Transgene živali: za kaj gre? Možnosti za nastanek in uporabo transgenih živali z novimi koristnimi lastnostmi

Transgenske živali, katerih primeri so podani spodaj, so bili pridobljeni eksperimentalno. V vseh svojih celicah vsebujejo dodaten DNA-transgen, vdelan v celice živali s kromosomi in tam se uresničuje. Transgen je podedovan, v skladu z zakoni Mendela.

Razlogi za ustvarjanje

Transgene rastline in živali se razlikujejo po stopnji zapletenosti njihovega ustvarjanja. Živali se uporabljajo za reševanje teoretičnih problemov v biomedicini in kmetijstvu. Med razlogi za ustvarjanje transgenih organizmov je mogoče navesti naslednje:

• živali z genom rastnega hormona pod enakimi pogoji vsebine povzročijo večje stopnje rasti;
• okrepiti odpornost na okužbe;
• za pridobivanje biološko aktivnih snovi;
• za pridobivanje človeškega proteina iz transgenskih živali;
• Uporaba živali kot bioreaktorjev za pridobivanje zdravil.

Prve takšne živali so leta 1974 v Cambridgeu pridobili znanstvenik Rudolf Janisch. Injekcijo virusa virusa opice v mišji zarodek. V Rusiji so bile prve transgenske živali vzrejene leta 1982.

Prejemanje

Zakaj potrebujemo transgene živali? Njihova nastanitev poteka s prenosom klonirane DNK v jedra oplojenih jajc, ki se imenujejo zygotes ali steblo embrionalnih celic. Nato se reprodukcijski organi zamenjajo z spremenjenimi zigotami ali ovulami.

Če ne gre za podrobnosti, je celoten postopek naslednji:

1. Klonirani gen se vnese v jedro ovul, ki je bil predhodno oplojen.
2. Gnojenimi ovulami z vgrajeno DNA se dajo v vnaprej izbrano žensko za nadaljnjo gestacijo transgenega ploda.
3. Potomstvo, rojeno z uvedbo tuje DNA, je izbrano tako, da je klonirani gen v vsaki celici pridobljenega organizma.
4. Pasme živali, ki v celicah klicne linije nosijo kloniran gen.
5. Tako dobimo novo gensko linijo.

Takšni posegi so zelo dragi glede na čas, potreben za to. Kljub temu postane transgeneza močno orodje za preučevanje človeških bolezni. S pomočjo transgeneze poteka delo na genski spremembi mlečnih žlez živali, da pridobimo iz mleka beljakovine, ki so enake človeškemu, in tudi za proizvodnjo farmacevtskih pripravkov.

Metode transgeneze živali

Za kaj gre? Transgene živali so ločeni posamezniki, za katere je genom značilno umetno dopolnjene genske informacije. Transgen je v enem primeru neodvisna regija DNK z lastnimi regulativnimi sekvencami. V drugem je DNA-hibridni (rekombinantni) gen, ustvarjen iz različnih molekul.

Transgen je tujec gen, ki ga umetno uvrstimo v DNA živali živali. In transgeneza je proces integracije in prenosa tujih genskih informacij v genom živalske vrste.

Obstajajo določene metode za proizvodnjo transgenih živali. Med njimi so:

1. Metoda mikroinjektiranja.
2. Način uporabe retrovirusnih vektorjev.
3. Presaditev celičnih jeder, ki se gojijo in vitro.
4. Metoda liposomov - nosilci DNA.
5. Način uporabe testisov testenin.

Metoda mikroinjektiranja

Prvič je bila uporabljena metoda mikroinjektiranja za proizvodnjo transgenih živali. To se je zgodilo leta 1985 istočasno v dveh raziskovalnih laboratorijih. Eden je pripadal Združenim državam, drugi pa v Nemčiji. Trenutno je ta metoda najpogosteje uporabljena.

Metoda mikroinjectiona temelji na uvajanju raztopine genskih konstruktov v moški pronucleus (predhodnik jedra) zigotov. Ko se oploja v jajcu, se oblikujejo dve jedri, od katerih je eden moški (moški pronucleus), drugi - ženski (ženski pronucleus). Moški in ženski pronuclei po konvergence združimo v skupno jedro s spojino paternaiističnih in mater kromosomov v eni genotip zarodka.

Uspeh mikroinjektiranja se lahko oceni s povečanjem prostornine pronucleullaus za faktor 1,5. Ko je postopek končan, nastali embriji gojijo več ur, nato pa se v maternico hkrati vstavi več samic.

