Какие перспективы в развитии народного хозяйства открывает использование трансгенных животных ответ

Какие перспективы в развитии народного хозяйства открывает использование трансгенных животных ответ

Подробное решение параграф § 33 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2014

Что такое биотехнология?

Какое значение для промышленности и сельского хозяйства имеет селекция микроорганизмов?

Биотехнология позволяет не только получать важные для человека продукты, например антибиотики и гормон роста, этиловый спирт и кефир, но и создавать организмы с заранее заданными свойствами гораздо быстрее, чем с помощью традиционных методов селекции. Существуют биотехнологические процессы по очистке сточных вод, переработке отходов, удалению нефтяных разливов в водоёмах, получению топлива. Эти технологии основаны на особенностях жизнедеятельности некоторых микроорганизмов. Появляющиеся современные биотехнологии изменяют наше общество, открывают новые возможности, но одновременно создают определённые социальные и этические проблемы.

Вопросы для повторения и задания

1. Что такое биотехнология?

2. Какие проблемы решает генная инженерия? С какими трудностями связаны исследования в этой области?

Удобными объектами биотехнологии являются микроорганизмы, имеющие сравнительно просто организованный геном, короткий жизненный цикл и обладающие большим разнообразием физиологических и биохимических свойств. Одной из причин сахарного диабета является недостаток в организме инсулина — гормона поджелудочной железы. Инъекции инсулина, выделенного из поджелудочных желез свиней и крупного рогатого скота, спасают миллионы жизней, однако у некоторых пациентов приводят к развитию аллергических реакций. Оптимальным решением было бы использование человеческого инсулина. Методами генной инженерии ген инсулина человека был встроен в ДНК кишечной палочки. Бактерия начала активно синтезировать инсулин. В 1982 г. инсулин человека стал первым фармацевтическим препаратом, полученным с помощью методов генной инженерии.

3. Как вы думаете, почему селекция микроорганизмов приобретает в настоящее время первостепенное значение?

Микроорганизмы можно использовать во всех средах деятельности человека. Их легко использовать в лабораторных условиях. Например, в природе существует бактерия, которая выделяет токсин, убивающий многих вредных насекомых. Ген, отвечающий за синтез этого токсина, был выделен из генома бактерии и встроен в геном культурных растений. К настоящему времени уже созданы устойчивые к вредителям сорта кукурузы, риса, картофеля и других сельскохозяйственных растений. Выращивание таких трансгенных растений, которые не требуют использования пестицидов, имеет огромные преимущества, потому что, во-первых, пестициды убивают не только вредных, но и полезных насекомых, а во-вторых, многие пестициды накапливаются в окружающей среде и оказывают мутагенное влияние на живые организмы

4. Приведите примеры промышленного получения и использования продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

Инсулин, гормон роста, токсин, убивающий многих вредных насекомых.

5. Какие организмы называют трансгенными?

Так же как у бактерий, с помощью методов генной инженерии можно изменять и наследственный материал эукариотических организмов. Такие генетически перестроенные организмы называют трансгенными или генетически модифицированными организмами (ГМО). Канадские учёные ввели в наследственный материал лосося ген другой рыбы, который активировал ген гормона роста. Это привело к тому, что лосось рос в 10 раз быстрее и набирал вес, в несколько раз превышающий норму.

6. В чём преимущество клонирования по сравнению с традиционными методами селекции?

Подумайте! Вспомните!

1. Какие перспективы в развитии народного хозяйства открывает использование трансгенных животных?

Трансгенные животные, экспериментально полученные животные, содержащие во всех клетках своего организма дополнительную интегрированную с хромосомами и экспрессирующуюся чужеродную ДНК (трансген), которая передается по наследству по законам Менделя. Изредка трансген может реплицироваться и передаваться по наследству как экстрахромосомный автономно реплицирующийся фрагмент ДНК. Технология создания трансгенных животных является одной из наиболее бурно развивающихся биотехнологий в последние 10 лет. Трансгенные животные широко используются как для решения большого числа теоретических задач, так и в практических целях для биомедицины и сельского хозяйства. Некоторые научные проблемы не могли бы быть решены без создания трансгенных животных. На модели трансгенных лабораторных животных проводятся широкие исследования по изучению функции различных генов, регуляции их экспрессии, фенотипическому проявлению генов, инсерционному мутагенезу и др. Трансгенные животные важны для различных биомедицинских исследований. Существует множество трансгенных животных, моделирующих различные заболевания человека (рак, атеросклероз, ожирение и др.). Так, получение трансгенных свиней с измененной экспрессией генов, определяющих отторжение органов, позволит использовать этих животных для ксенотрансплантации (пересадки органов свиньи человеку).

