных трансгенных животных снизит стоимость этих препаратов в 10-20 раз, что позволит перевести данные лекарства из разряда супердорогих в число общедоступных.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: