Якщо трансгенні культури сільськогосподарських рослин досить широко використовуються в якості сировини для виробництва продуктів харчування, то роботи по отриманню трансгенних тварин знаходяться поки на стадії експериментальної відпрацювання створення схем введення і ефективної експресії чужорідних генів (трансгенів). Трансгенні технології можуть бути використані для виведення поліпшених порід домашніх тварин і птахів: корів з більш високою удійності, овець з якісної шерстю, курей з підвищеною яйценоскостью і т.п.
Експерименти по введенню чужорідних генів в клітини ссавців і можливість створення генетично ідентичних тварин шляхом перенесення ядра з ембріональної клітини в яйцеклітину з віддаленим ядром (клонування) дозволили включати в хромосомну ДНК вищих тварин функціональні гени або їх кластери. Використовувана стратегія полягає в наступному:
1. Клоноване ген вводять в ядро заплідненої яйцеклітини.
2. інокулював запліднені яйцеклітини імплантують в реципієнтную жіночу особину. Успішне завершення розвитку ембріона ссавців в інших умовах неможливо.
3. Відбирають нащадків, які розвинулися з імплантованих яйцеклітин і містять клонований ген у всіх клітинах.
4. Схрещують тварин, які несуть клонований ген в клітках зародкової лінії і отримують нову генетичну лінію.
Трансгенні технології розроблялися на мишах. За 20 років досліджень в різні лінії мишей були введені сотні генів. В результаті були вивчені механізми генної регуляції і розвитку пухлин, природа імунологічної специфічності, молекулярна генетика зростання і розвитку, інші фундаментальні біологічні процеси, а також створені трансгенні лінії, що дозволяють моделювати різні генетичні хвороби людини.
Трансгенний велику рогату худобу. Метою трансгенозу великої рогатої худоби є зміна змісту різних речовин - білків, ферментів і інших, в молоці. Наприклад, введення трансгена білка к-казеїну в клітини молочної залози і його подальша гіперекспресія призведе до підвищення кількості цього білка в молоці. Використання такого молока в якості сировини при виробництві сиру дозволить значно збільшити вихід готового продукту. Введення і експресія гена ферменту лактази, що каталізує гідролітичні розщеплення молочного цукру лактози, дасть можливість отримувати молоко, придатне для людей, в організмі яких порушений синтез цього ферменту.
Іншою метою трансгенозу є створення домашніх тварин, стійких до інфекцій і паразитарних інвазій.
Іншою метою трансгенозу є створення домашніх тварин зі спадковою стійкістю до бактеріальних і вірусних інфекцій, а також до паразитарних інвазій.
Для створення трансгенних корів використовували схему трансгенозу методом мікроін'єкцій ДНК.
На першому етапі проводили збір ооцитів (жіночих статевих клітин) у корів, забитих на бойні. Ці яйцеклітини поміщали in vitro в умови, в яких відбувалося їх дозрівання до стадії повної зрілості. Після цього їх запліднили бичачої спермою. Потім виробляли центрифугування запліднених яйцеклітин для концентрування жовтка, щоб він не заважав спостерігати за
Схема отримання трансгенних корів подальшими маніпуляціями. Після цього методом мікроін'єкції ДНК здійснювали введення трансгена в чоловічій пронуклеус (ядро сперматозоїда); запліднені яйцеклітини з генетично модифікованим геномом поміщали в спеціальні умови in vitro, в яких починається процес ембріонального розвитку, і культивували до стадії бластоцисти. Ембріон, який розвинувся до стадії бластоцисти, імплантували нехірургічним шляхом в матку реципієнтную корови, де відбувалося його подальше ембріональний розвиток. Після народження дитинчат проводили скринінг їх ДНК на наявність трансгена. На заключному етапі виробляли схрещування трансгенних особин для отримання гомозиготной лінії трансгенних тварин.
Слід зазначити, що ефективність отримання трансгенних тварин цим методом дуже низька. Так, в експериментах з 2407 ооцитів були отримані лише два трансгенних теляти. Дослідження в області удосконалення методів трансгенозу тривають.
Сумарна ефективність трансгенозу методом мікроін'єкцій ДНК
Трансгенні вівці, кози і свині. Метою трансгени-ноза овець, кіз і свиней є перетворення молочних залоз цих тварин в «біофабрики» по виробництву білкових продуктів, що використовуються в медицині. За допомогою трансгенних конструкцій, що містять гени людини, були створені трансгенні вівці і кози, в молоко яких секретувати білки людини. Ці білки володіли активністю, близькою до активності білків, що синтезуються в організмі людини. Експресія трансгенів в клітинах молочних залоз овець і кіз не чинила жодних побічних дій ні на самок в період лактації, ні на вигодовувати потомство.