2. Может ли современное человечество обойтись без биотехнологии? Организуйте выставку или сделайте стенную газету «Биотехнология: прошлое, настоящее, будущее».

Но если вкладывать в понятие биотехнологии только современные виды биотехнологий, такие как: биоинженерия, биоинформатика, бионика и др. То тут вопрос стоит не столь радикально. Биотехнологии позволит решать проблемы, которые стоят перед человеком 21 века. С помощью CRISPR/Cas9 мы, возможно, в будущем сможем лечить наследственные заболевания. Генно-инженерные организмы помогут решить проблемы нехватки пресной воды и всемирного голода. Бактерии могут решать проблемы загрязнения, а так же эффективно производят различные вещества (Инсулин для диабетиков производит E.Coli).

Мы, вполне, можем позволить себе отказ от всего этого и не вымрем. Просто будет выше смертность, а глобальные проблемы всего человечества, начнут ещё сильнее усугубляться.

3. Организуйте и проведите дискуссию на тему «Клонирование: за и против».

4. Приведите примеры продуктов, входящих в ваш рацион, которые были созданы с использованием биотехнологических процессов.

Самые распространенные продукты – это йогурты. В настоящее время в России и за рубежом производится достаточно большой ассортимент кисломолочных пробиотических продуктов на основе бифидобактерий и лактобацилл. В большей части кисломолочных продуктов пробиотический эффект достигается путем обогащения готовых кисломолочных продуктов концентратами бифидобактерий. В таких кисломолочных продуктах отсутствуют продукты метаболизма пробиотических микроорганизмов, антимикробные и антимутагенные вещества, витамины, аминокислоты, экзополисахариды и другие полезные для организма соединения, продуцируемые бифидобактериями.

5. Докажите, что биологическая очистка воды является биотехнологическим процессом.

6. Создайте рекламный видео ролик «Биотехнология: достижения и перспективы развития».

Ваша будущая профессия

1. Что является предметом изучения науки геронтологии? Оцените, насколько развита эта наука в нашей стране. Есть ли в вашем регионе специалисты в этой области?

Геронтоло́гия (от др.-греч. «старик») — наука, изучающая биологические, социальные и психологические аспекты старения человека, его причины и способы борьбы с ним (омоложение). Возникла около века назад. Составными частями геронтологии являются гериатрия — учение о болезнях, связанных с инволюционными изменениями, а также особенности лечения и профилактики заболеваний в пожилом и старческом возрасте, герогигиена, которая изучает вопросы общей и специальной гигиены людей старших возрастных групп и геронтопсихология, которая изучает психолого-поведенческие особенности людей пожилого и престарелого возраста. Российский геронтологический научно-клинический центр (РГНКЦ) — ведущее научно-методическое и лечебное гериатрическое учреждение Минздрава России. Клиника РГНКЦ представлена терапевтическим, кардиологическим, неврологическим, гинекологическим, урологическим, ортопедическим, хирургическим отделениями. Статус федерального лечебного учреждения позволяет принимать на обследование и лечение пациентов из любых регионов России. Основоположником ее считается И. И. Мечников, впервые предложивший этот термин в 1903 г.

2. Как вы думаете, какими личными качествами должны обладать люди, работающие в медико-генетических консультациях? Объясните свою точку зрения.

Профессионалы, психологически устойчивы, тактичны, так как людям нужно доступно и компетентно рассказывать о имеющихся болезнях и как это решать.

