Основи на генетиката и животновъдството. ГЕННОТО ИНЖЕНЕРСТВО

Генното инженерство е клон на молекулярната биология, който разработва методи за прехвърляне на генетичен материал от един жив организъм в друг, за да се получи нова генетична информация и да се управлява наследствеността. Развитието му е свързано с постиженията на генетиката, микробиологията и биохимията.

Често се използват два термина - генно инженерство и генно инженерство. Първият се използва в по-широк смисъл, т.е. той включва и понятието генно инженерство. В същото време последното не включва преструктуриране на генома чрез конвенционални генетични методи (мутации и рекомбинации).

Помислете за основните подходи за генно инженерство, които могат да се използват в животновъдството в бъдеще. Известно е, че генетичният материал на всички живи организми е концентриран в молекулите на ДНК. Всички клетки в тялото имат идентични копия на такива молекули.

Следователно в основата на изследванията на генното инженерство е молекулата на дезоксирибонуклеиновата киселина. В същото време те се придържат към следната последователност: първо, гените се изолират от отделни клетки или се синтезират извън тялото, след това нови гени се включват във вектора (ДНК молекула, която има свой собствен репликационен апарат и е в състояние да достави необходими гени към клетката и репликирането им), свързват ДНК на гена и вектора и получават рекомбинантна ДНК; след това определени гени се прехвърлят в генома на гостоприемника, те се клонират като част от вектор и се получава генен продукт чрез експресиране на чужд ген в клетка реципиент.

Известни са два метода за изолиране на гени и създаване на рекомбинантна ДНК. Първият е чрез химичен синтез, вторият, по-често срещан, с помощта на специални ензими (рестрикционни ензими), които имат способността да разпознават чужда ДНК, която влиза в тялото и да я разгражда в съответните области. В резултат се създават фрагменти с различни размери. Известни са повече от 500 рестрикционни ендонуклеази и всяка от тях специално разцепва ДНК. Те са лишени от всякаква видова специфичност. Благодарение на това е възможно да се комбинират ДНК фрагменти от всякакъв произход в едно цяло и да се преодолеят естествените бариери от вида.

Парчета и счупвания на ДНК вериги се залепват заедно с помощта на ензим лигаза. Характеристика на изолираните гени (нуклеотиди) са така наречените лепкави краища, които могат да се използват за прикрепването им към местата на фагите (за животни). По този начин се създава вектор за прехвърляне на избраните гени в клетката реципиент.

Има и друг начин за получаване на ДНК фрагменти с лепкави краища. За целта изолирани или изкуствено синтезирани ДНК участъци се третират с ензим с ендонуклеаза, който го скъсява в двата края. След това, с помощта на друг ензим, полинуклеотидни трансферази, регионите на аденин и тимидин нуклеотиди се добавят към тези краища. Получената рекомбинирана ДНК молекула се използва за прехвърляне на чужд ген в бактериална клетка. Тази схема е била използвана за гените на инсулин, интерферон, имуноглобулин и други.

Трябва да се отбележи, че наличието и дори въвеждането на ген в хромозомата на организма гостоприемник все още не дава възможност да се получат продуктите от неговия синтез. За да може един ген да функционира, той, заедно с региона, в който е кодирана информацията, трябва да има и регулаторен регион. Тези региони се наричат ​​съответно промотор и терминатор. Четенето на информация (транскрипция) започва от промотора и краят на транскрипцията на дадения ген се кодира в терминатора. Създаден е цял арсенал от клонирани промотори, които дават възможност да се осигури експресията на гени в различни видове клетки. Нещо повече, такъв клон съдържа 1-2 гена и ако вземем предвид, че има голям брой клонинги, то на практика те представляват всички гени, които са в генома на животното.

Например, за да се създаде заешка генна банка, са необходими 920 хиляди клонинги, бозайници - 0,8-1,0 милиона.
Първата генна банка е създадена за Е. coli, след това за други, вкл. и за говеда. Също така са генерирани библиотеки с клонове на ДНК на хипофизата и растежен хормон.

От голямо значение беше производството на интерферон за хората, протеин с универсален антивирусен ефект.
Едно от най-важните постижения на генното инженерство в практиката на животновъдството е откриването на соматотропен хормон (соматотропин или растежен хормон). Но много преди това беше известно, че екстрактът от хипофизата на говедата стимулира производството на мляко при кравите. Той беше изчислен с помощта на този препарат за бързо увеличаване на млечността на животните. Но беше трудно да се получи в големи количества и те се опитаха да приложат метода на генното инженерство за това. Този проблем беше решен с помощта на микробен синтез, базиран на рекомбинантна ДНК технология.

Растежният хормон участва в процесите на стимулиране на растежа, дейността на млечната жлеза, влияе върху метаболизма на въглехидратите и липидите. Той се инжектира като част от генетично модифицирани хормони, които са създадени за говеда, овце, свине. Тяхното клониране се извършва в клетките на Е. coli и други микроорганизми.

