Biotechnologia zwierząt: wprowadzenie do biotechnologii zwierząt

Biotechnologia zwierząt: wprowadzenie do biotechnologii zwierząt!

Koncepcja hodowli tkanek zwierzęcych pojawiła się po raz pierwszy w 1903 r., Kiedy naukowcy odkryli technikę dzielenia komórek in vitro (w probówce). Ross Harrisson rozpoczął w 1907 r. Technikę hodowli tkanek zwierzęcych, wykorzystując tkankę żaby.

Technika ta była początkowo ograniczona do zwierząt z zimną krwią. Jednak kolejne badania wprowadziły do ​​jego sfery nawet ciepłokrwiste zwierzęta. Z biegiem lat różne tkanki były używane jako eksplanty, a technika hodowli tkankowej rzeczywiście stała się kręgosłupem biotechnologii zwierząt.

Zastosowania kultury tkankowej zwierząt:

Nowoczesne narzędzia biotechnologiczne wywarły również znaczący wpływ na biotechnologię zwierząt. Wiele innowacyjnych technik jest stale używanych na całym świecie w celu poprawy stanu zwierząt. Podstawą tego podejścia jest zmiana na różnych poziomach biochemicznych i molekularnych. Te techniki okazują się niezwykle przydatne w opracowywaniu odpornych na choroby, zdrowych i bardziej produktywnych zwierząt.

Niektóre obszary, w których te techniki molekularne mogą okazać się użyteczne, obejmują:

Hodowla zwierząt:

Choć tradycyjne programy hodowlane istnieją już od wielu lat, ich stosowanie jest ograniczone. Nie są one bardzo specyficzne, ponieważ konwencjonalna hodowla doprowadziłaby do skrzyżowania dwóch zwierząt, w których wiele genów może zostać przekazanych jednocześnie.

Tutaj niektóre geny mogą być przydatne, podczas gdy inne mogą być kłopotliwe. Technologia rekombinacji DNA umożliwiła jednak precyzyjną i dokładną hodowlę zwierząt. Określone geny można wprowadzić do zarodka zwierzęcego, nie powodując przesunięcia w innych genach obecnych w tym samym zwierzęciu.

Jednym z głównych zastosowań tej techniki jest rozwój nowych ras produktywnych krów, które mogą produkować bardziej odżywcze mleko. W mleku zwykłej krowy brakuje laktoferyny, białka zawierającego żelazo, co jest istotne dla wzrostu dziecka.

Naukowcy z Gen Pharm International w Kalifornii opracowali transgeniczny byk Herman, który został poddany mikroiniekcji za pomocą ludzkiego genu dla laktoferyny. Herman i jego potomstwo stały się nowym źródłem pożywnego mleka.

Szczepionki:

Każdego roku wydaje się miliardy dolarów na poprawę zwierząt gospodarskich i ich opieki zdrowotnej. Naukowcy próbują teraz wykorzystać technologię rekombinacji DNA do produkcji szczepionek na zapasy zwierząt. Opracowano niezwykle skuteczną szczepionkę dla świńskiej grypy rzekomej (wirus opryszczki). Ta szczepionka została konwencjonalnie wyprodukowana poprzez zabijanie drobnoustrojów wywołujących chorobę.

Wystąpiło wysokie ryzyko przeżycia niektórych z tych drobnoustrojów. Typowym tego przykładem jest śmiertelna choroba pryszczycy (FMD). W Europie było wiele przypadków, w których stosowanie szczepionki przeciwko pryszczycy wywołało epidemię choroby. Nowoczesne szczepionki rekombinowane nie są wstrzykiwane z tymi zarazkami. W ten sposób są bezpieczne w użyciu i nie wiążą się z takim ryzykiem.

Konwencjonalna produkcja szczepionek to kosztowna, niewielka sprawa. Jednak nowoczesne systemy do rekombinacji produkcji otworzyły nowe perspektywy na ogromnym rynku skutecznych szczepionek. Szczepionki rekombinowane również oceniają swoje szybkie tempo rozwoju.