3. Что вы знаете о профессиях, связанных с материалом этой главы? Найдите в Интернете названия нескольких профессий и подготовьте небольшое (не более 7—10 предложений) сообщение о той профессии, которая вас наиболее впечатлила. Объясните свой выбор.

Читайте также:  Рассмотрите рисунок какие типы скелета имеет каждое из изображенных животных

На основании атласа новых профессий http://atlas100.ru/

ИТ-генетик: Специалист, который занимается программированием генома под заданные параметры. В последнее десятилетие одним из бурно развивающихся направлений в медицине стала генотерапия – внесение в генетический аппарат человека изменений для борьбы с заболеваниями. Пока этот метод в основном тестируют на животных, однако есть уже и успешные случаи применения генотерапии и для людей. Например, в 2014 году в Великобритании объявили, что у 6 пациентов, больных хороидеремией (наследственным генетическим заболеванием, до настоящего момента неизлечимым и ведущим к слепоте), в результате генотерапии улучшилось зрение. Но это лишь первый шаг. Следующий шаг — модификация генома: эксперимент с целенаправленным изменением двух генов уже провели на обезьянах.

4. Используя дополнительные источники информации, выясните, что является предметом изучения эмбриолога. Где можно приобрести такую специальность?

Эмбриолог – специалист по эмбриональному развитию человека. Им может стать специалист-биолог либо врач клинической диагностики. Например, закончить кафедру эмбриологии Биологического факультета МГУ. Это направление в медицине еще очень молодо.

Это, например, применение вспомогательных репродуктивных технологий на практике — клиническая эмбриология.

5. Какими знаниями должны обладать специалисты, занимающиеся селекционной работой? Объясните свою точку зрения.

Знаниями генетики, биотехнологии, зоологии, ботаники. Так как селекция основана на генетических законах, а так же знаниях тех организмов, на селекцию которых будет направлена работа – зоология (животные), ботаника (растения) и т.д.

Источник

Применение трансгенных животных

По применению трансгенных животных можно разделить на пять основных категорий: научные модели, модели для изучения болезней человека, источники для производства фармацевтических препаратов, источники ксенотрансплантантов и источники пищи. Большинство из обсуждаемых ниже областей коммерческого применения трансгенных животных в настоящее время находятся на ранних этапах исследований и разработки, за некоторыми исключениями. Так, с 2004 г. в зоомагазинах некоторых стран (США, Тайвань, Китай, Малайзия) продаются декоративные трансгенные рыбки, окраска которых обусловлена присутствием флуоресцентных белков из кораллов.

Важной вехой в истории применения трансгенных животных стал 2006 г., когда Европейское медицинское агентство (the European Medicines Agency (EMEA)) выдало первое разрешение на коммерческое использование первого рекомбинантного белка из молока трансгенного животного. Им стал рекомбинантный антитромбин III с коммерческим названием ATryn, который предназначен для профилактического лечения пациентов с врожденной антитромбиновой недостаточностью.

Научные модели. Сложность генома млекопитающих, длительные периоды взросления и размножения, трудности изучения большого числа индивидуальных животных с учетом варьирования признаков делают генетический анализ этих систем затруднительным. Трансгенная технология несет в себе большие возможности, в первую очередь, для фундаментальных исследований принципов функционирования геномов и отдельных генов. Например, линии нокаутных мышей, гомозиготных по направленно-инактивированным генам, позволяют изучать детерминируемые данными генами свойства на уровне организма. Регулируемые системы экспрессии трансгенов дают возможность исследовать тонкие механизмы воздействия продуктов того или иного гена на физиологию и эмбриональное развитие животных.

Модельные системы для изучения болезней человека. Используя целых животных, можно моделировать возникновение патологии, исследовать ее развитие и способы лечения. И хотя данные, полученные на трансгенных моделях, не всегда можно экстраполировать на человека в медицинских аспектах, они позволяют выявить ключевые моменты этиологии сложной болезни, ее молекулярные основы и подсказать пути лечения. В настоящее время на мышах смоделированы такие заболевания человека, как СПИД, болезнь Альцгеймера, артрит, мышечная дистрофия, гипертония, образование опухолей, нейродегенеративные нарушения, дисфункция эндокринной системы, сердечно-сосудистые заболевания и многие другие. Получена дрозофила с болезнью Паркинсона.

