Що стосується застосування перенесення генів у сільськогосподарських тварин, то надії вчених в даний час пов'язані з поліпшенням продуктивності та якості тваринницької продукції, резистентності до хвороб і створення так званих «генних форм» або трансгенних тварин - біореакторів цінних біологічно активних речовин.
Одним з основних напрямків застосування генної інженерії являетсяізмененіе спадковості тварин щодо збільшення швидкості росту, підвищення надоїв і поліпшення якості продукції.
Зростання тваринного є складним процесом, який залежить від дії генів, умов годування і факторів навколишнього середовища. З генетичної точки зору особливо цікаві гени, що кодують протеїни релізинг фактору гормону росту (РФ-ГР) і інсулінподобного фактор гормону росту (ІФ ГР).
Ще в 40-ті роки ХХ ст. було встановлено стимулюючу дію гипофизарного ГР на молочну продуктивність корів. Однак через високу вартість препаратів гипофизарного ГР і неможливості його одержання з гіпофізів тварин у великих кількостях вони не знайшли практичного застосування.
До кінця 70-х років, з початком ери генної інженерії і появою дешевих гормональних препаратів, отриманих шляхом микробиального синтезу, на основі технології рекомбінантної ДНК, був синтезований ГР. Було доведено, що гормон росту мікробного походження надає таке ж стимулюючу дію на лактацію і зростання тварини, як і ГР отриманий з свинячих гіпофізів. При цьому встановлено, що:
1. При великомасштабному застосуванні рекомбінантного ГР (13 мг в день) збільшення надоїв у корів становить 23 - 31%. Розроблено форми препарату пролонгованої дії, що дозволяють проводити обробку один раз в два тижні і навіть на місяць.
3. Щоденні ін'єкції ГР молодняку великої рогатої худоби і овець викликають збільшення живої маси на 20-30% і супроводжуються скороченням витрат кормів на одиницю приросту. У молодняку свиней прискорення зростання супроводжується збільшенням вмісту білка і зменшенням вмісту жиру в тканинах, що підвищує цінність м'ясної продукції.
Трансгенні тварини зі стійкістю до захворювань.
Втрати, викликані захворюваністю у сільськогосподарських тварин, становлять понад 10% вартості продукції. Тому все більшого значення набуває селекція тварин по резистентності до захворювань. Резистентність - це спадкова генетично обумовлена сприйнятливість тварин до певних мікроорганізмів, вірусів, паразитів або токсинів.
В даний час: 1. Отримано велику рогату худобу з домішкою крові зебу, який стійкий до ряду кровепаразітарнимі захворювань. Резистентність до ряду захворювань є полігенним ознакою, як, наприклад, тріпанотолерантность певних африканських порід великої рогатої худоби. 2. Отримано резистентність корів не тільки до вірусу лейкозу. але одночасно тварини відрізнялися хорошою жаротривке і невибагливістю до умов утримання і годівлі. При цьому механізми резистентності ґрунтуються на одиничних генах. 3. Отримано резистентність до діареї у новонароджених поросят, обумовлена E. coli K88.
Тривають дослідження по отриманню трансгенних тварин з чужорідними генами, які забезпечать несприйнятливість тварин і до інших захворювань.
Захисні механізми від інфекційних захворювань функціонують шляхом перешкоди вторгнення збудника або шляхом зміни рецепторів. Вторгнення або розмноження збудників перешкоджають, головним чином, імунні механізми і експресія генів головного комплексу гістосумісності, а також імунологічні здатності різних молекул, таких, як інтерферон, гормони.
Показана можливість створення внутрішньоклітинної імунізації проти інфекційних вірусів. Ендогенні вірусні білки, особливо їх мутаційні форми, можуть служити захистом від відповідних вірусів. 5. Отримано трансгенні кури, стійкі до вірусу лейкозу. у яких в клітинах експресуватися білок вірусної оболонки.
Наведені вище дані відкривають реальні перспективи підвищення резистентності трансгенних тварин до захворювань.
