Біотехнологія у тваринництві. Біотехнологія у тваринництві (1)

Біотехнологічні методи підвищення продуктивності сільськогосподарських тварин

9. Біотехнологія у тваринництві

Що таке біотехнологія тварин? На даний момент біотехнології набувають все більшої ролі у підвищенні прибутковості тваринництва. Впровадження результатів біотехнологічних досліджень у тваринництво відбувається насамперед у таких галузях діяльності: 1. Поліпшення здоров'я тварин за допомогою біотехнології; 2. Нові досягнення у лікуванні людей за допомогою біотехнологічних досліджень на тваринах; 3. Поліпшення якості продуктів тваринництва за допомогою біотехнології; 4. Досягнення біотехнології в охороні навколишнього середовища та збереження біологічного розмаїття. Біотехнологія тварин включає роботу з різними тваринами (скотом, свійським птахом, рибою, комахами, домашніми тваринами і лабораторними тваринами) і дослідницькими прийомами - геномікою, генною інженерією і клонуванням.

Накази регулятивних органів щодо біотехнології тварин розглядаються Управлінням з розробки політики в галузі науки та техніки з метою узгодження діяльності урядових органів для забезпечення раціонального наукового підходу. Незважаючи на величезну кількість продуктів, що розробляються, регуляторних документів у друкованому вигляді існує не так багато. У 2003 році Центр ветеринарної медицини FDA опублікував попередню версію посібника з оцінки ризику при клонуванні худоби та безпеки вживання харчових продуктів, виготовлених з м'яса клонованих тварин. Фахівці FDA дійшли висновку про придатність м'яса та молока клонованих тварин до споживання. Наступним кроком є ​​повне врегулювання питань щодо оцінки ризику та пропозицій щодо процесу управління ризиками.

Підвищення продуктивності худоби Керівники тваринницьких господарств безпосередньо зацікавлені у підвищенні продуктивності сільськогосподарських тварин. Їх кінцевою метою є збільшення кількості продукції (молоко, яєць, м'яса, вовни) без збільшення витрат на утримання поголів'я. Збільшення м'язової маси з одночасним зниженням кількості жиру в організмі м'ясних тварин з давніх-давен є метою селекціонерів. Біотехнологія допомагає покращити продуктивність худоби за допомогою різних варіантів селекційного розведення.

Для початку відбираються особини, що володіють бажаними характеристиками, після чого замість традиційного схрещування проводиться паркан сперми і яйцеклітин і подальше екстракорпоральне запліднення. Через кілька днів ембріон, що розвивається, імплантується в матку сурогатної матері відповідного виду, але необов'язково тієї ж породи. Іноді ембріон ділиться кілька частин, кожна з яких імплантується окремо.

Така форма клонування вже протягом кількох десятиліть використовується для швидкого поліпшення генетичних характеристик сільськогосподарських тварин. Методи геноміки також використовуються для вдосконалення традиційних селекційних підходів.

У 2003 році був офіційно зареєстрований перший перевірений за допомогою методу поліморфізму одного нуклеотиду (SNP - single nucleotide polymorphisms) геном великої рогатої худоби м'ясного спрямування. SNP-метод використовується для ідентифікації генних кластерів, відповідальних за формування тієї чи іншої ознаки, наприклад, за підсмаження тварини. Після чого за допомогою методів традиційної селекції виводяться породи, що в даному випадку відрізняються підвищеною м'язистістю. У всьому світі ведеться активна робота з секвенування геномів різних тварин та комах. У жовтні 2004 року було оголошено про успішне завершення проекту із секвенування коров'ячого геному (Bovine Genome Sequencing Project). У грудні 2004 року було також успішно завершено секвенування геному курки.

Біотехнологічна промисловість пропонує ряд рішень проблеми нешкідливості харчових продуктів, таких як захворювання тварин, що передаються людині, і харчові патогени. За допомогою таких біотехнологічних методик, як нокаутування генів та клонування, вчені створюють експериментальні породи тварин, стійкі до викликаної пріонами губчастої енцефалопатії.

Біотехнологія забезпечує принципово нові підходи до поліпшення здоров'я тварин та продуктивності худоби та свійської птиці. Це покращення можливе за рахунок удосконалення діагностики, лікування та профілактики захворювань; використання високоякісних кормів, які виробляються з трансгенних сортів кормових рослин; а також за рахунок підвищення ефективності виведення нових порід.

Сучасна ветеринарна промисловість має величезний набір засобів для профілактики та лікування захворювань, потенційно здатних викликати епізоотію та загибель сільськогосподарського поголів'я. Своєчасна діагностика та лікування у комбінації з активними профілактичними заходами сприяє зниженню витрат на виробництво продуктів харчування, а також покращенню стану здоров'я тварин у цілому та, відповідно, підвищенню безпеки харчових продуктів. - біотехнологія дозволяє фермерам негайно діагностувати за допомогою тестів на основі ДНК-типування та визначення наявності антитіл наступні інфекційні захворювання: бруцельоз, псевдобешенство, пронос, ящур, лейкоз птахів, коров'яче сказ та трихінельоз; - незабаром ветеринари отримають у своє розпорядження біотехнологічні засоби для лікування різних захворювань, у тому числі ящуру, свинячої лихоманки та коров'ячого сказу; - нові біологічні вакцини використовуються для захисту тварин від широкого спектру захворювань, включаючи ящур, пронос, бруцельоз, легеневі інфекції свиней (плевропневмонію, пневмонічний пастерельоз, ензоотичну пневмонію), геморагічну септицемію, пташину холеру, псевдочу умовах риби; - активна робота ведеться над створенням вакцини проти африканського захворювання худоби, що дістала назву лихоманки Східного узбережжя.

У разі успіху ця вакцина стане першим препаратом для боротьби з найпростішими та водночас першим кроком на шляху до розробки протималярійної вакцини; - молекулярні методи ідентифікації патогенів, такі як геномна дактилоскопія, дозволяють спостерігати за поширенням захворювання всередині стада та від популяції до популяції та ідентифікувати джерело інфекції; - генетичний аналіз патогенезу захворювань тварин веде до поліпшення розуміння факторів, що викликають захворювання не тільки тварин, а й людини, та підходів до контролю над ними; - Покращені за допомогою біотехнології сорти кормових рослин забезпечують підвищення поживності кормів за рахунок додаткового вмісту в них амінокислот і гормонів, що призводять до прискорення росту тварин та підвищення їх продуктивності.

Біотехнологічні прийоми дозволяють підвищити засвоюваність грубих кормів. Вчені працюють над новими сортами рослин для створення їстівних вакцин для сільськогосподарських тварин. У найближчому майбутньому фермери отримають можливість годувати свиней генетично модифікованою люцерною, яка стимулює специфічний імунітет до небезпечної кишкової інфекції - дослідники працюють над вакциною, яка могла б стати альтернативою кастрації худоби. Телят каструють з метою зниження агресії, а поросят - щоб уникнути появи специфічного запаху, що робить неїстівним м'ясо некастрованих кабанів.

Нова вакцина забезпечить стерилізацію тварин без хірургічного втручання, не чинячи при цьому негативного впливу на зростання тварин. Окрім діагностичних тестів, вакцин та лікарських препаратів, що використовуються для підтримки здоров'я сільськогосподарських тварин, біотехнологія відіграє все більш важливу роль у виведенні нових порід. Методи генетичного картування дозволяють виявляти генетично стійких до різних захворювань тварин та використовувати їх у селекційних проектах для отримання здорового стійкого до хвороб потомства.

З іншого боку, тварини з генетичними дефектами також можуть бути ідентифіковані і вилучені з процесу селекції - нові ДНК-тести дозволяють виявляти свиней, що страждають на генетично обумовлений свинячий стрес - синдром, що характеризується тремтінням і загибеллю тварин при впливі стресових факторів, що передаються у спадок можуть бути ідентифіковані за допомогою ДНК-тестів, які в даний час використовуються в національних селекційних програмах в Японії.

З їх допомогою можна виявити дефект адгезії лейкоцитів, що характеризується бактеріальними інфекціями, що повторюються, затримкою росту і загибеллю протягом першого року життя; недостатність фактора згортання крові XIII; спадкові форми анемії та затримку зростання великої рогатої худоби. Підвищення якості продуктів тваринництва Використання біотехнології здатне значно покращити якість продуктів тваринництва, які вживаються в їжу і використовуються в інших цілях. Частина покращень відбувається завдяки використанню ветеринарних вакцин, ліків та діагностичних тестів.

Однак великі досягнення були зроблені біотехнологами і на клітинному рівні за допомогою перенесення генів та клонування. До таких здобутків відносяться: - можливість створення генетично модифікованих корів, овець та свиней зі зниженим вмістом жиру та підвищеним - пісного м'яса; - проекти з генетичного картування дозволяють фермерам виявляти високопродуктивних особин включення в селекційні програми; - вакцини знаходять нові сфери застосування, у тому числі використовуються для стимуляції імунної системи індичок, що пригнічує у них тенденцію до припинення відкладання яєць; - інші вакцини підвищують ефективність травлення корму або впливають на продукцію гормонів, що призводить до прискорення росту тварин.

