Эмбриогенетическая инженерия ее использование в практике животноводства

Эмбриогенетическая инженерия. Клонирование эмбрионов млекопитающих

Эмбриогенетическая инженерия — это активная перестройка генома животных путем вмешательства в их развитие на самых ранних стадиях онтогенеза. Перестройка генома — это рекон­струкция эмбрионов путем клонирования, слияния или непо­средственной инъекции в их ядра чужеродной ДНК. Однако получение эмбриональных клонов, химер или трансгенных жи­вотных возможно лишь в результате успешной трансплантации реконструированного эмбриона. Трансплантация — метод ускоренного воспроизводства высо­копродуктивных животных путем получения и переноса одного или нескольких эмбрионов от высокоценных животных (доно­ров) менее ценным животным (реципиентам). Использование трансплантации позволяет получать от одной генетически цен­ной самки в десятки раз больше потомства.

Технология трансплантации включает следующие приемы: 1) гормональное вызывание суперовуляции; 2) осеменение доноров семенем производителей, оцененных по качеству потомства; 3) извлечение и оценку качества эмбрионов, сохранение и пересадку или криоконсервирование эмбрионов в жидком азоте, оттаивание и пересадку.

Трансплантацию эмбрионов применяют для следующих целей:

1) размножения генетически ценных особей; с помощью этого
метода может быть решен вопрос быстрого создания высокопро­
дуктивных линий и семейств, резистентных к болезням;

2) получения идентичных животных путем разделения ранних
эмбрионов. Это дает возможность изучить взаимодействие гено­
тип — среда, выяснить влияние наследственности на хозяйствен­
но полезные признаки. Технология разделения эмбрионов позво­
ляет одну половину полученной бластоцисты подвергнуть глубо­
кому охлаждению, а из другой вырастить животное. Если
производитель (из одной половины бластоцисты) окажется гене­
тически ценным, то имеется возможность воспроизвести его
копию через определенный промежуток времени;

3) сохранения мутантных генов, малых популяций и генофон­
да пород;

4) получения потомков от бесплодных, но генетически цен­
ных по генотипу животных;

5) выявления вредных рецессивных генов и хромосомных
аномалий;

6) повышения устойчивости животных к болезням;

7) борьбы с болезнями путем замены импорта и экспорта
животных на импорт и экспорт криоконсервированных эмбрио­
нов;

8) акклиматизации импортных животных иностранных пород;

9) определения пола эмбриона и получения животных опреде­
ленного пола;

10) межвидовых пересадок;

11) получения химерных животных, которые развиваются из
ранних эмбрионов, сконструированных из бластомеров разных
животных.

КЛОНИРОВАНИЕ ЭМБРИОНОВ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Истинные клоны позвоночных животных — амфибий были получены путем пересадки ядер соматических клеток в энуклеированные яйцеклетки. Получение эмбриональных клонов осно­вано на свойстве тотипотентности эмбриональных клеток.

В последние 10 лет разработан метод пересадки ядер, соче­тающий приемы микрохирургии и технику слияния клеточных фрагментов, начато проведение опытов по трансплантации ядер у овец и крупного рогатого скота.

Клоны можно получить путем разделения эмбрионов на ранней стадии развития. Установлено, что, если количество клеток эмбриона (бластомеров) не превышает 16, они еще не дифференцированы. Это позволяет разъединять эмбрио­ны (бластулы) на 2 и большее число и получать однояйцевых близнецов. К настоящему времени получены монозиготные близнецы телят, жеребят, ягнят и поросят. В перспективе пред­полагается, что обеспечение оптимальных условий для культивирования ранних эмбрионов создаст возможность выращи­вать половинки эмбрионов с последующим неоднократным их разделением, что позволит в значительной степени увеличить число годных для трансплантации зародышей, происходящих от одного эмбриона, и получить более многочисленные клоны эмб­рионов у сельскохозяйственных животных, что будет способство­вать более успешной их селекции.

Источник

ЭМБРИОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

dark fb.4725bc4eebdb65ca23e89e212ea8a0ea dark vk.71a586ff1b2903f7f61b0a284beb079f dark twitter.51e15b08a51bdf794f88684782916cc0 dark odnoklas.810a90026299a2be30475bf15c20af5b

caret left.c509a6ae019403bf80f96bff00cd87cd

caret right.6696d877b5de329b9afe170140b9f935

Лекция-15

План:КЛОНИРОВАНИЕ ЭМБРИОНОВ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Эмбриогенетическая инженерия — это активная перестройка генома животных путем вмешательства в их развитие на самых ранних стадиях онтогенеза. Перестройка генома — это рекон­струкция эмбрионов путем клонирования, слияния или непо­средственной инъекции в их ядра чужеродной ДНК. Однако получение эмбриональных клонов, химер или трансгенных жи­вотных возможно лишь в результате успешной трансплантации реконструированного эмбриона.

