Трансгенни животни: за какво са те? Перспективи за създаване и използване на трансгенни животни с нови полезни свойства

Трансгенни животни, примери за които ще бъдат дадени по-долу, са получени експериментално. Те съдържат във всичките си клетки допълнителен ДНК-трансген, заложен в клетките на животното с хромозоми и се реализира. Трансген е наследен според законите на Мендел.

Причини за създаване

Трансгенни растения и животните се различават по степента на сложността на тяхното създаване. Животните се използват за решаване на теоретичните проблеми в биомедицината и селското стопанство. Сред причините за създаването на трансгенни организми може да се посочи следното:

• животните с ген за растежния хормон при еднакви условия съдържат повишени темпове на растеж;
• за засилване на имунитета към инфекции;
• за получаване на биологично активни вещества;
• за получаване на човешки протеин от трансгенни животни;
• Използване на животни като биореактори за получаване на лекарства.

Първите такива животни бяха получени през 1974 г. в Кеймбридж от учен на име Рудолф Яниш. Той инжектира ДНК вируса на маймуната в ембриона на мишката. В Русия първите трансгенни животни се отглеждат през 1982 г.

приемане

Защо се нуждаем от трансгенни животни? Тяхното създаване се осъществява чрез прехвърляне на клонирана ДНК в ядрото на оплодени яйцеклетки, наречени зиготи или ставни ембрионални клетки. След това репродуктивните органи се заменят с променени зиготи или овули.

Ако не попаднете на подробности, целият процес е както следва:

1. Клонираният ген се въвежда в ядрото на предварително оплодена яйцеклетка.
2. Оплодените овули с вградена ДНК се поставят в предварително избраната жена за по-нататъшно бременност на трансгенния плод.
3. Прогеният, роден с въвеждането на чужда ДНК, се избира така, че клонираният ген да се съдържа във всяка клетка на получения организъм.
4. Породи животни, които в клетките на зародишната линия носят клониран ген.
5. Така се получава нова генетична линия.

Такива експерименти са много скъпи по отношение на времето, необходимо за това. Въпреки това трансгенезата се превръща в мощен инструмент за изучаване на човешките заболявания. С помощта на трансгенезата се работи по генетичното модифициране на млечните жлези на животните, за да се получи мляко от протеин, идентичен на човека, както и за производството на фармацевтични препарати.

Методи на трансгенезата на животни

За какво са те? Трансгенните животни са отделни индивиди, чийто геном се характеризира с изкуствено допълнена генетична информация. Трансгенът в един случай е независим регион на ДНК със свои собствени регулаторни последователности. В другия, това е ДНК-хибрид (рекомбинантен) ген, създаден от различни молекули.

Трансгенът е чужд ген, въведен изкуствено и фиксиран в ДНК на животното. И трансгенезата е процес на интегриране и предаване на извънземна генетична информация в генома на животното.

Съществуват известни методи за производство на трансгенни животни. Сред тях са:

1. Метод на микроинжектиране.
2. Метод за използване на ретровирусни вектори.
3. Трансплантация на клетъчни ядра, които се култивират in vitro.
4. Метод на липозомите - носители на ДНК.
5. Метод за използване на тестисите на тестисите.

Метод на микроинжектиране

За първи път методът на микроинжектиране се използва за производство на трансгенни животни. Това се случи през 1985 г. едновременно в две изследователски лаборатории. Един от тях принадлежи на Съединените щати, а другият е в Германия. Понастоящем този метод е най-често използваният.

Методът за микроинжектиране се основава на въвеждането на разтвор на генни конструкции в мъжкия прекурс (предшественик на ядрото) на зиготи. Когато се оплодят в яйцеклетка, се образуват две ядра, едната от които е мъжка (мъжка проклея), а другата женска (женска проклея). Мъжките и женски прогладури след сближаване се комбинират в общо ядро ​​с комбинация от бащински и майчински хромозоми в един генотип на ембриона.

Успехът на микроинжектирането може да се прецени чрез увеличаване на обема на продукла с коефициент 1,5. Когато процедурата приключи, получените ембриони се култивират в продължение на няколко часа, а след това няколко жени се вкарват едновременно в матката.

