This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications





Скачать 103.94 Kb.
НазваниеThis small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications
Дата публикации13.11.2014
Размер103.94 Kb.
ТипДокументы
100-bal.ru > Биология > Документы
Abstract
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications in field of xenotransplantation, dairy industry and obtaining different biologically active substances are also discussed there
Аннотация
Данный реферат посвящен обзору подходов к генетической модификации животных, таких как лентивирусный трансгенез, выключение генов, использование стволовых клеток и др. Кроме того, здесь рассматриваются области применения генетических технологий (ксенотрансплантация, получение биоактивных веществ)

Keywords Ключевые слова
Animal transgenesis Трансгенез животных

Livestock bioreactors Сельскохозяйственные животные

RNA-interference РНК-интерференция

Xenotransplantation Ксенотрансплантация

Lentiviral vectors Лентивирусные векторы

Введение
Создание трансгенных животных является одним из перспективных направлений мировой биотехнологии. Трансгенным называется организм, содержащий искусственно внедренный фрагмент чужеродной ДНК. Достижения технологии ДНК-рекомбинации, а также переноса генов между организмами разных видов привели к широкому спектру возможностей как в науке, так и в промышленности. Области применения животного трансгенеза удобно подразделить на 4 группы:

  1. Получение информации о функции и регуляции исследуемого гена

  2. Наработка высококачественных биотехнологических продуктов, таких как рекомбинантные белки, органы для ксенотрансплантации

  3. Увеличение продуктивности сельскохозяйственных животных

  4. Моделирование заболеваний человека


Приоритетность развития данных направлений трансгенеза в животноводстве обусловлена потребностями современного рынка, так как они


  1. Направлены на удовлетворение растущих потребностей рынка за счет разработки эффективных и конкурентоспособных технологий получения рекомбинантных белков фармакологического, ветеринарного и пищевого назначения;




  1. Обеспечивают создание принципиально новых видов продукции для различных областей медицины (трансплантационной медицины, фармакологии и т.п.).




  1. Способны обеспечивать повышение продуктивности сельскохозяйственных животных и качества производимой продукции животноводства, обеспечивая тем самым продовольственную безопасность страны и повышая качество жизни населения.



Исторический экскурс
Получение генетически модифицированных организмов насчитывает более чем сорокалетнюю историю. Первую операцию трансгенеза осуществили в 1973 году. Обьектом исследования была бактерия кишечная палочка [2]. Позднее, в 1975 году была генетически модифицирована мышь [3]. До настоящего времени мышь является основной генетической и биотехнологической моделью млекопитающих.


Достижение

Год

Ссылка

Трансгенез овцы и свиньи

1985

[4]

Клонирование овцы путем замены ядра яйцеклетки

1986

[5]

Овечье молоко с улучшенными свойствами

1991

[1]

Свиньи, устойчивые к вирусным инфекциям

1992

[1]

Экспрессия ингибитора человеческой системы комплемента

1994

[1]

Овца Долли

1997

[1]

Трансгенный рогатый скот как модель болезни человека

1997

[1]

Мечение генов в трансгенных овцах

2000

[1]

Искусственная хромосома (рогатый скот)

2002

[1]

Генный нокаут и лентивирусный трансгенез свиней

2003

[1]

Генный нокаут рогатого скота

2007

[1]

Таблица основных достижений генетической модификации животных
К текущему году достигнуты многие практические результаты, такие как:

  1. Разработка методов полового отбора в молочной промышленности, которые позволяют отбирать преимущественно самок, что отнимает необходимость в кастрации или уничтожении избытка самцов.

  2. Увеличение производства свиного мяса путем увеличения выживаемости и темпов созревания поросят

  3. Создание свиней с повышенным содержанием в мясе омега-3 жирных кислот

  4. Производство свиней в качестве доноров органов для ксенотрансплантации

  5. Выведение коров с повышенной устойчивостью к маститу


Продукция биомолекул в трансгенных животных
Целесообразность генетической модификации в промышленности предьявляет строгие требования к продуктивности организмов. Производство высококачественных фармацевтических препаратов, имеющих высокую стоимость, является перспективным направлением трансгенеза животных. Синтез биомолекул в микроорганизмах, несмотря на относительно низкие затраты, неприменим в ряде случаев. Например, микроорганизмы не способны корректно проводить посттрансляционные модификации человеческих белков, такие как гликозилирование, сворачивание и др. Такие белки можно экспрессировать в культурах клеток млекопитающих, хотя и с низкой продуктивностью. Использование трансгенных животных позволяет нарабатывать биомолекулы в высоких концентрациях, извлекая их из разнообразных физиологических жидкостей, таких как: кровь, слюна, моча, молоко, семенная жидкость. Экспрессия биомолекул может быть индуцирована тканеспецифическим промотором. Белковая экспрессия в моче имеет ряд преимуществ, включая экспрессию в особях обоих полов, слабое содержание других белков, а также возможность сбора на протяжении всей жизни животного. К преимуществам экспрессионных систем в молоке следует отнести быстроту, меньшую стоимость, высокую концентрацию целевого рекомбинантного белка (до 2 г на 1 л) [6]. Небольшое стадо трансгенных животных способно обеспечивать мировую потребность в фармпрепаратах. Некоторые системы получения рекомбинантных белков человека аккредитованы агенством министерства здравоохранения и социальных служб США (FDA) к использованию в промышленности.