Трансплантация — метод ускоренного воспроизводства высо­копродуктивных животных путем получения и переноса одного или нескольких эмбрионов от высокоценных животных (доно­ров) менее ценным животным (реципиентам). Использование трансплантации позволяет получать от одной генетически цен­ной самки в десятки раз больше потомства.

Технология трансплантации опирается на крупные достиже­ния в области биологии размножения животных и включает следующие приемы: 1) гормональное вызывание суперовуляции; 2) осеменение доноров семенем производителей, оцененных по качеству потомства; 3) извлечение и оценку качества эмбрионов, сохранение и пересадку или криоконсервирование эмбрионов в жидком азоте, оттаивание и пересадку.

Трансплантацию эмбрионов применяют для следующих целей:

1) размножения генетически ценных особей; с помощью этого
метода может быть решен вопрос быстрого создания высокопро­
дуктивных линий и семейств, резистентных к болезням;

2) получения идентичных животных путем разделения ранних
эмбрионов. Это дает возможность изучить взаимодействие гено­
тип — среда, выяснить влияние наследственности на хозяйствен­
но полезные признаки. Технология разделения эмбрионов позво­
ляет одну половину полученной бластоцисты подвергнуть глубо­
кому охлаждению, а из другой вырастить животное. Если
производитель (из одной половины бластоцисты) окажется гене­
тически ценным, то имеется возможность воспроизвести его
копию через определенный промежуток времени;

3) сохранения мутантных генов, малых популяций и генофон­
да пород;

4) получения потомков от бесплодных, но генетически цен­
ных по генотипу животных;

5) выявления вредных рецессивных генов и хромосомных
аномалий;

6) повышения устойчивости животных к болезням;

7) борьбы с болезнями путем замены импорта и экспорта
животных на импорт и экспорт криоконсервированных эмбрио­
нов;

8) акклиматизации импортных животных иностранных пород;

9) определения пола эмбриона и получения животных опреде­
ленного пола;

11)получения химерных животных, которые развиваются из
ранних эмбрионов, сконструированных из бластомеров разных
животных.

Источник

Использование генетической инженерии в животноводстве

Генетическую инженерию предполагают использовать с целью изменения ряда свойств организма: повышения продуктивности, резистентности к заболеваниям, увеличения скорости роста, улучшения качества продукции и других. Животных, несущих в своем геноме рекомбинантный ген, принято называть трансгенными, а ген, интегрированный в геном реципиента – трансгеном. Продукт этого гена (белок) является трасгенным.

Получение трансгенных животных предусматривает ряд этапов: приготовление раствора ДНК для микроинъекции, извлечение эмбрионов из донорных организмов, микроинъекция ДНК и пересадка инъецированных эмбрионов в яйцеводы или, после культивирования, в матку синхронизированных реципиентов. У родившегося потомства исследуют экспрессию трансгена на уровне транскрипции и трансляции.

Для трансформирования генов используют следующие приемы:

– микроинъекцию ДНК в пронуклеус зигот или в два пронуклеуса;

– введение ДНК с помощью ретровирусных векторов;

– получение трансгенных химер из генетически трансформированных клеток.

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, происходящих из одной зиготы, но имеющих разные генотипы. Помимо клеточных линий, содержащих трансген, они имеют еще и нетрансгенные клеточные линии. Около 30 % первичных трансгенных животных – мозаики, что затрудняет создание чистых трансгенных линий животных. Часть мозаик вообще не может дать начало трансгенным линиям, так как у них отсутствует передача трансгена по наследству.

Одной из задач сельскохозяйственной биотехнологии является создание животных-биореакторов – продуцентов биологически активных веществ. Интерес представляют гены, кодирующие белки каскада гормона роста: непосредственно гормон роста (ГР), релизинг-фактор гормона роста (РФ), инсулиноподобный фактор гормона роста (ИФГР).

В конце 70-х годов ХХ века на основе технологии рекомбинантной ДНК получили гормон роста микробного происхождения. Было показано, что гормон роста ГР оказывает такое же стимулирующее действие на лактацию и рост животного, как и гипофизарный ГР. Микробный ГР вызывал увеличение удоев на 23…31 % при дозе 13 мг в день. Инъекции ГР молодняку крупного рогатого скота, свиней и овец увеличивали суточный привес на 20…30 % при сокращении расхода кормов, кроме того, у свиней уменьшалось содержание жира и увеличивалось содержание белка в тканях, что повышало качество мясопродуктов.

Первые трансгенные мыши с геном ГР были получены в 1982 г. У них отмечалось повышение скорости роста и увеличение конечной живой массы. Однако, у трансгенных свиней с геном ГР (1989 г.) увеличение роста не наблюдалось.