След раждането на потомството се прави анализ за интегриране на трансгена чрез вземане на проби. Броят на трансгенните бебета от общия брой потомци, родени с помощта на този метод, е много незначителен. При тестовите мишки това е приблизително 15%, при свинете - от 10 до 15%, при овце, кози и едър рогат добитък този показател е от 5 до 10%. За да подобри това съотношение, учените работят и до днес.

Методът за използване на ретровирусни вектори

Пренасянето на ДНК в ембрионалните линии на животните с помощта на ретровирусни вектори е доста ефективен метод. Ретровирусите са ядрени вируси. Техният генетичен материал е едноверижна рибонуклеинова киселина (РНК).

Ретровирусите могат да бъдат екологични, които могат да се възпроизвеждат в клетките на един вид животни или няколко близко свързани видове. Например, миши левкемичен вирус може да се размножава само в клетки от мишка или плъх. Амфиотропните вируси са способни да се разпространяват в много видове животни.

Ретровирусът прониква в клетката с помощта на микропиноцитоза - транспортиране на малки молекули. При някои вируси се извършва транскрипция в ядрото на клетката, а в други - в цитоплазмата. Ако интегрирането се случи в генома на генеративните клетки, тогава ретровирусите се наследиха от потомството. Тук става дума за ендогенни ретровируси.

За първи път вирусна ДНК се открива в зрели миши клетки през 1974 година. Зиготичната инфекция в повечето случаи води до производството на трансгенни животни, тъй като интеграцията е възможна, ако клетката навлезе в косвено разделение след ДНК репликация.

Предимства на използването на ретровирусни вектори:

1. Почти 100% от ембрионите, лекувани с ретровирус, могат да бъдат заразени.
2. Възможно е да се проведе генна терапия на наследствени заболявания.
3. Ретровирусите правят възможно трансформирането на отделни органи (например, млечните жлези за увеличаване на добива на мляко).

Недостатъци на използването на ретровирусни вектори:

1. Ограничен капацитет.
2. Потискане на трансгенната експресия in vivo.
3. Нисък титър (решен чрез псевдотипизиране).
4. Възможността на клетъчните онкогени.
5. Невъзможност за прехвърляне чрез наследяване на трансформация на отделни органи.

Метод за трансплантация на клетъчни ядра

Специфична характеристика на метода е използването на трансформирани клетъчни линии за продуциране на трансгенни индивиди, използващи генни конструкции. За това се вземат стволови линии, както и соматични клетки, които се култивират in vitro, т.е. in vitro.

Един от методите за ядрена трансплантация е методът на микроманипулация и се състои от следното:

1. С помощта на микропипета пронулите се екстрахират, след като зоните на плалюцида и зоните на плазмената мембрана са пробити.
2. Пипета с голям диаметър в една и съща пункция се вмъква в ядрото с пълен комплект хромозоми от донора.

С този метод цитоплазмата на зигота е много по-малко увредена, като донорното ядро.

Има и друг начин за ядрена трансплантация. Този метод се състои в използването за тази цел на цитохалазини, т.е. вещества, които се синтезират с помощта на гъбички. Структура mikrofermentov (нишки, състоящи се от сферични актин протеинови молекули) свива цитохалазин В, след което сърцевината може да се позиционира по уникален начин.

Ядрото, с помощта на тънка нишка от цитоплазмата, остава свързано с клетката. Тогава тази връзка е изкуствено разкъсана чрез центрофугиране. Има цитопласти (клетки без ядро) и кариопласти (ядра, заобиколена от цитоплазма). При градиента на плътността цитопластите се отделят от интактните клетки и могат да се използват за свързване с кариопласти на други клетки, за да образуват жизнеспособна клетка.

Метод на липозомите - носители на ДНК

Това е най-безобидният метод на трансгенеза. Неговата характеристика е използването на липозоми за запазване и трансфер на гените в тях. Липозомите се създават с различни свойства. Те не са имуногенни и нямат токсичност.

Този метод обаче не е ефективен, тъй като ДНК, транспортирана по този начин до клетката, веднага се улавя от лизозомите и се унищожава от тях.

Метод за използване на тестисите на тестисите

Спермата е естествен вектор, който пренася ДНК в клетка. Изследванията, проведени в тази област обаче, показват смесени резултати на метода. В експериментите, М. Lavitrano през 1989 г. опит 30% от мишки, които бяха получени при използване на модифициран инжектиране на сперматозоиди в неоплодени яйца мишки са трансгенни, и може да предава трансгена се наследява.