Источники для производства фармацевтических белков. Существующие методы получения в культурах клеток рекомбинантных человеческих протеинов для медицинских целей имеют ряд существенных недостатков и жестких законодательных ограничений. Одной из особенностей таких медицинских препаратов является их крайне высокая цена, обусловленная в том числе высокой стоимостью клеточного культивирования. Преодолевая эти ограничения, большое количество белков можно получать из молока трансгенных животных, несущих человеческие гены, ответственные за выработку определенного протеина, под контролем промоторов, специфичных для молочных желез. Предполагается, что выход может составить до 35 г белка из одного литра молока при относительно невысокой стоимости производства и очистки.

Человеческие белки, секретируемые в молоко, гликозилируются соответствующим образом и обладают активностью, близкой к нативным белкам человека. Экспрессия трансгенов в клетках молочных желез овец и коз не оказывала никаких побочных действий ни на самок в период лактации, ни на вскармливаемое потомство. В настоящее время многочисленные белки получены в больших количествах эффективной секрецией в молоко трансгенных мышей, кроликов, овец, свиней, коз и коров. Часть рекомбинантных белковых препаратов из молока трансгенных животных уже готовится к выходу на рынок (табл. 2.3). Первым препаратом из молока стал ATryn (человеческий антитромбин III), который в 2006 г. после 3-й фазы клинических испытаний был зарегистрирован как лекарство в Европейском союзе.

Успешная регистрация препарата ATryn продемонстрировала правильность такого подхода к продукции терапевтических белков и облегчила путь на рынок другим рекомбинантным препаратам из молока трансгенных животных, а также стимулировала научную и коммерческую активность в данной области.

Другим источником продукции рекомбинантных белков является кровь трансгенных животных. Получены трансгенные бычки, продуцирующие биспецифичные антитела человека в своей крови. Эти антитела после очистки из сыворотки были очень стабильны и соответствующим образом стимулировали Т-клеточное уничтожение раковых клеток.

Чтобы обезопасить рекомбинантные продукты, руководство, разработанное в США и Европейском союзе для получения ГМ-животных, требует контролировать здоровье трансгенных животных, проверять корректность полученных трансгенных конструкций, характеризовать очищенный рекомбинантный белок, а также провести новую трансгенную линию через несколько поколений.

В России также ведутся разработки в области получения трансгенных животных для биопродукции важных белков.

Например, существует государственная программа, нацеленная на создание фармакологического производства человеческого лактоферрина путем секреции в молоко коз. Сильные антибактериальные свойства лактоферрина, содержащегося в грудном молоке, защищают новорожденных детей от инфекций, поэтому получение молока с лактоферрином в больших количествах может стать новой отраслью производства детского питания.

Трансгенные животные как источники ксенотрансплантантов для человека. Хронический дефицит человеческих органов для трансплантации вынуждает ученых искать другие альтернативные источники тканей. Только в США в базе данных United Network for Organ Sharing на 2006 г. зарегистрировано более 80 тыс. чел., нуждающихся в пересадке органов.

Решением этой проблемы могла бы быть пересадка человеку органов животных. Так, например, органы свиньи подходят человеку по своему строению, размеру и многим биохимическим показателям, но такие пересадки невозможны, так как эти органы будут немедленно отторгнуты иммунной системой пациента.

В настоящее время ряд исследовательских центров работают над выведением генетически модифицированных свиней, органы которых могут быть использованы для трансплантации. Необходимыми условиями для успешной ксенотрансплантации являются:
1) преодоление иммунологических барьеров (гистосовместимость),
2) недопущение переноса патогенов от донорного животного человеку,
3) анатомическая и физиологическая совместимость донорного органа с человеческим.

Первые эксперименты по пересадке свиных трансгенных почек и сердца нечеловекообразным приматам (павианы) с иммунной супрессией показали отсутствие реакции отторжения немедленного типа, но выживаемость пересаженных органов составляла всего 2-6 месяцев. Работы по получению свиней-ксенотрансплантеров с множественными трансгенами, критичными для преодоления других иммунологических барьеров, продолжаются.

