Скачать 103.94 Kb.
|
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:
Приоритетность развития данных направлений трансгенеза в животноводстве обусловлена потребностями современного рынка, так как они
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.
Таблица основных достижений генетической модификации животных К текущему году достигнуты многие практические результаты, такие как:
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.
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
|
Издательства 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... | Книги: Jayantha Katupitiya, Kim Bentley. Interfacing with C++: Programming... Содержание книги Jayantha Katupitiya, Kim Bentley. Interfacing with C++: Programming Real-World Applications 3 | ||
Toxicology, biophysics. From fundamental biomedical research to applications.... | Stem -центры г. Нижний Новгород Название учреждения образования: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №108» | ||
Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Активная лексика/структуры: fair hair, puppet, jack-in the-box, big, small, She/he has got | Topic “Present Continuous Tense. Review.” Задачи: обеспечить тренировку грамматического материала в серии коммуникативных упражнений | ||
Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Познавательный аспект – знакомство с информацией о платформе «Планета животных» («Animal Planet»), участвующей в параде | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Калининград, Россия Summary. The article discusses the pedagogical approaches and practical experience of dealing with the ethical... | ||
Патентам и товарным знакам (19) Войнов в. Б. и др. Методы оценки состояния систем кислородообеспечения организма человека. 2000, РнД, с. 34-36. Esilevskii ym. Novel... | Урок в 6 классе на тему: “Whipsnade Wild Animal Park” Оснащение: фотографии заповедников и животных, презентация о заповеднике, презентации с загадками, бумага для написания заметок,... | ||
Stem-томография для просвечивающего электронного микроскопа Программа предназначена для проведения томографических экспериментов в электронном микроскопе Zeiss Libra 200 hr fe в сканирующем... | Эмир 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... | ||
Дополнительная образовательная программа «Исследователи природы»... А наличие живого уголка, обеспечивает постоянное общение с животными, что играет огромную роль в их психо эмоциональном развитии,... | Text 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... | ||
Название книги по-русски в английской транслитерации, потом в квадратных... ... |