Деякі вакцини сприяють синтезу більшої кількості молока або зниженню жирності м'яса; - генетично модифіковані корови виробляють «дизайнерське молоко», що містить підвищену кількість білків, необхідних для повноцінного вигодовування дітей чи виробництва кисломолочної продукції; - австралійські вчені розробили метод отримання більшої кількості вовни за рахунок згодовування вівцям генетично модифікованого люпину, дикий варіант якого складає основну частину їхньої літньої дієти; - в даний час ведеться робота над створенням генетично модифікованих креветок, що не містять білка, що у 80% випадків є причиною алергії на креветки.

Дослідження, проведені фахівцями Національної академії наук США, продемонстрували безпеку використання клонованих та генетично модифікованих тварин для виробництва продуктів харчування. Генетично модифіковані версії деяких кормових культур нині перебувають у стадії тестування. Метою їх створення є підвищення якості білків, жирів і засвоюваності енергії кормів, що виготовляються на їх основі. Одна з таких культур розробляється для збільшення терміну зберігання яловичини за рахунок підвищення антиоксидантних властивостей жирів, що входять до її складу.

Актуальні напрями вирішення проблем інноваційного розвитку тваринництва у РФ

Агропромисловий комплекс є складною соціально-економічною системою, що складається з різних структурно-утворюючих елементів або підсистем. Його центральною ланкою є сільське господарство.

Біотехнологічні методи підвищення продуктивності сільськогосподарських тварин

Що таке біотехнологія тварин? На даний момент біотехнології набувають все більшої ролі у підвищенні прибутковості тваринництва.

Біотехнологія на варті врожаю

В даний час значна частина врожаю сільськогосподарських рослин - близько 30% - гине від шкідників та хвороб. Зусилля фахівців у галузі Захисту рослин - галузі сільсько-господарської науки.

Групи крові та трансплантація ембріонів

2.1 Переваги технології трансплантації ембріонів у відтворенні та селекції Селекційно-племінна робота у тваринництві вікова. Плоди її складаються десятиліттями.

Використання гетерозису підвищення продуктивних якостей тваринництва

Під гетерозисом розуміють перевагу потомства I покоління над батьківськими формами по життєздатності, витривалості, продуктивності, що виникає при схрещуванні різних рас, порід тварин та їх зональних типів (Е.К. Меркур'єва та ін., 1991).

Організаційно-економічне обґрунтування розвитку галузі скотарства ФДУП "Григор'ївське"

Рівень продуктивності тварин у планованому році передбачається досягти за рахунок збільшення продуктивності, їх поголів'я, а також удосконалення способів догляду за тваринами.

Організація внутрішньогосподарських виробничо-економічних відносин у сільськогосподарських підприємствах

Організація та оплата праці у молочному скотарстві

1.1 Нормування праці тваринництві Нормування праці - це визначення необхідних витрат часу виробництва одиниці виробленої продукції різних організаційно-технічних умовах...

Під організацією оплати праці на підприємстві розуміється розробка та побудова системи її регулювання та диференціації за категоріями працівників залежно від складності та умов виконуваних робіт.

Організація оплати праці тваринництві

У тваринництві праця робітників оплачується за акордно-преміальною, відрядно-преміальною, погодинно-преміальною, а також від валового доходу. Але основною у цій галузі є оплата за продукцію, тобто за кінцевий результат...

Організація племінного господарства

Відбір у тваринництві, вид штучного (методичного) відбору; вибір на плем'я найцінніших у господарському відношенні тварин. Повна інформація про поняття "відбір у тваринництві". Відповідно до загальноприйнятого визначення...

Клонування тварин та рослин. Клонування тварин. Генетична інженерія у біотехнології.