Недавние исследования показали, что риск передачи человеку свиных ретровирусов чрезвычайно мал, это открывает путь для доклинических испытаний свиных ксенотрансплантантов. Кроме того, этот факт позволяет использовать свиной эндогенный ретровирус (PERV) в качестве вектора для эффективной доставки экзогенной ДНК в клетки. После селекции такие клетки могут стать родоначальниками трансгенных свиней-ксенотрансплантеров, полученных соматическим ядерным переносом. Также в рамках программы получения свиней для трансплантации несколько компаний занимаются выведением пород свиней с размерами органов, близкими к человеческим.

Читайте также:  Вопросы про животных для детей 6 7 лет с ответами короткие

Следует отметить, что, несмотря на многолетние исследования, пересадка человеку органов свиньи все еще является отдаленным проектом.

Трансгенные животные, служащие источником пищи, еще очень далеки от коммерческого использования, хотя очень много различных вариантов уже создано. Например, в геном свиней удалось встроить несколько ускоряющих рост генов, которые также оказывают влияние на качество мяса, делая его более постным и нежным. Эта работа начата более 10 лет назад, однако в силу определенных негативных морфологических и физиологических изменений, наблюдавшихся у животных, этот вариант не был коммерциализован. Скорее всего, негативные изменения в данных трансгенных свиньях были обусловлены несовершенством использованной генетической конструкции, так что работы в этом направлении продолжаются.

Использование такого молока должно повысить продуктивность сыроваренного производства. Еще несколько групп исследователей работают над снижением содержания в молоке лактозы. Конечной целью является создание молока, пригодного для употребления в пищу людьми с лактозной непереносимостью.

Пока ближе всех на пути к коммерциализации находятся фитазные трансгенные свиньи (экосвиньи, enviropigs), целью создания которых было резкое уменьшение навозного загрязнения окружающей среды. Эта линия несет ген бактериальной фитазы под транскрипционным контролем тканеспецифичного промотора слюнных желез.

С учетом предполагаемого повышения потребности в рыбопродуктах ГМ-рыба может приобрести большое значение как продукт питания. Наиболее вероятно, что первым ГМ-животным на продовольственном рынке станет быстрорастущая семга (Salmo salar), в геном которой встроен ген гормона роста чавычи (Oncorhynchus tschawytscha). Такая семга растет в 3-4 раза быстрее нетрансгенных аналогов, что значительно уменьшает время выращивания. Еще, по крайней мере, 8 искусственно выращиваемых видов рыбы генетически модифицированы с целью ускорения роста. Ген гормона роста в порядке опыта встроили в геномы таких рыб, как белый амур, радужная форель, тиляпия и сом. Во всех случаях трансгены выделяли из геномов рыб других видов.

Трансгенные домашние любимцы. Пока что самым успешным случаем коммерциализации трансгенных животных можно считать декоративных рыбок. Трансгенная аквариумная рисовая рыбка Oryzias latipes, яркая зеленая окраска которой обусловлена встроенным геном зеленого флуоресцентного белка из медуз, продвигается на рынок тайваньской компанией Taikong.

Под торговой маркой GloFish в США продаются (5 дол./шт.) разноцветные рыбки-зебры Danio rerio, окрашенные флуоресцентными белками кораллов. При соответствующем освещении красные, зеленые и желтые рыбки начинают ярко флуоресцировать, хотя природная окраска D. rerio скромного серого цвета. В Европе, Канаде и Австралии трансгенные рыбки запрещены, видимо, вследствие общих предубеждений против трансгенных животных. Дискуссии сторонников и противников трансгенных животных продолжаются.

Источник

Трансгенные животные

Развитие современной науки и прикладных ее направлений осуществляется во всех отраслях человеческой деятельности. Новейшие технологии всё чаще находят применение даже в одной из наиболее консервативных отраслей сельского хозяйства – животноводстве. Внедрение научных технологических разработок дает ощутимые результаты на таких этапах как кормление животных, кормопроизводство, содержание поголовья, скоростное выращивание мясного молодняка и т. п. Кроме того, более весомое значение приобретает генная инженерия. Умение искусственно изменять набор генов животных открывает огромные перспективы перед учёными, животноводами и человечеством в целом.