Рекомбинантный белок

Фарм. компания

Антитромбин 3

GTC Biotherapeutics

Альфа-антитрипсин

PPL Therapeutics

8 фактор свертываемости крови

PPL Therapeutics

9 фактор свертываемости крови

PPL Therapeutics

Поликлональные антитела

Hematech

Лактоферрин

Pharming group

Кальцитонин

PPL Therapeutics


Таблица некоторых доступных на рынке рекомбинантных белков, полученных путем трансгенеза сельскохозяйственных животных [1]

.Методы генетической модификации млекопитающих:

Метод микроиньекций:
Генетическую чужеродную информацию вводят в мужской пронуклеус зиготы под микроскопом с 400- кратным увеличением. После зиготу культивируют до достижения ранних эмбриональных стадий (бластула, морула), проводят анализ на успешное внедрение трансгена, а затем пересаживают в матку гормонально синхронизированного животного. Недостатком данного метода является крайне низкая эффективность трансгенеза: только 5-10% эмбрионов претерпевает интеграцию трансгена в их геном. Среди преимуществ можно назвать относительную простоту осуществляемых операций. В настоящее время является наиболее распространенным методом.


Метод ретровирусной трансфекции

Лентивирусы ( семейство ретровирусов) являются эффективными векторами для доставки генов в зиготы и ооциты. После введения в околожелтковое пространство зигот, РНК вируса обратно транскрибируется, далее интегрируется в геном. Подготовка вектора состоит из нескольких стадий. В векторной конструкции гены, кодируюрущие структурные белки ретровируса (gag, pol, env),замешают другими маркерными генами. Источником структурных белков является клеточная линия, содержащая интегрированный в геном провирус. Данный провирус модифицируют таким образом, что у него отсутствует сигнал узнавания ψ, необходимый для упаковки вирусной РНК. Таким образом, транскрибируемая вирусная РНК не может быть упакована в вирусные частицы. РНК векторной конструкции, наоборот, содержит сигнал узнавания ψ и поэтому может быть упакована в рибонуклеопротеидный комплекс. Таким образом, происходит формирование инфекционных вирусных частиц, содержащих информацию ретровирусного вектора и переносящих ее в трансфицируемые клетки. Однако такие вирусные частицы не способны к образованию новых вирусов, так как в трансфицируемой клеточной линии отсутствует генетическая информация о структурных белках, необходимых для формирования вирусных частиц. Лентивирус-опосредованный перенос генов демонстрирует непревзойденную эффективность трансгенеза. Это обьясняется множественной интеграцией вируса в геном клетки. Однако данный факт несет в себе и серьезные недостатки, такие как повышение вероятности побочных эффектов из-за вставочного мутагенеза и активации онкогенов. Кроме того трансген может «умолкнуть» вследствие опознания вирусных последовательностей и их инактивации путем метилирования ДНК. Данный процесс протекает в клетках с неодинаковой вероятностью, что приводит к возникновению мозаичных организмов.[1]

Контроль экспрессии трансгенов

Установка трансгена под контроль конститутивного промотора приводит к побочным эффектам, связанным с плейотропным действием и хроническим отравлением генным продуктом. Индуцируемые ИПТГ, экдизоном, тетрациклином системы демонстрируют строгий контроль экспрессии. В настоящее время используются тканеспецифичные промоторы, осуществляющие экспрессию в заранее определенной ткани.

Использование плюрипотентных стволовых клеток.

Эмбриональные стволовые клетки обладают способностью органично включаться в процесс развития зародыша. После трансформации трансгеном и отбора таких клеток, они иньецируются в бластоцисту. В результате получается мозаичный организм, орган или ткань которого, произошедшие от внедренной плюрипотентной клетки, несут в себе трансген. В качестве преимущества следует упомянуть активность трансгена строго в этом органе или ткани. Недостатком является невозможность передачи трансгена потомству. Данный метод становится все более интересным в связи с недавним открытием возможности перепрограммирования дифференцированных клеток в плюрипотентные. [7]


Использование мужских половых клеток.