По данным Л.К. Эрнста (1996 г) у трансгенных свиней с геном релизинг-фактора ГР конечная живая масса была на 15,7 % выше по сравнению с контрольными животными. У трансгенных овец с генами ГР и РФ, несмотря на повышенный уровень ГР, скорость роста не повышалась. И у овец, и у свиней понижалось содержание жира.

Расширяется возможность создания животных, у которых после синтеза лактозы она будет разлагаться β-галактозидазой, таким образом возможно получение безлактозного молока.

Другая задача сельскохозяйственной биотехнологии – создание трансгенных животных, устойчивых к заболеваниям. Ведутся работы в этом направлении, показано, что защитные механизмы от инфекционных заболеваний обусловлены либо препятствием вторжению возбудителя, либо изменением рецепторов.

В медицине трансгенные животные используются для получения биологически активных соединений, за счет включения в клетки организма генов, вызывающих у них синтез новых белков.

Для молочной промышленности ведется целенаправленная трансгенная экспрессия в эпителиальные клетки молочной железы с целью выхода белков с молоком. Молочная железа – хороший продуцент чужеродных белков, которые можно получать из молока и использовать в фармацевтической промышленности. Из молока трансгенных животных извлекают следующие рекомбинантные белки: человеческий белок С, антигемофильный фактор IX, α-1-антитрипсин, тканевой плазменный антиватор, лактоферрин, сывороточный альбумин, урокиназу и химозин. Исследования проводятся на мышах.

Создание клеточных культур и их выращивание в промышленных реакторах, а также выведение трансгенных животных и их обслуживание – дорогие и сложные процедуры. Однако, трансгенные животные легко размножаются, содержание их сравнительно дешево, что делает их хорошими продуцентами разнообразных белков с низкой стоимостью.

В России группой ученых под руководством Л.К. Эрнста получены трансгенные овцы с геном химозина (фермент для получения сыра). В 1 л молока содержится от 200 до 300 мг химозина (3 л молока достаточно для производства 1 т сыра из коровьего молока). Стоимость трансгенного химозина будет в несколько раз ниже, чем традиционного, получаемого из сычугов молочных телят и ягнят.

Генная инженерия растений

Генетическая трансформация заключается в переносе чужеродных или модифицированных генов в эукариотические клетки. В качестве векторов используются плазмиды почвенной бактерии рода Agrobacteria.

Методами генной инженерии улучшают аминокислотный состав запасных белков растений; повышают эффективность фотосинтеза; улучшают процессы усвоения азота; повышают устойчивость растений к фитопатогенам, гербицидам, насекомым, к абиотичным стрессам.

ОСНОВЫ КЛЕТОЧНОЙ ИНЖЕНЕРИИ РАСТЕНИЙ

История предмета

Клеточная инженерия – важное направление в биотехнологии. Оно основано на использовании принципиально нового объекта – изолированной культуры клеток или тканей эукариотических организмов, а также на тотипотентности – уникальном свойстве растительных клеток.

С помощью клеточной инженерии в области фундаментальных наук стало осуществимым исследование таких проблем, как взаимодействие клеток в тканях, клеточная дифференцировка, морфогенез, реализация тотипотентности клеток, механизм появления раковых клеток и др.

На практике клеточная инженерия используется при селекции, получении ценных метаболитов растительного происхождения, например, дешевых лекарств, безвирусных растений, их клональное размножение и др.

Тотипотентность – способность любой соматической клетки полностью использовать свой потенциал развития, то есть способность каждой растительной клетки давать начало целому организму.

В 1922 г американец В. Роббинс и немец В. Котте независимо друг от друга показали возможность выращивания меристем кончиков корней томатов и кукурузы на синтетических питательных средах. (Меристема, от греч. меристос – делимый, образовательная ткань растений, долго сохраняющая способность к делению клеток)

С этого момента начались массовые исследования, и к 1959 г. насчитывалось уже 142 вида высших растений, выращиваемых в стерильных условиях на специально подобранной культуральной среде.

В 1955 г. Ф. Скуг и С. Миллер открыли новый класс фитогормонов – цитокинины. При их совместном действии с другими фитогормонами – ауксинами – появилась возможность стимулировать деление клеток, поддерживать рост каллусной ткани, индуцировать морфогенез в контролирумых условиях.

В 1960 г. Коккинг (Великобритания) разработал метод получения изолированных протопластов. Это послужило толчком к получению соматических гибридов, введению в протопласты вирусных РНК, клеточных органелл, клеток прокариот. В это же время Дж. Морел и Р.Г. Бутенко предложили метод клонального микроразмножения, который сразу широко стал использоваться на практике. Под руководством Р.Г. Бутенко в 1969 г. была разработана технология культивирования одиночной клетки с помощью ткани-«няньки».