Когда речь заходит о трансгенных животных, воображение большинства из нас создает некий фантастический образ свирепого существа-конструктора, в котором соединены воедино части тел разных животных. А учёных, занятых трансгенной работой, многие представляют как злых гениев, ведущих цивилизацию к неминуемой гибели. Но на практике всё совсем иначе. И хотя некоторые трансгенные животные, созданные ради эксперимента (например, светящиеся в темноте мыши) внешне отличаются от обычных, в большинстве своём они сохраняют прежний облик.

Главными критериями в создании трансгенных особей являются их качественные и количественные показатели продуктивности, а не внешние признаки. Генномодифицированные животные создаются преимущественно не для развлечения, а для рационального решения глобальных проблем, связанных с дальнейшим существованием человечества.

Основные цели вмешательства в генетическую суть живых организмов состоят в изменение свойств животных в нужном для человека направлении, приобретении ими новых возможностей, а также в устранении некоторых негативных качеств. С помощью генной инженерии учёные создают животных с особыми, необычными параметрами продукции, животных, устойчивых к различным болезням, животных с повышенной продуктивностью и т. д. Благодаря такой работе можно уверенно утверждать, что на сегодняшний день в животноводстве уже достигнуты большие успехи.

Так, например, были созданы и уже успешно используются овцы с вполне обычной внешностью, которые вырабатывают молоко, содержащее фермент химозин. В молокоперерабатывающей отрасли он очень важен для производства твёрдых сыров. Раньше его получали только из сычуга (части многокамерного желудка) новорождённых жвачных животных: телят, ягнят, козлят. Для этого молодняк забивали в первые дни их жизни. Теперь же одна трансгенная овца за лактационный период (несколько месяцев) вырабатывает такое количество химозина, которого достаточно для производства тридцати тонн твёрдого сыра! Поголовье генномодифицированных, «химозиновых» овец насчитывает сегодня целое стадо! И можно только представить, сколько новорождённого молодняка жвачных животных было сохранено с помощью этого достижения генной инженерии.

Если говорить о теме сыра и трансгенных животных, то в Англии существует большое стадо генномодифицированных коров, продуцирующих молоко с идеальным составом для производства сыра «Чеддер», который так высоко ценится в мире. Ещё созданы коровы, в молоке которых значительно снижено содержание веществ, способных вызвать аллергические реакции у потребителей. При этом количество кальция и некоторых витаминов в нём – повышенное.

Уже получены трансгенные рыбы нескольких видов, в генетический код которых добавлен ген, кодирующий повышенный синтез соматотрофного гормона (гормона роста), благодаря чему рыба растёт быстрее и вырастает крупнее своих обычных размеров. Примером может служить атлантический лосось фирмы «AquaBounty», который развивается в два раза быстрее обычного. Для достижения такого эффекта обычному лососю был внедрён участок гена угреобразной рыбы американская бельдюга, который увеличивает продуцирование соматотрофного гормона в организме лосося, причём независимо от температуры воды. Мясо нового лосося ничем не отличается от остальных представителей этого вида, но при этом время выращивания товарной рыбы сокращается вдвое!

В другом примере переноса генов результаты ещё более впечатляют. В результате введения в ядра оплодотворённых икринок рыбы нерка генетической информации, кодирующей повышенную выработку гормона роста, годовалые трансгенные нерки, которые вывелись из этих икринок, весили в среднем в 10 раз больше, чем их нетрансгенные ровесники!

С помощью генной инженерии созданы также свиньи, у которых добавлен геном, кодирующий выработку пищеварительного фермента фитазы. Эти животные лучше переваривают и усваивают корм, благодаря чему повышается его конверсия и ускоряется рост свиней. В результате, при тех же затратах корма существенно повышается продуктивность животных, и мяса производится значительно больше.