Застосування техніки трансгенозу
для поліпшення складу молока.
Одним з найбільш ефективних шляхів розширення ринку і кардинального зниження вартості молочних продуктів може бути поліпшення складу молока шляхом отримання трансгенних тварин. В результаті генетичної селекції в останні десятиліття молочна промисловість досягла значного поліпшення якості молочної продукції. Однак нові генетичні успіхи, засновані на традиційних методах селекції, занадто повільні внаслідок тривалого інтервалу між поколіннями. Це обмежується також низькою успадкованого цих якостей, взаємовідносинами між ними і тому, що різні молочні продукти можуть бути отримані від селекції в різних напрямках.
Більш реальні перспективи поліпшення якості або складу продуктів тваринництва досягають введенням відповідних генних конструкцій в організм тварини. Ведеться робота, наприклад, по можливості зменшення лактози в молоці шляхом створення трансгенних овець або великої рогатої худоби, які несуть специфічний для молочної залози промотор, зчеплених з геном лактози. При цьому стає можливим розщеплення лактози (молочного цукру) на глюкозу і галактозу вже в молоці корів. Молоко таких тварин може використовуватися тими людьми, у яких відсутній фермент лактози.
Традиційно вартість молока оцінювалася за вмістом жиру, але ця концепція змінюється і віддається перевага таких компонентів молока, як протеїн.
Цінні зміни в складі молока можуть бути досягнуті кількісно, шляхом зміни співвідношення компонентів молока або якісно, т. Е. Додаванням інших компонентів, які не присутніх в складі натурального молока, які посилять його поживну цінність.
Шляхи вирішення цього завдання зменшення рівня лактози:
Другий підхід зменшення концентрації лактози в молоці заснований на викликанні її гідролізу in vivo подібно до того, як це досягається в молочній промисловості in vitro. Лактоза гідролізується шляхом експресії в тканинах молочної залози. При цьому одним прийомом вирішуються дві проблеми:
- не порушується продукція молока, так як осмотична активність лактози зберігається;
Мова тут йде про отримання в промислових масштабах ліки четвертого покоління - найсучаснішого в боротьбі з різними захворюваннями, а також великий економічну вигоду, яку обіцяє для Республіки Білорусь реалізація цієї програми. З огляду на, що вартість однієї дози лактоферину, виробленого методом мікробного синтезу становить 2,0 - 2,5 тис. Доларів, використання запропонованої технології отримання лікарських білків людини з молока трансгенних тварин дозволить знизити вартість цього препарату в 10-20 і більше разів, що зробить його загальнодоступним.
Не менш, а то й більш важливо і те, що реалізація програми дозволить в обох державах або, може бути, в Союзній державі створити наукову основу і технологічну базу для сучасного біофармпроізводства з використанням трансгенної технології, що не потребує капітального і енергоємного будівництва дорогих виробничих приміщень.
Вчені припускають, що вивчення генома людини вже найближчим часом призведе до відкриття нових регуляторних білків людини, на основі яких будуть створені лікарські препарати ще більш нового покоління. Економічна вигода, яку можуть дати трансгенні тварини-продуценти, як вважає Президент Національної академії наук Білорусі Михайло Мясникович, - в 100-1000 разів перевищує ту, яку дають інші біологічні системи при створенні лікарських препаратів ».
Реалізація програми важлива ще й тим, що саме в цій області відставання вчених Союзної держави в напрацюваннях з даної проблеми невелике і, тому, цілком під силу змагатися із зарубіжними колегами. У техніко-економічному обгрунтуванні проведення спільних наукових досліджень за Програмою Союзної держави йдеться: «У частині розробки і виробництва нових« генетичних ліків »і лідери фармакології, і аутсайдери знаходяться зараз як би в рівному стартовому положенні».