Источник

Основы генетики и разведения домашнего скота. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Вы здесь

Генетическая инженерия — это отрасль молекулярной биологии, в которой разрабатываются методы передачи генетического материала от одного живого организма к другому с целью получения новой генетической информации и управления наследственностью. Ее развитие связано с достижениями генетики, микробиологии и биохимии.

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

Рассмотрим основные генноинженерные 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, потом включают новые гены в вектор (молекула ДНК, имеющая собственный аппарат репликации и способная поставлять в клетку необходимые гены и реплицировать их), соединяют ДНК гена и вектора и получают рекомбинантную ДНК; потом переносят определенные гены в геном хозяина, проводят их клонирование в составе вектора и получают генный продукт путем экспрессии чужеродного гена в реципиентной клетке.

Известны два способа выделения генов и создания рекомбинантной ДНК. Первый — с помощью химического синтеза, второй, более распространенный, с помощью особых ферментов (рестриктаз), которые имеют способность распознавать чужеродную ДНК, проникающую в организм и расщеплять ее в соответствующих участках. В результате создаются фрагменты разнообразных размеров подлине. Известны более 500 рестриктаз и каждая специфически расщепляет ДНК. Они лишены всякой видовой специфичности. Благодаря этому можно объединять в одно целое фрагменты ДНК любого происхождения и преодолевать природные видовые барьеры.

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.

Известен другой путь получения фрагментов ДНК с липкими концами. Для этого выделенные или искусственно синтезированные участки ДНК обрабатывают ферментом эндонуклеазой, которая укорачивает ее с обоих концов. Потом с помощью другого фермента — полинуклеотидтрансферазы достраивают к этим концам участки адениновых и тимидиновых нуклеотидов. Полученную молекулу рекомбинированной 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 наряду 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 окончание транскрипции сданного гена. Создан целый арсенал клонированных промоторов, которые дают возможность обеспечить проявление генов в разных 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 кроля необходимо 920 тысяч 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 попробовали применить для этого метод генной инженерии. С помощью микробного синтеза на основе технологии рекомбинантных ДНК решили эту проблему.

Гормон роста берет участие в процессах стимуляции роста, деятельности молочной железы, влияет на обмен углеводов и липидов. Его инъецируют 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 не менее сложным заданием является перенос генов непосредственно высшим организмам, в т.ч. и животным. Необходимо природным путем, а не введением искусственных препаратов, внедрять новые гены в организмы. Используют несколько подходов — интродукцию гена в изолированные клетки реципиента с последующей ретрансплантацией этих клеток, инъекцию гена непосредственно в организм реципиента, интродукцию клонированных генов в геном эмбрионов на ранних стадиях развития.

Широко проводятся исследования по созданию трансгенных кролей, 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 бы продуцировали в молоке фактор оседания крови, необходимый 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 трансгенное животное с интегрированным гормоном роста овцы. Для этого был выделен ген гормона роста, который потом был введен в геном зиготы. Полученная трансгенная овца в трехлетнем возрасте была в полтора раза больше по живой массе, чем сверстницы.

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

В перспективе есть возможность получать политрансгенных 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 политрансгенных 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 оседания 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 перенесения генов попугая.

Птица — ген инсулин-подобного ростового фактора, ген иммуноглобулина, гены устойчивости против лейкоза, болезни Марека, саркомы Рауса, гормон роста птицы, генантисмысловой ДНК аденовируса, мини-гуси, гены устойчивости от болезней от диких родственников, гены яйцеживорождения.

Кроли — ген антигена вируса гепатита А, гормоны роста человека, крупного рогатого скота, интерферона человека, ген антисмысловой РНК аденовируса человека.

Если подытожить направления для отрасли животноводства в целом, можно выделить гены гормонов ростадля всех видов, ген антисмысловой ДНК аденовируса, интродукция генов от одного вида к другому с целью получения новых признаков, введение генаазотфиксации, гена Буруллас целью повышения плодовитости.
Учитывая современные тенденции развития биологической и сельскохозяйственной наук, решать проблемы эффективного управления популяционными ресурсами можно, создавая популяции и родительские стада многофункционального назначения, т.е. одну и туже популяцию в зависимости от направления производства, рыночной конъюнктуры можно соответственно переориентировать путем перекомбинации ее генотипического состава на максимальное производство определенного вида продукции или преимущественную реализацию некоторых физиологических функций.

Пока же изучены такие подходы по генетическому манипулированию на бактериях путем выведения целых колоний штаммов.

Но даже на этом уровне исследования надо осуществлять с великой осторожностью. Гены, перенесенные из одной бактерии в другую, способны дать патогенные штаммы, которые не сдержать, и это может иметь печальные последствия для популяций не только животных, ной человека. Пока При рода жестоко мстит за внедрение человека в такие структуры жизни как атом, ген.

Источник

Комфорт