Создание сельскохозяйственных животных, устойчивых к основным заболеваниям, которые наносят ощутимый материальный ущерб хозяйству и даже могут передаваться человеку, имеет большие экономические перспективы, т. к. это поможет избежать расходов на профилактику, лечение, устранение последствий заболеваний (дезинфекция, утилизация павших животных, карантинные ограничения и пр.), а также недополучения продукции.

Читайте также:  Челлендж дня если кто нибудь отгадает животное на картинке я открою бутылку вина

Например, ведутся исследования по решению проблемы лейкоза крупного рогатого скота, который вызывают РНК-содержащие вирусы. Введение в ядро генов, кодирующих антисмысловую РНК, теоретически должно сделать КРС устойчивым к лейкозу. Эксперименты на кроликах уже дали положительный результат. Одно из подобных достижений – свиньи, поросята которых резистентны к диарее, что очень упрощает их выращивание.

Уже сейчас существуют коровы с генами зебу, которые отличаются невосприимчивостью ко многим кровепаразитарным заболеваниям. Введенные в геном крупного рогатого скота гены зебу кодируют сразу несколько признаков, благодаря чему полученные трансгенные животные вместе с устойчивостью к болезням приобрели повышенную жаровыносливость и неприхотливость к кормовой базе.

Но генные модификации можно применять не только для решения продовольственных и экономических задач. Используя генную инженерию, можно удовлетворять многие человеческие потребности в педиатрии и медицине в целом. Одна из групп генномодифицированных коров способна давать молоко, содержащее человеческий белок лактоферрин (в молоке обычных коров этого вещества нет). Лактоферрин является важной составляющей гуморального иммунитета, он обладает противовирусным, антибактериальным, противогрибковым, антипаразитарным действием, а также каталитической активностью и используется при искусственном выкармливании новорождённых детей.

Также ведётся работа по созданию свиней, способных продуцировать интерферон человека, в котором очень нуждается фармацевтическая отрасль. От модифицированных животных (коров, свиней, коз, кроликов, овец) уже удалось получить восемнадцать лекарственных белков. В качестве живых биологических фабрик они существенно рентабельнее, чем аналогичное по производительности промышленное производство нужных веществ.

В Англии учёные-генетики смогли создать трансгенных кур, которые несут яйца, содержащие лечебный белок с miR24-молекулой и человеческий интерферон b-1a. После специальной обработки эти вещества используются как сырьё в производстве препаратов, предназначенных для лечения артритов, множественного рассеянного склероза и злокачественных опухолей у человека.

Но как же создают трансгенных животных? Процесс этот очень длительный и непростой. Существует несколько основных способов создания генных модификаций у высших животных:

использование вирусных конструкций;

использование эмбриональных стволовых клеток.

Из них наиболее удобный и часто используемый – это метод пронуклеарной микроинъекции. Его преимущества состоят в том, что он универсален: с его помощью можно вмешиваться в геном любых животных. Этот метод позволяет получить быстрый результат: требуемые показатели проявляются уже в первом поколении. Он не имеет ограничений по размеру внедряемого участка ДНК. Если при использовании вирусных конструкций можно вставить только 8 – 10 тысяч пар нуклеотидов, то с помощью пронуклеарной микроинъекции можно ввести во много раз больше – 100 тысяч и даже несколько миллионов пар нуклеотидов! Т. е. за одно вмешательство можно ввести намного больше целевой генетической информации.

Суть этого способа следующая: у отобранных самок животных искусственно стимулируют овуляцию и оплодотворяют вышедшие яйцеклетки. Затем, либо в ядро мужского пронуклеуса, либо в ядро создавшейся клетки на стадии зиготы внедряют с помощью специального оборудования (микроманипулятора) нужный участок ДНК (или генную конструкцию). После внедрения зиготу неделю (за это время целевой ген встраивается в геном клетки-рецепиента и изменённая клетка начинает своё развитие в многоклеточный модифицированный организм) культивируют в питательной среде с высоким содержанием углекислого газа (5%, как в живых тканях организма млекопитающих), затем на стадии морулы или ранней бластоцисты пересаживают в матку суррогатной матери.