Однак трансгенні свині, що несуть трансген бичачого гормону росту, швидко додавали у вазі. У той же час у цих тварин відзначалися виразка шлунка, ниркова недостатність, кульгавість, зменшення рухливості суглобів та інші патології, причина яких не встановлена.
Були створені трансгенні вівці з підвищеною швидкістю росту шерсті і трансгенні свині, в клітинах крові яких у великій кількості синтезировался людський гемоглобін. Гемоглобін, що продукується трансгенними свинями, володів такими ж хімічними властивостями, що і природний людський. Незважаючи на те що отриманий таким способом людський гемоглобін має певні побічні ефекти при використанні і більш низьку ефективність в перенесенні кисню, ці результати вказують на принципову можливість заміни цільної крові, використовуваної при трансфузии, людським гемоглобіном, отриманим методом трансгенозу.
Нижче наведені трансгенні конструкції, що містять гени людини, і реціпіентние організми:
Трансгенні риби. Дослідження в області отримання трансгенних риб стосуються встановлення впливу трансгени гормону росту на швидкість росту організму. З цією метою в яйцеклітини атлантичного лосося був введений трансгени, що містить ген гормону росту лосося і регуляторну послідовність антифризного білка американської бельдюги. Як правило, трансгенні лососі були більші і швидше додавали у вазі, ніж контрольні трансформовані особини. В іншому експерименті однорічні трансгенні особини нерки, отримані в результаті введення в яйцеклітини генетичної конструкції гормону росту, важили приблизно в 11 разів більше, ніж нетрансгенние.
Технологія отримання трансгенних риб розроблена для коропа, форелі, лосося та інших видів риб і полягає в наступному. Трансгени вводять в запліднені яйцеклітини Мікроін'єкції ДНК або Електропорація. Подальший ембріогенез протікає у водному середовищі, поза організмом, в резервуарах з регульованими умовами. Виживання ембріонів риб після ін'єкцій становить від 35 до 80%, а частка трансгенних нащадків - від 10 до 70%. Таким чином, ефективність трансгенозу риб досить велика.
Передбачається, що в майбутньому в риб будуть введені гени стійкості до хвороб, стресових впливів навколишнього середовища та ін.
Трансгенні птиці. Мета створення трансгенних птахів - поліпшення генотипу вже існуючих порід. Серед переданих трансгеноз ознак можуть бути такі, як стійкість до вірусних інфекцій і захворювань, підвищення ефективності засвоєння їжі, зниження рівня жиру і холестерину в яйцях, підвищення якості м'яса. Крім того, яйце можна використовувати в якості джерела білкових продуктів для фармацевтичної промисловості. Однак отримання трансгенних птахів обмежується відсутністю технології трансгенозу для цієї групи тварин. Метод мікроін'єкції ДНК в запліднені яйця, широко використовуваний для ссавців і риб, не може бути застосований в
даному випадку через особливості відтворення і розвитку птахів. Використання вірусних векторів на основі ретровірусів також проблематично, особливо в зв'язку з загрозою пташиного грипу. В даний час найбільш перспективним представляється метод з використанням ре-комбінантних ембріональних клітин:
Виділення клітин бластолеоми
Отримання трансгенних курчат трансфекцией ізольований них клітин бластодерми Пояснення в тексті
1. Виділяють клітини бластодерми з курячого ембріона.
2. Трансфіціруют їх за допомогою ліпосом, пов'язаних з трансгенної ДНК.
3. Вводять трансфіковані клітини бластодерми в подзародишевую область свежеотложенних яєць.
4. З вилупилися курчат відбирають химерні організми (тварини, які несуть трансгени).
5. Проводять кілька раундів схрещування химерних птахів.
6. В результаті отримують лінії трансгенних тварин.
Таким чином, в даний час отримані трансгенні корови, вівці, свині, птиці та риби. Трансгени дозволяють поліпшувати генотип порід домашньої худоби і виводити породи тварин з новими ознаками. Крім того, можливо, що трансгенних домашніх тварин можна використовувати в якості «біофабрик» для отримання продуктів клонованих генів, секретується в молоко.