Сперматозоиды являются природным вектором, доставляющим ДНК в клетку. Использование спермиев в качестве переносчиков одной ДНК рассматривается как один из перспективных методов генетической модификации животных. Сперматозоиды способны поглощать ДНК и аккумулировать ее в ядре. Секреты придатков и семенных канальцев не блокируют этот процесс. В результате 60-70% сперматозоидов могут нести чужеродную информацию. [8]

Большое внимание привлекают манипуляции со стволовыми клетками семенников-сперматогониями. Была продемонстрирована возможность переноса сперматогониев от одного самца другому как у животных одного вида, так и между двумя видами. Половые клетки способны к длительному культивированию, что облегчает их трансформацию инородной ДНК.[9]

Нокдаун гена с помощью РНК- интерференции

РНК- интерференция является посттранскрипционным процессом регуляции генной активности, встречающийся в большинстве царств органического мира. Ключевую роль играет двуцепочечная РНК, нарезаемая на более мелкие одноцепочечные фрагменты, которые входят в состав комплекса RISC. Одноцепочечная РНК комплементарно связывается с участком мРНК, блокируя его трансляцию и запуская механизм ее ферментативной деградации. Система РНК- интерференции служит в природе для защиты от экспрессии вирусных мРНК. Синтетические малые интерферирующие РНК могут быть иньецированы в клетки или эмбрионы, а также введены в геном в виде генных конструкций для постоянной их экспрессии. Совместное использование РНК-интерференции и лентивирусной трансфекции является эффективным методом выключения генов в трансгенных животных. [10]

Области применения трансгенеза животных.

Использование технологий трансгенеза для увеличения мясной продукции

Разработка линии трансгенных мышей, экспрессирующих ген гормона роста крысы под контролем металлотионинового промотора позволила использовать трансгенез для увеличения мясной продукции. Суперэкспрессия гена гормона роста имеет и отрицательное влияние на здоровье животного. Следует отметить тяжелые поражения почек и печени и, как следствие, снижение продолжительности жизни таких трансгенных мышей. [11] Рост животного является сложным процессом, который зависит от действия генов, условий кормления и факторов окружающей среды. С генетической точки зрения особенно интересны гены, кодирующие протеины релизинг фактора гормона роста (РФ-ГР) и инсулинподобный фактор гормона роста (ИФ ГР). Было установлено стимулирующее действие гипофизарного ГР на молочную продуктивность коров. В настоящее время большее распространение получили иньекции рекомбинантного гормона роста, получаемого из микробиологических систем, по сравнению с генетической модификацией самих животных.

Ксенотрансплантация
Ксенотрансплантация зачастую является незаменимым хирургическим решением при постоянной нехватке донорских органов для пересадки. Выживаемость в первый год после трансплантации составляет 70-95%. Срок функционирования пересаженного органа оценивается в 10-15 лет. Наиболее подходящим донором органов для ксенотрансплантации считается свинья. Это обьясняется максимальной схожестью размеров, анатомии и физиологии свиных и человеческих органов. Кроме того, свиньи характеризуются быстрым ростом и многочисленным потомством. Среди основных побочных эффектов со стороны иммунной системы следует назвать отторжение органов, происходящее путем активации системы комплемента комплексом антиген-антитела. Для предотвращения отторжения органов, их модифицировали с целью экспрессии человеческих белков, ингибирующих систему комплемента. [12]

Устойчивость к заболеваниям
Заключение
С давних времен человечество влияет на окружающую среду и живые организмы. Ранее селекционные модификации проводили, основываясь на наблюдении фенотипа без понимания глубинных механизмов наследования. Сегодня с развитием научных знаний мы обладаем способностью локально и целенаправленно изменять ДНК, сообразуясь с нашими потребностями. Это открывает перед человечеством как новые возможности, так и ряд этических и экологических проблем. Технологии трансгенеза позволяют увеличивать производство яиц, молока, мяса и других продуктов с заранее заданными свойствами, а также служить источниками биологически-активных веществ. Хотя пока генетическая модификация животных- дорогой и нерентабельный процесс, но в будущем он изменит мировой сельскохозяйственный рынок.

Список литературы


  1. Advances in farm animal transgenesis. Wilfried A. Kues Heiner Niemann (Preventive Veterinary Medicine 102 (2011) 146–156 )

  2. Cohen SN, Chang AC, Boyer HW, Helling RB, 1973.Construction of biologically functional bacterial plasmids in vitro. (PNAS 70:3240–3244).