Po rojstvu potomcev se opravi analiza za integracijo transgena z vzorčenjem. Število transgenih otrok iz skupnega števila potomcev, rojenih s pomočjo te metode, je zelo nepomembno. Pri testnih miših je to približno 15%, pri prašičih - od 10 do 15%, pri ovcah, kozah in govedu, ta indikator upravlja od 5 do 10%. Za izboljšanje tega razmerja znanstveniki delajo še danes.

Način uporabe retrovirusnih vektorjev

Prenos DNA v embrionalne linije živali s pomočjo retrovirusnih vektorjev je precej učinkovita metoda. Retrovirusi so nuklearni virusi. Njihov genetski material je enoverižna ribonukleinska kislina (RNA).

Retrovirusi so lahko ekotropni, ki se lahko reproducirajo v celicah ene vrste živali ali več povezanih vrst. Na primer, virusa miši leukemije se lahko pomnoži le v mišjih ali podganjih celicah. Amfiotropski virusi se lahko razširijo na številne vrste živali.

Retrovirus prodira v celico s pomočjo mikropinocitoze - transport majhnih molekul. V nekaterih virusih transkripcija poteka v jedru celice, v drugih - v citoplazmi. Če pride do integracije v genom generativnih celic, potem retrovirusi podedujejo potomci. Tu govorimo o endogenih retrovirusih.

Prvič je bila v odraslih mišjih celicah leta 1974 odkrita virusna DNA. Zigotska okužba v večini primerov vodi k nastanku transgenih živali, saj je integracija možna, če celica vstopi v posredno delitev po replikaciji DNK.

Prednosti uporabe retroviralnih vektorjev:

1. Skoraj 100% embrijev, zdravljenih z retrovirusom, lahko okužimo.
2. Postane mogoče genska terapija dednih bolezni.
3. Retrovirusi omogočajo preoblikovanje posameznih organov (npr. Mlečne žleze za povečanje mlečnosti).

Pomanjkljivosti uporabe retrovirusnih vektorjev:

1. Omejena zmogljivost.
2. Preprečevanje izražanja transgena in vivo.
3. Nizki titer (rešen s psevdotiranjem).
4. Možnost celičnih onkogenov.
5. Nepovratnost prenosa z dedovanjem preoblikovanja posameznih organov.

Metoda presaditve celičnih jeder

Posebna značilnost metode je uporaba transformiranih celičnih linij za proizvodnjo transgenih posameznikov, ki uporabljajo genske konstrukte. Za to se vzamejo stebelne linije, kot tudi somatske celice, ki se kultivirajo in vitro, to je, in vitro.

Ena od metod jedrske presaditve je metoda mikromanipulacije in je sestavljena iz naslednjega:

1. S pomočjo mikropipete se pronuclei ekstrahirajo, potem ko so prebodene cone pellucida in cone plazemske membrane.
2. V pipeto z velikim premerom v isti punkti je vstavljeno jedro s kompletnim kompletom kromosomov od darovalca.

S to metodo je citoplazma zigote precej manj ranjena, kot je donatorsko jedro.

Obstaja še en način presaditve jedra. Ta metoda zajema uporabo v ta namen citokalazinov, to je snovi, ki se s pomočjo gliv sintetizirajo. Struktura mikrofermentov (niti sestojijo iz kroglastih aktin proteinskih molekul) sesuje citohalazina B, po katerem se jedro lahko namesti na edinstven način.

Jedro s pomočjo tankega nit citoplazme ostane povezano s celico. Potem se ta povezava umetno raztrga s centrifugiranjem. Obstajajo citoplasti (celice brez jedra) in karyoplastov (jedra, obkrožena s citoplazmo). V gostotnem gradientu so citoplasti ločeni od nepoškodovanih celic in jih je mogoče uporabiti za povezavo z drugimi karioplastnimi celicami, da se oblikujejo sposobne celice.

Metoda liposomov - nosilci DNA

To je najbolj neškodljiva metoda transgeneze. Njegova značilnost je uporaba liposomov za ohranjanje in prenos genov v njih. Liposomi so ustvarjeni z različnimi lastnostmi. Niso imunogeni in nimajo strupenosti.

Vendar ta metoda ni učinkovita, ker DNA, ki se na ta način prevaža v celico, takoj zajamejo lizosomi in jih uničijo.

Način uporabe testisov testenin

Sperm je naravni vektor, ki transportira DNA v celico. Toda študije na tem področju so pokazale mešane rezultate metode. V poskusih, M. Lavitrano leta 1989 doživel 30% miši, ki so bili pridobljeni z uporabo modificiranega vbrizganjem sperme v negnojenih jajca mišje so Transgenska, in lahko prenaša transgen je dedna.

