Использование трансгенных животных в биотехнологии: перспективы и проблемы

Уважаемые читатели, вам будет интересно ознакомиться с перспективами применения трансгенных животных. Материал расчитан на читателя с базовым знанием биологии и не вызовет особых затруднений при прочтении.

Привожу вам отрывок из статьи:
Максименко О. Г. и др. Использование трансгенных животных в биотехнологии: перспективы и проблемы //Acta Naturae (русскоязычная версия). – 2013. – Т. 5. – №. 1 (16).

***

На данный момент FDA близок к принятию положительного решения по коммерческому использованию лосося, экспрессирующего гормон роста (AquAdvantage), который, согласно заключению, безопасен и для человека, и для окружающей среды.

Экономический эффект в случае трансгенного лосося связан с ускорением роста почти в 2 раза, что значительно снижает себестоимость разведения. В связи с этим можно предполагать, что уже в ближайшем будущем будет получено разрешение на коммерческое применение различных трансгенных животных, с помощью которых могут быть достигнуты такие значимые цели, как

1) получение модифицированного молока, содержащего рекомбинантные белки человека; 2) изменение состава молока для увеличения эффективности получения молочных продуктов;

3) улучшение свойств сельскохозяйственных животных (быстрый рост, переработка отходов);

4) повышение устойчивости сельскохозяйственных животных к бактериальным, вирусным и прионным инфекциям.

В настоящее время все более актуальной становится проблема искусственного вскармливания новорожденных и питания детей раннего возраста.

По своему составу грудное молоко значительно отличается от козьего и коровьего. Так, в молоке человека намного выше концентрация лактоферрина (2.0–5.8 мг/мл), лизоцима (0.03–3 мг/мл) и лактальбумина (1.8–3.1 мг/мл). Эти белки защищают организм от инфекций, улучшают структуру эпителия кишечника, положительно влияют на микрофлору кишечника и усиливают иммунитет. В то же время концентрация этих белков в коровьем молоке намного ниже: 0.03–0.49 мг/мл лактоферрина, 0.05–0.22 мг/мл лизоцима и 1.47 мг/мл лактальбумина. Смеси для искусственного вскармливания, изготовленные на основе молока животных, не обеспечивают оптимального питания младенцев, поскольку готовятся на основе гидролизатов и не содержат функциональных белков.

В Китае для получения модифицированного молока получили трансгенных коров, которые экспрессируют рекомбинантный лактоферрин (3.4 мг/мл), лизоцим (0.03 мг/мл) или лактальбумин человека (1.5 мг/мл). В дальнейшем планируется начать производство молока, которое содержит все три рекомбинантные белки человека в оптимальной концентрации. В США получены трансгенные козы, молоко которых содержит рекомбинантный лизоцим человека в концентрации 0.27 мг/мл, что составляет 67% от концентрации лизоцима в грудном молоке.

Показано, что пастеризованное молоко с лизоцимом человека положительно влияет на здоровье молодняка коз и свиней. В настоящее время Университет Дэвиса (США) совместно с Институтом биомедицины федерального университета Ceará (Бразилия) получил грант от правительства Бразилии для изучения возможности использования молока, содержащего рекомбинантный лизоцимом человека, при диарее у детей из малообеспеченных семей. Также планируется получить трансгенных коз, экспрессирующих в молоке рекомбинантный лактоферрин, для последующего производства молока, содержащего одновременно два белка человека.

Новозеландская государственная компания «AgroResearch» создает трансгенных коров с целью повышения эффективности получения сыров. Примерно 80% белков молока составляют наиболее ценные белки – казеины. При этом фракция казеинов коровьего молока состоит из αS1-, αS2-, β- и k-казеинов, кодируемых одной копией гена каждый.

Казеины агрегируют в большие мицеллы. Мицеллярная структура и ее стабильность могут меняться в зависимости от соотношения казеинов, что влияет на физико-химические свойства молока. Сыр образуется путем агрегации казеиновых мицелл, которые, формируя белковую сеть, задерживают воду и жир.

Увеличенное содержание β- и k-казеинов приводит к уменьшению размера мицелл и повышает температурную устойчивость, что необходимо для производства сыра. С целью увеличения количества β- и k-казеинов в молоке были получены трансгенные коровы, содержащие дополнительные копии соответствующих генов. При этом использовали эндогенный ген β-казеина коров с его регуляторными последовательностями. Так как ген k-казеина обладает сравнительно низким уровнем экспрессии, то для получения трансгенных коров использовали химерный ген, содержащий регуляторную область гена β-казеина и кодирующую часть гена k-казеина.

В результате получили трансгенных коров, в молоке которых уровень β-казеина был увеличен на 20%, а k-казеина – в 2 раза. Этот результат наглядно показывает возможность изменения состава молока методом трансгенеза, что может повысить эффективность многомиллиардного сырного производства.

Одной из проблем свиноводства является высокая смертность поросят, обусловленная недостатком α-лактальбумина в молоке. Для решения этой проблемы получили трансгенных свиней, в геном которых был встроен ген α-лактальбумина коров, что привело к увеличению концентрации лактозы в молоке.

В результате значительно снизилась смертность поросят, вскормленных модифицированным молоком. Другая проблема свиноводства – загрязнение окружающей среды их фекалиями, содержащими высокую концентрацию фосфора. Для решения этой проблемы получили трансгенных свиней, в геном которых был встроен бактериальный ген, кодирующий фитазу . В результате уровень фосфатов в фекалиях трансгенных свиней снизился на 75%.

Устойчивость к заболеваниям – другой чрез вычайно важный аспект применения трансгенеза в сельском хозяйстве. Так ущерб от мастита (воспаления молочной железы, вызванного бактериальной инфекцией) крупного рогатого скота только в США составляет более 1.7 млрд долларов в год. Обычно мастит вызывается стафилококками. Бактерицидным эффектом против стафилококков, вызывающих мастит, обладает лизостафин – мощная пептидогликангидролаза, секретируемая Staphylococcus simulans. Были получены трансгенные коровы, в молоке которых содержался лизостафин (на уровне 0.014 мг/мл). Показано, что у таких коров повысилась устойчивость к стафилококковым инфекциям.

Наиболее опасное заболевание крупного рогатого скота в странах северного полушария – синдром губчатой энцефалопатии, известный также как коровье бешенство. Для борьбы с этим заболеванием предложено удалять ген прионного белка, который вызывает заболевание. В результате получили трансгенных коровы без этого гена, которые обладали устойчивостью к заражению коровьим бешенством. Очевидно, что использование таких коров может снизить вероятность появления и распространения эпидемий коровьего бешенства.

Приведенные примеры показывают перспективность использования трансгенных животных в сельском хозяйстве.

Основной фактор, сдерживающий распространение трансгенных животных, – это опасение населения по поводу безопас ности трансгенных продуктов. Из-за этого уже сточаются требования регулирующих органов, что усложняет получение разрешения на использование трансгенных животных. В 2009 году (действующая редакция от 17 мая 2011 года), после более чем 10 лет работы, в FDA была разработана процедура рассмотрения заявок на использование трансгенных животных. В развивающихся странах процедура одобрения новых продуктов проще, а власти и население лучше относятся к трансгенным животным, как к одному из способов решения проблемы обеспечения продовольствием и повышения уровня жизни населения. Вследствие этого большинство проектов по использованию трансгенных животных в сельском хозяйстве в настоящее время осуществляются в таких странах, как Бразилия, Аргентина и Китай.