  3. Jaenisch R, Fan H, Croker B, 1975. Infection of preimplantation mouse embryos and of newborn mice with leukemia virus: tissue distribution of viral DNA and RNA and leukemogenesis in the adult animal. (PNAS 72: 4008–4012)

  4. Hammer R.E.,Pursel V.G.,Rexroad Jr., C.E.Wall, 1985.Production of transgenic rabbits, sheep and pigs by microinjection. (Nature 315, 680–683).

  5. Willadsen S.E. Nuclear transplantation in sheep embryos. (Nature 320,63-65)

  6. Animal transgenesis: state of the art and applications. Eduardo O. Melo, Aurea, M.O. Canavessi, Mauricio M. Franco, Rodolfo Rumpf (J Appl Genet 48(1), 2007, pp. 47–61)

  7. A Systematic Evaluation of Integration Free Reprogramming Methods for Deriving Clinically Relevant Patient Specific Induced Pluripotent Stem (iPS) Cells. Goh PA, Caxaria S, Casper C, Rosales C, Warner TT, Coffey PJ, Nathwani AC.(PLoS One. 2013 Nov 26;8(11))

  8. Foreign DNA introduced into the vas deferens is gained by mammalian spermatozoa. Huguet E, Esponda P. (Mol Reprod Dev. 1998 Sep;51(1):42-520.

  9. Transgenic modification of spermatogonial stem cells using lentiviral vectors. Dann CT. (Methods Mol Biol. 2013;927:503-18)

  10. Lyall, J., Irvine, R.M., Sherman, A., McKinley, T.J., Núnez, A., Purdie, A., Outtrim, L., Brown, I.H., Rolleston-Smith, G., Sang, H., Tiley, L., 2011. Suppression of avian influenza transmission in genetically modified chickens. (Science 14, 223–226).

  11. Wolf E, Kahnt Е Effects of long-term elevated serum levels of growth hormone on life expectancy of mice: lessons from transgenic animal models. Mech Ageing Dev. 1993 May;68(1-3):71-87

  12. Diamond LE, Quinn CM, Martin MJ, Lawson J, Platt JL, Logan JS, 2001. A human CD46 transgenic pig model system for the study of discordant xenotransplantation. (Transplantation 71: 132–142)

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconИздательства или провайдера
Иф 01. 503, самый высокий иф имеет журнал “Reviews of Modern Physics” (журнал aps) – 32. 771. Иф этого журнала с 2001 г возрос почти...
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconКниги: Jayantha Katupitiya, Kim Bentley. Interfacing with C++: Programming...
Содержание книги Jayantha Katupitiya, Kim Bentley. Interfacing with C++: Programming Real-World Applications 3
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconToxicology, biophysics. From fundamental biomedical research to applications....

This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconStem -центры г. Нижний Новгород
Название учреждения образования: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №108»
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Активная лексика/структуры: fair hair, puppet, jack-in the-box, big, small, She/he has got
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconTopic “Present Continuous Tense. Review.”
Задачи: обеспечить тренировку грамматического материала в серии коммуникативных упражнений
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Познавательный аспект – знакомство с информацией о платформе «Планета животных» («Animal Planet»), участвующей в параде
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Калининград, Россия Summary. The article discusses the pedagogical approaches and practical experience of dealing with the ethical...
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconПатентам и товарным знакам (19)
Войнов в. Б. и др. Методы оценки состояния систем кислородообеспечения организма человека. 2000, РнД, с. 34-36. Esilevskii ym. Novel...
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconУрок в 6 классе на тему: “Whipsnade Wild Animal Park”
Оснащение: фотографии заповедников и животных, презентация о заповеднике, презентации с загадками, бумага для написания заметок,...
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconStem-томография для просвечивающего электронного микроскопа
Программа предназначена для проведения томографических экспериментов в электронном микроскопе Zeiss Libra 200 hr fe в сканирующем...
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconЭмир Хетсрони. Четыре десятилетия насилия в прайм-тайм: метаанилитический обзор
Материал опубликован: Amir Hetsroni. Four Decades of Violent Content on Prime-Time Network Programming: a longitudinal Meta-Analytic...
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconДополнительная образовательная программа «Исследователи природы»...
А наличие живого уголка, обеспечивает постоянное общение с животными, что играет огромную роль в их психо эмоциональном развитии,...
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconText Mongolia presses on key mine project 21-24 Text Emerging markets...
Целью 5 упражнения является развитие навыков устной речи. Упражнение 6 в каждой части пособия дает пример развернутого и логичного...
This small review focuses on some approaches to animal transgenesis like lentiviral vectors, pluripotent stem cells, gene knockdown, etc. Emerging applications iconНазвание книги по-русски в английской транслитерации, потом в квадратных...
...


Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
100-bal.ru
Поиск