Konwencjonalne szczepionki mogą trwać nawet dwadzieścia do trzydziestu lat badań i eksperymentów, zanim będą gotowe do użycia. Powoduje to niedobór ważnych szczepionek. Modemowe szczepionki są gotowe w znacznie krótszym czasie. Co więcej, te szczepionki są aktywne nawet w temperaturze pokojowej. Ich ruch i przechowywanie stają się zatem znacznie łatwiejsze.

Poprawa żywienia zwierząt:

Żywienie zwierząt jest kolejnym ważnym problemem, którym można się zająć za pomocą narzędzi biotechnologicznych. Widzieliśmy, jak pewne bakterie zostały skutecznie wykorzystane do nadekspresji białek do zastosowań medycznych. Podobnie, białka zwierzęce, takie jak somatotropiny, mogą być nadeksprymowane w bakteriach i wytwarzane w większych ilościach w celach komercyjnych.

Podawanie niewielkich ilości tych białek zwierzętom takim jak owce i krowy wykazało już wzrost wydajności konwersji paszy dla zwierząt. Manipulacje biotechnologiczne mogą pomóc w wytwarzaniu somatotropiny wieprzowej (PST), która nie tylko poprawia wydajność paszy u świń o piętnaście do dwudziestu procent, ale także ma ważne zalety dla systemów ochrony zdrowia ludzi. PST pomaga także w redukcji złogów tłuszczu.

Inny hormon wzrostu - bydlęca somatotropina (BST) jest podawany krowom mlecznym w celu poprawy produkcji mleka nawet o dwadzieścia procent. To leczenie hormonalne zwiększa spożycie paszy dla zwierząt, a także zwiększa stosunek mleka do karmy o pięć do piętnastu procent.

Czynnik uwalniający hormon wzrostu (GHRF) to kolejne białko, o którym doniesiono, że zwiększa wydajność karmienia zwierząt. Chociaż nie jest to hormon wzrostu, pomaga zwierzęciu w zwiększaniu produkcji białek wzrostu (hormonów).

Początkowemu zastosowaniu takiej technologii towarzyszył strach przed przenoszeniem tych hormonów na ludzi poprzez mleko i produkty mięsne. Jednak szeroko zakrojone badania zdecydowanie potwierdziły te obawy. Testy dowiodły, że te białka nie mają żadnego wpływu na organizm ludzki, a zatem są bezpieczne do spożycia.

Tworzenie zwierząt transgenicznych:

Transgeniczne owce:

Dolly, owca została stworzona w Szkocji w 1997 roku techniką transferu jądrowego. Tutaj jądro komórki sutkowej "dawcy" zostało wstrzyknięte do komórki biorcy (jajo) (którego jądro zostało usunięte). Ta komórka została następnie wszczepiona do receptywnej matki zastępczej i ostatecznie przekształciła się w Dolly - "klon dawcy". Następnie urodziła się Polly - transgeniczny jagnię z ludzkim genem (ryc. 3).

Rozwój Dolly i Polly, pierwsze sklonowane zwierzęta stworzyły fale na całym świecie. Ten wyczyn jest rzeczywiście znaczący, ponieważ nie tylko stanowi wielkie osiągnięcie naukowe, ale także toruje drogę generowaniu wielu innych sklonowanych zwierząt, które niosą wartościowe ludzkie białka.

Transgenic Goat:

W tym przypadku komórki płodowe uzyskano od trzydziestodniowego płodowego samic płodu. Gen AT III, ludzki gen kodujący białko przeciwdziałające krzepnięciu, został przyłączony do promotora i wstrzyknięty do jądra świeżo zapłodnionego jaja.

Po usunięciu jądra komórki jajowej biorcy (stan wyłuszczony) komórki jajowe dawcy poddano fuzji z płodowymi komórkami fibroblastów posiadającymi ludzki gen. Następnie sklonowany zarodek został przeniesiony do matki kozła-biorcy.

Tak rozwinięte potomstwo żeńskie jest zdolne do wytwarzania mleka zawierającego ludzkie białko. Białko to można łatwo wyekstrahować z mleka i wykorzystać w wielu celach farmaceutycznych. Rozwój tych kóz ludzkimi genami jest jednym z pierwszych zastosowań procesu transferu jądrowego.