В друг случай много опити за повторение на този резултат в други лаборатории не са успешни, при различни условия са постигнати различни резултати. От всичко това можем да направим предположението, че успешната трансформация на ДНК се наблюдава само на определен етап от клетъчния цикъл. Досега са започнали изследвания за определяне на механизма за вграждане на екзогенна ДНК в генома на сперматозоидите.

Възможност за използване след криоконсервиране на сперматозоидите е положителна характеристика на този метод. Отрицателната страна е големият брой микроманипулации, необходими за трансгенезата по този метод.

Но все пак, сперматозоидите имат способността да абсорбират ДНК и да я съхраняват в ядрото. Съществуват няколко метода за постигане на по-голяма ДНК ефект сперма със съединение: липозом, инжектиране на тестисите, семенните тубули чрез създаване на пори в липидните мембрани под влиянието на електрическо поле.

Откъснати гени

Изключването на гена е потискане на генната експресия, т.е. генното заглушаване или генното избиване. В този процес експресията на необходимия ген спира, но последователността от нуклеотиди остава непроменена.

Изключването на гена може да възникне при прехвърляне на информация от ДНК в РНК, т.е. транскрипцията и след нея. Механизмите на възстановяването на гени предпазват тялото от вируси и подскачащи гени. Затова спирането е част от имунната система, която предпазва от чуждата ДНК. Трансгенните животни с гени се изключват и тяхното създаване се нарича генно насочване.

Генно наследство, според законите на Мендел

Законите на Мендел описват характеристиките на трансфера от организма на родителя към тялото на кучето, характеристиките, които носят наследственост. Тези принципи са в основата на класическата генетика. По принцип във всички научни статии се разкрива един от правилата на Мендел и няколко закона.

Правилото на първото поколение хибриди и тяхната единност е, че тези хибриди винаги наследяват една от характеристиките на родителя.

Законът за разделяне на знаците е първия закон на Мендел. Това казва това frac34-експерименталните животни показват доминиращи признаци и frac14- - рецесивен.

Законът за независимостта на наследствените особености е вторият закон. Тук Мендел описва разпределението на характеристиките, когато се пресичат от хибрид и дихидрат.

Полезни свойства

Създаването на трансгенни животни с нови благоприятни свойства е непрекъснат процес.

Трансгенни животни, примери за които са дадени по-долу, вече съществуват в съвременния свят:

• В Обединеното кралство овцете се екскретират чрез трансгенеза. Млякото от тези животни съдържа фактор, допринасящ за коагулацията на кръвта.

• При трансгенните прасета, създадени в Русия, метаболизмът се променя чрез въвеждането на соматотропиновия ген, което позволява да се намали съдържанието на мазнини в месото.
• Американците работят върху създаването на крави, чието мляко съдържа човешки албумин, който се използва за поддържане на нормалното кръвно налягане.

Перспективи за използването на трансгенни животни

В близко бъдеще се планира да се създадат такива животни, някои от чиито гени са изхвърлени, а други са включени в техния геном.

• Приготвяне на модифицирано мляко.

Предполага се, че такова мляко в състава му ще бъде възможно най-близо до състава на човешкото мляко. В тази посока работата се извършва с ембрионални стволови клетки.

• Използване на трансгенни животни за получаване на органи, които са трансплантирани на хора.

Не е тайна, че човечеството се нуждае от донорски органи. Сега генетиците работят върху отглеждането на такива органи в тялото на животните. Например, органите на свинете може да достигнат своя размер и състав. Но те веднага ще бъдат откъснати от човешката имунна система. За да се предотврати това, се създава трансгенно прасе, в което гените за хистосъвместимост се изключват и вместо това се въвеждат гени за човешка хистосъвместимост.

• Клониране на трансгенни животни.

Създаването на трансгенни животни е трудоемък процес. Според статистиката, зиготи, инжектирани с 100 овце, миши зиготи 40 и 1500 зиготи крава по-малко от 50% от индивидите, експресиращи трансгенна протеин. Ако успешен опит да се произведе трансгенни животно не е задължително, че неговите потомци ще наследят трансгенна. Следователно, клонирането на животно с необходимите генетични параметри е оптимален изход.