Бактеріостатичний вплив може бути також досягнуто іншими білками, спрямованими безпосередньо в молочну залозу і викликають зменшення захворювання маститами. Наприклад, лізоцим надає не тільки антибактеріальну вплив, але також сприяє збільшенню виходу сиру внаслідок його зв'язку з казеїну. Він надає пасивний імунітет у новонароджених з секрецією специфічних антитіл.
Таким чином, включення людського лактоферину або людського лізоциму є прикладом можливості використання їх в якості цілющих властивостей молока тварин і при споживанні в їжу людиною.
Трансгенні тварини, які продукують біологічно активні речовини медичного та технологічного призначення.
На першому етапі практичного застосування молекулярної генетики були створені рекомбінантні мікроорганізми, а пізніше трансгенні клітинні лінії ссавців, які вирощувалися в системах біореакторів і були здатні виробляти білки, закодовані екзогенними (чужорідними) генами. Ці системи були успішно використані в отриманні цінних продуктів фармакологічного та медичного призначення, таких як інсулін, деякі кровесвёртивающіе фактори, людський гормон росту та ін.
У порівнянні з трансгенними тваринами, як продуцентами цінних біологічно активних білків, мікроорганізми і клітинні системи мають такі недоліки:
1. Вихід білка з культуральних клітин нижчий.
2. Процес вирощування клітин призводить до зміни структури протеїнів і, як наслідок, до зниження їх біологічної активності.
3. Створення даних клітинних культур в промислових реакторах, є складною і дорогою процедурою.
Переваги трансгенних тварин: 1. Тварини лише на початку можуть бути важко створюваними і дорогими, але одного разу створена лінія таких особин відтворить собі подібних. 2. Вони можуть продукувати надзвичайно велика кількість білків з низькою вартістю. Тому найбільший прогрес, в створенні трансгенних біореакторів, досягнутий в цілеспрямованої трансгенної експресії в епітеліальні клітини молочної залози і виробництві білків з молоком. Структурний ген, пов'язаний з промотором гена молочного протеїну, в першу чергу буде експресуватися в клітинах молочної залози.
3. Виділення рекомбінантного білка з молоком, з одного боку, зручний прийом його отримання від тварини із застосуванням природного прийому традиційного доїння, а з іншого боку, безпечний для тваринного.
4. Одним з основних етапів в отриманні трансгенних тварин, які продукують гетерогенний білок з молоком, є ідентифікація промотора, який буде направляти експресію в секреторний епітелій молочної залози. В даний час виділені промотори АS1-казеїну, ß-казеіна, # 945; -лактольбуміна; ß-лактоглобуліна і сироваткового кислого протеїну (WAP).
Використання молочної залози для виробництва чужорідних протеїнів обґрунтовується її величезною синтетичної білкової продуктивністю. Загальна концентрація ендогенних молочних білків в залежності від виду тварин становить 2-10% (табл. 9.1) т. е. на рівні 20-100 г на 1 л. Цього достатньо для комерційного виробництва фармацевтичні важливих білків.
З даних таблиці можна зробити висновок. що шести кіз і двох корів досить, щоб забезпечити річну потребу світового ринку з білку С, тоді як для такого ж його виробництва потрібно 5 млн. літрів донорської крові. При цьому треба врахувати, що використання трансгенних тварин дозволяє уникнути перенесення вірусної інфекції.
Активно проводиться робота по створенню трансгенних тварин з метою отримання від них білків молока володіють цілющими властивостями. Уже створені в США, Австралії, Японії та Білорусі трансгенні корови, свині, кози продукують лікарські речовини проти: інфекційних захворювань, тромбозу, гемофілії, малярії, діабету та ін.
Випробуваний новий американський препарат - антитромбін, отриманий з молока трансгенних тварин. Вважається, що він є кращим і зробив революцію в лікуванні людей від інфарктів.
Створено трансгенні корови і кози, в молоці яких міститься людський альбумін, що сприяє зниженню кров'яного тиску.
У Канаді від видатної трансгенної кози отримують білки людини на суму 20 000 доларів щодня.