PPL Therapeutics, firma z siedzibą w Wielkiej Brytanii, opracowała już pięć transgenicznych jagniąt. Dyrektor firmy, dr Alan Colman, mówi, że te jagnięta to realizacja "wizji do produkcji natychmiastowych stad lub stada, które bardzo szybko produkują wysokie stężenia cennych protein terapeutycznych. Późno świnie również zostały sklonowane przy użyciu bardziej innowacyjnych technik klonowania. Te świnie mogą być bardzo przydatne dla przemysłu spożywczego.

Ksenotransplantacja: Przeszczepianie narządów od jednego gatunku do drugiego

Przeszczepianie narządów, najnowszy wyczyn biotechnologiczny, okazał się opłacalnym sposobem leczenia chorób serca, nerek, płuc i innych chorób. Uważa się, że narządy z gatunków takich jak świnie są obiecującymi źródłami narządów dawców dla ludzi. Ta praktyka jest określana jako "ksenotransplantacja".

Pierwszy eksperyment ksenotransplantacyjny przeprowadzono w 1905 r., Kiedy francuski chirurg przeszczepił plastry nerki królika na człowieka. Pierwsze doświadczenia dotyczące przeszczepiania nerki szympansów na ludzi przeprowadzono w latach 1963-64. Jeden z pacjentów, którzy otrzymali przeszczepioną nerkę, przeżył 9 miesięcy.

Przeszczepione zastawki serca od świń są powszechnie stosowane w leczeniu różnych postaci ciężkich chorób serca. Kapsułkowane komórki zwierzęce są również postrzegane jako obiecująca ścieżka badań nad leczeniem cukrzycy. Choroba Parkinsona i ostry ból wywołany przez niektóre terapie lekowe. Płyny i tkanki od krów były również wykorzystywane do produkcji leków i innych produktów zdrowotnych od dziesięcioleci.

Główną przeszkodą w ksenotransplantacji jest układ odpornościowy organizmu człowieka przeciwko infekcji. Czasami wprowadzenie tkanki innej niż ludzka do ludzkiego ciała powoduje nadaktywne odrzucenie, a całe ciało może odciąć dopływ krwi do oddanego narządu. Tutaj znowu biotechnologia wkracza, aby uratować dzień. Obecnie sklonowane są świnie do produkcji narządów, które będą rozpoznawane przez ludzkie ciało.

Świnie te są opracowywane przez mikroiniekcję materiału genetycznego z płodowych komórek świńskiej do jaj, które nie mają własnego materiału genetycznego. Metoda ta jest znana jako "Technika Honolulu", ponieważ to Teruhiko Wakayama i jego grupa z University of Honolulu (USA) zastosowali tę metodę do klonowania myszy.

Ta technika doprowadziła do opracowania pierwszego klonu ssaka płci męskiej. Ta metoda jest wysoce faworyzowana, ponieważ obejmuje tylko przeniesienie płodowej komórki dawcy. Inne metody, takie jak te stosowane w klonowaniu Dolly, wymagają fuzji całej komórki dawcy z wyłuszczonym jajkiem.

Xena - sklonowana czarna świnia może być krokiem naprzód w produkcji narządów do przeszczepu. Następnym krokiem byłoby zmodyfikowanie genomu tej klonowanej świni tak, aby organy uzyskane z takich zwierząt nie stwarzały zagrożenia odrzucenia podczas stosowania do przeszczepu. Jednakże nadal należy rozwiązać dylemat etyczny takich przeszczepów i prawdopodobieństwo przenoszenia wirusów nieznanych chorób.

Transfer embrionów:

Transfer zarodka bydła jest inną techniką manipulacji genetycznej. Główną zaletą transferu zarodków jest to, że zwiększa zdolność reprodukcyjną użytecznych bydła, takich jak krowy i bawoły. Takie przeniesienie może również zmniejszyć przedział generowania między etapami selekcji poprzez posiadanie dużego odsetka potomstwa młodych dawców.

W niektórych przypadkach transfer zarodków pozwala nawet na to, że potomstwo ma krowy i bawoły, które zostały uznane za niepłodne z powodu choroby, urazu lub starzenia. Techniki transferu zarodka (ET) zostały również opracowane dla wielbłądów i cieląt. Badanie to zostało przeprowadzone w National Research Center na Camel w Bikaner.