V drugem primeru številni poskusi ponovitve tega rezultata v drugih laboratorijih niso bili uspešni, pod različnimi pogoji so bili doseženi različni rezultati. Iz vsega tega lahko naredimo domnevo, da je uspešna transformacija DNA opazovana le v določeni stopnji celičnega cikla. Do sedaj so v teku študije za določitev mehanizma za vdelavo eksogene DNA v genom spermijev.

Sposobnost uporabe po krioprezervacija spermatozoida je pozitivna lastnost te metode. Negativna stran je veliko število mikromanipulacij, ki so potrebne za transgenezo s to metodo.

Ampak še vedno imajo spermatozoi sposobnost, da absorbirajo DNA in jo hranijo v jedru. Obstaja več načinov za dosego večje učinek sperme DNA s spojino: liposoma injiciranjem v testisih, semenskih tubulov z oblikovanjem pore v lipidnih membran pod vplivom električnega polja.

Odklopljeni geni

Izklop gena je zatiranje genovske ekspresije, to je genski utišanje ali gene knockout. V tem procesu preneha izražanje potrebnega gena, vendar zaporedje nukleotidov ostane nespremenjeno.

Izklop gena se lahko pojavi, ko prenašate podatke iz DNA v RNA, to je transkripcijo in za njim. Mehanizmi deenergiranja genov ščitijo telo pred virusi in gnezdijo gene. Zato je dušenje del imunskega sistema, ki ščiti pred tujimi DNK. Transgene živali z geni se izklopijo in njihovo nastajanje imenujemo gensko usmerjanje.

Gensko dediščino, v skladu z zakoni Mendela

Mendelovi zakoni opisujejo značilnosti prenosa iz organizma staršev na telo mladiča, značilnosti, ki nosijo dedno zapuščino. Ta načela so osnova klasične genetike. V bistvu se v vseh znanstvenih članka razkrije eno od Mendelovih pravil in nekaj zakonov.

Pravilo prve generacije hibridov in njihova enotnost je, da ti hibridi vedno podedujejo eno od značilnosti staršev.

Zakon cepitve znakov je prvi zakon Mendela. To pravi frac34-eksperimentalne živali so pokazale prevladujoče znake, in frac14- - recesivno.

Zakon neodvisne dediščine značilnosti je drugi zakon. Tukaj Mendel opisuje porazdelitev značilnosti, ko prehaja hibrid in dihidrira.

Koristne lastnosti

Ustvarjanje transgenih živali z novimi koristnimi lastnostmi je stalen proces.

Transgene živali, katerih primeri so navedeni spodaj, že obstajajo v sodobnem svetu:

• V Združenem kraljestvu so ovce izločale transgenezo. Mleko teh živali vsebuje dejavnik, ki prispeva k koagulaciji krvi.

• Pri transgenih prašičih, ustvarjenih v Rusiji, se je metabolizem spremenil z uvedbo somatotropinskega gena, ki je omogočil zmanjšanje vsebnosti maščobe v mesu.
• Američani delajo na ustvarjanju krav, katerih mleko vsebuje humani albumin, ki se uporablja za vzdrževanje normalnega krvnega tlaka.

Možnosti za uporabo transgenih živali

V bližnji prihodnosti je načrtovano ustvariti takšne živali, nekatere od katerih so izločene geni, drugi pa so vključeni v njihov genom.

• Priprava modificiranega mleka.

Predpostavlja se, da bo tako mleko v njegovi sestavi čim bližje sestavi človeškega mleka. V tej smeri se delo izvaja z embrionalnimi izvornimi celicami.

• Uporaba transgenih živali za pridobitev organov, ki se presadijo na ljudi.

Ni skrivnost, da človeštvo potrebuje donatorske organe. Zdaj se genetika ukvarja s povečevanjem takšnih organov v telesu živali. Na primer, organi prašičev bi lahko prišli do njihove velikosti in sestave. Ampak jih bo človeški imunski sistem takoj raztrgal. Da se to ne bi zgodilo, se ustvari transgenski prašiček, v katerem se geni histokompatibilnosti izklopijo in namesto tega uvedejo geni za histokompatibilnost človeka.

• Kloniranje transgenih živali.

Ustvarjanje transgenih živali je delovno intenziven proces. Statistični podatki kažejo, da za 100 vbrizganih ovc zigote, 40 miših zigotov in 1500 zigotov krave predstavljajo manj kot 50% posameznikov, ki izražajo transgene beljakovine. Če se doseže uspešen poskus pridobitve transgene živali, ni nujno, da transgene podedujejo njegovi potomci. Zato je kloniranje živali z potrebnimi genetskimi parametri optimalen izhod.