Използването на този хормон в говедовъдството с ежедневно приложение (или след 2-3 дни) увеличава скоростта на растеж на младите животни с 10-15%, млечността с 20-40%. Съставът на млякото не се променя.

Положителни резултати бяха получени в проучвания за стимулиране на скоростта на растеж на свине, овце, бикове и репродуктивни способности на свине, използващи соматотропин.

Наред с това, не по-малко трудна задача е пренасянето на гени директно към висшите организми, вкл. и животни. Необходимо е въвеждането на нови гени в организмите по естествен начин, а не чрез въвеждане на изкуствени лекарства. Използват се няколко подхода - въвеждане на ген в изолирани клетки на реципиента с последваща повторна трансплантация на тези клетки, инжектиране на гена директно в тялото на реципиента, въвеждане на клонирани гени в генома на ембрионите в ранните етапи на развитие .

Извършват се изследвания върху създаването на трансгенни зайци, овце, свине и домашни птици. Създаването на трансгенни животни, които могат да синтезират определени лекарства, се извършва с бързи темпове; инсулин, интерферон, фактори за утаяване на кръвните клетки, хормони, незаменими аминокиселини. Планирано е да се получат трансгенни овце, които да произвеждат фактор на утаяване на кръвта в млякото, което е необходимо за лечение на хемофилия, а стадо от 15-20 овце е достатъчно за това.

Работата по създаването на трансгенни животни, които синтезират незаменими аминокиселини, представлява голям интерес. Например при овцевъдството е от значение способността на овцете да синтезират метионин, който е необходим за растежа на вълната. В Австралия е получено трансгенно животно с интегриран хормон на растежа на овцете. За това е изолиран генът на растежния хормон, който след това е въведен в генома на зиготата. Получената трансгенна овца на тригодишна възраст е била един и половина пъти повече в живо тегло от техните връстници.

Получаването на трансгенни индивиди се извършва в три посоки; картографиране на геноми на селскостопански животни, производство на допълнителни продукти от ендогенен произход, тяхното използване за разплод и генетично подобрение, аклиматизация и опитомяване.

Най-приложимото може да бъде създаването на линии от трансгенни животни със соматотропинов ген или устойчиви на редица заболявания (генетично имунни форми).

В бъдеще е възможно да се получат политрансгенни животни, в зиготата на които ще бъдат въведени няколко гена. Но в същото време съществува опасност от унищожаване на еволюционно балансирания геном на индивидите. Следователно, в този случай един от основните етапи ще бъде внимателен подбор и подбор за хомеостаза на генома на политрансгенни животни. Възможно е да се очертаят няколко области на приложение на генното инженерство за създаване на трансгенни животни по видове.

Говеда - растеж на трансгенен хормон, херпесен вирус тимидин киназен ген, производство на човешки инсулин, интерферон, фактори за утаяване на кръвта, въвеждане на ген за фиксиране на азот, ресинтез на дива тур.

Прасета - ген на човешкия хормон на растежа, ген на соматотропин от едър рогат добитък, ген на антиген на хепатит В, гени, освобождаващи хормони, хибридизация с овце, получаване на прасенца каракул, гени за дълголетие.

Овце - ген на растежен хормон на овце, гени за синтеза на сярасъдържащи аминокиселини, ген за синтез на протромбин, ген за хибернация, ген за цветна вълна поради пренасяне на гени на папагали.

Птици - ген за инсулиноподобен растежен фактор, имуноглобулинов ген, гени за резистентност срещу левкемия, болест на Марек, сарком на Rous, растежен хормон на птици, гени на аденовирус, минигоза, гени на резистентност срещу болести от диви роднини, гени за производство на яйца.

Зайци - антиген на вируса на хепатит А, човешки растежни хормони, говеда, човешки интерферон, човешки аденовирусен антисенс РНК ген.

Ако обобщим указанията за животновъдната индустрия като цяло, е възможно да се изолират гените на хормоните на растежа за всички видове, гена за антисенс ДНК на аденовирус, въвеждането на гени от един вид на друг, за да се получат нови черти, въвеждането на гена за фиксиране на азот, гена Burullas с цел повишаване на плодовитостта.
Като се вземат предвид съвременните тенденции в развитието на биологичните и селскостопанските науки, е възможно да се решат проблемите за ефективно управление на популационните ресурси чрез създаване на популации и родителски стада с многофункционални цели, т.е. една и съща популация, в зависимост от посоката на производство, пазарните условия, може съответно да бъде преориентирана чрез рекомбиниране на нейния генотипен състав за максимално производство на определен вид продукт или преобладаващо изпълнение на определени физиологични функции.

Междувременно са изследвани такива подходи за генетична манипулация на бактерии чрез размножаване на цели колонии щамове.

Но дори и на това ниво изследванията трябва да се извършват с голямо внимание. Гените, прехвърлени от една бактерия в друга, могат да произведат патогенни щамове, които не могат да се съдържат и това може да има ужасни последици за популациите не само на животните, но и на хората. Докато Природата отмъщава жестоко за въвеждането на човека в такива структури на живота като атом, ген.