Крупным животным – коровам, кобылам, верблюдицам – пересаживают по две зиготы, козам и овцам по 3 – 4, свиньям и крольчихам по 20 – 30. После рождения приплод проверяют на присутствие нужной генетической информации и, в случае положительного результата, разводят «в себе» как основу будущей трансгенной популяции, используя отбор и подбор, как и в обычной племенной работе. Молодняк, рождённый от трансгенных животных, во всех дальнейших поколениях наследует его модифицированный набор генетической информации и связанные с этим свойства.

Достаточно хорошо отработаны технологии генных модификаций для таких видов рыб как форель, карп, лососевые. Они состоят в том, что нужные участки ДНК вводят в оплодотворенные икринки с помощью микроинъекции. Развитие модифицированной икры протекает в воде, в ванных с регулируемыми параметрами микроклимата. После инъекций чужеродных генов выживает примерно от 35 до 80% эмбрионов. Из них успешно принимают новые гены в свой генетический набор от 10 до 70%. То есть, эффективность перенесения нужной наследственной информации у промысловых рыб относительно большая. Ведётся работа по внедрению генов, которые увеличат устойчивость рыбы к болезням и неблагоприятным воздействиям окружающей среды.

Далеко не все попытки генных манипуляций заканчиваются успешно. На каждом этапе количество эмбрионов постоянно уменьшается на 10 – 20% по разным причинам. Какие-то гибнут, других отбраковывают сами учёные. Из тысячи яйцеклеток может получиться лишь несколько удачных трансгенных животных. Технология микроинъекции даёт хорошие по качеству результаты, но она слишком дорогая. Создание одной минимальной популяции из нескольких трансгенных животных стоит от 60 до 300 тысяч долларов США. Кроме того, для осуществления необходимых действий нужен микроманипулятор и другое дорогостоящее оборудование. Намного дешевле создавать трансгенных животных с помощью вирусов.

Для осуществления этого способа учёные сначала создают псевдовирус из обычного вируса. Суть преобразования состоит в том, что из вируса удаляют большинство его генов, оставляя только самые необходимые для его выживания, и прикрепляют нужный для создания трансгенного животного участок ДНК. После этого измененным, относительно безвредным вирусом обрабатывают зиготу. Вирус проникает в зиготу, самостоятельно встраивается в геном зиготы и одновременно встраивает нужный ген. Затем зиготу культивируют некоторое время в инкубаторе и трансплантируют в матку суррогатной матери, а по истечении срока беременности получают трансгенный молодняк. Это потомство тестируют на присутствие того гена, который планировалось ввести в его геном, отбирают нужных особей и размножают их с применением жёсткой выбраковки животных, не соответствующих заданным параметрам, искусственного отбора и подбора пар, как и в предыдущем случае.

Эффективность этого метода намного выше, чем микроинъекции – она составляет до 70%! Но есть и недостатки: не только чужой ген действует на геном эмбриона, но и сам геном влияет на чужеродный ген, изменяя его работу. Если вирус встроился в участок ДНК эмбриона, который активно не работает, то и этот целевой ген тоже работать не будет, несмотря не своё присутствие в геноме трансгенного животного. Впервые вирусы для переноса гена использовал Рудольф Яниш в 1970 году.

Метод создания трансгенных организмов с применением эмбриональных стволовых клеток практикуют, в основном, в научных исследованиях, а не для модификации продуктивных сельскохозяйственных животных. Если коротко описать процесс, то упрощённо он выглядит так: сначала получают из клеточной массы бластоцисты мыши эмбриональные стволовые клетки. Затем их генетически модифицируют, внося нужный ген, после чего культивируют в питательной среде с 5%-ным содержанием углекислого газа и вводят в предварительно полученные зиготы на стадии бластоцисты. «Откорректированные» зиготы помещают в матки суррогатных матерей. Полученное потомство учёные проверяют на присутствие целевого гена, и отобранных трансгенных животных спаривают между собой, создавая таким образом целую трансгенную популяцию для научных исследований.

Если в ходе ознакомления с данным материалом у вас возникли вопросы, их можно задать на нашем форуме.

Чугуевец Виталий

Источник

Интересные факты из жизни