Клонування тварин та рослин.Клонування (англ. Cloning від ін. - грец. Κλών - «гілочка, втеча, син») - у найзагальнішому значенні - точне відтворення будь-якого об'єкта будь-яку необхідну кількість разів. Об'єкти, отримані в результаті клонування (кожен окремо і вся їхня сукупність) називаються клоном. Терміни "клон", "клонування" спочатку використовувалися в мікробіології та селекції, після - в генетиці, у зв'язку з успіхами якої і увійшли до загального вживання. Треба додати, що їхньої популяризації значною мірою сприяли також кіномистецтво та література. Слід мати на увазі, що точне відтворення тварини або рослини як при природному, так і при штучному клонуванні неможливо. Новий організм у будь-якому разі відрізнятиметься від материнського за рахунок соматичних мутацій, епігенетичних змін спадкового матеріалу, впливу навколишнього середовища на фенотип та випадкових відхилень, що виникають у ході онтогенезу. Клонування тварин. Американські дослідники С. Стік і Дж. Робл, використовуючи методику Мак Грата і Солтера, в 1988 р. отримали 6 живих кроликів, пересадивши ядра 8 клітинних ембріонів однієї породи в позбавлені ядра яйцеклітини кроликів іншої породи. Фенотип народжених повністю відповідав фенотипу донора. У цих експериментах лише 6 із 164 реконструйованих яйцеклітин (3,7 %) розвинулися у нормальних тварин. Це, звичайно, дуже низький вихід, що практично не дозволяє розраховувати на отримання таким методом клону генетично ідентичних тварин. Цінність цієї роботи тим щонайменше у цьому, що вона показала можливість клонування ембріонів кроликів. Перші успішні експерименти з клонування сільськогосподарських тварин були проведені С. Уілладсіном (S. Willadsen) у 1986 р. Він зливав без'ядерні яйцеклітини з бластомірами, виділеними з 8 та 16 – клітинного ембріона вівці. Дж. Робл та його співробітники в 1987 р. провели роботи з пересадки ядер великої рогатої худоби. Вони пересаджували в зиготи каріопласти - чоловічий і жіночий пронуклеуси в місці з навколишньою цитоплазмою, а також ядра 2, 4 або 8 - клітинних ембріонів корови. Спочатку зиготи центрифугували, щоб звільнити пронуклеуси від навколишніх гранул жовтка, після чого ядра були добре видно під мікроскопом, що значно полегшувало їх видалення. За допомогою маніпулятора та загостреної скляної мікропіпетки витягували один із бластомерів у місці з ядром із ранніх зародків і переносили його в енуклейовану зиготу. Реконструйовані зародки були поміщені в агаровий циліндр і пересаджені в перев'язаний яйцевод вівці. Через п'ять днів культивування їх вимивали, звільняли від агару та досліджували. Реконструйовані зародки у цій роботі розвивалися лише у випадках, як у зиготи пересаджували пронуклеуси: 17 % таких зародків досягли стадії морули чи бластоцисти. Два зародки були пересаджені другому реципієнту - в матку корови, і їх розвиток завершився народженням живих телят. Якщо як донори використовували ядра 2 - ,4 - або 8 - клітинних зародків, то реконструйовані яйцеклітини не розвивалися навіть до стадії морули. Пізніше були й успішніші роботи. С. Віладсін (1989), зокрема, повідомив, що йому вдалося отримати чотирьох генетично ідентичних бичків холстейнської породи в результаті пересадки в реципієнтні яйцеклітини ядер бластомерів одного 32 клітинного зародка. Автор стверджував, що більшість ядер зберігає тотипотентність на 32 – клітинній стадії, а значна частина навіть на 64 – клітинній стадії, забезпечуючи нормальний розвиток реконструйованих яйцеклітин до стадії ранньої бластоцисти в яйцеводі вівці. Після пересадки в матку корів - остаточних реципієнтів, як вважає автор, вони можуть і надалі нормально розвиватися. К. Бондіолі та співавтори (1990), використовуючи як донори ядер16 - 64 - клітинні зародки корів, трансплантували 463 реконструйованих зародка в матку синхронізованих реципієнтів, і було отримано 92 живих теляти. Сім із них були генетично ідентичні, являючи собою клон, отриманий внаслідок пересадки ядер клітин одного донорського ембріона. Таким чином, клітинні ядра зародків великої рогатої худоби досить довго зберігають тотипотентність та можуть забезпечити повний розвиток реконструйованих яйцеклітин. Інакше висловлюючись, методичні проблеми клонування зародків великої рогатої худоби фактично вирішені. Експериментів із клонування свиней небагато. Успішні дослідження провели Р. Пратер зі співробітниками в 1989 р. Убогість даних, мабуть, пов'язана з певними труднощами роботи з цим об'єктом. У 1993 – 1995 роках група дослідників під керівництвом Я. Уїлмута (Ian Wilmut) з Рослинського інституту отримала клон овець – 5 ідентичних тварин, донорами ядер яких була культура ембріональних клітин. Клітинну культуру отримували так: виділяли мікрохірургічно ембріональний диск з 9-денного овечого ембріона (бластоцисти) і культивували клітини in vitro протягом багатьох пасажів (принаймні до 25). Спочатку клітинна культура нагадувала культуру стовбурових недиференційованих ембріональних клітин, але невдовзі, після 2 – 3 – х пасажів, клітини ставали ущільненими та морфологічно подібними до епітеліальних. Ця лінія клітин з 9 - денного зародка вівці була позначена як TNT 4. Щоб донорське ядро ​​і реципієнтна цитоплазма знаходилися на подібних стадіях клітинного циклу, зупиняли поділ культивованих клітин TNT 4 на певній стадії (GO) і ядра цих клітин пересаджували на стадії метафази ІІ). Реконструйовані ембріони укладали в агар і трансплантували перев'язані яйцеводи овець. Через 6 днів ембріони вимивали з яйцеводи першого реципієнта та досліджували під мікроскопом. Відбирали ті, що досягли стадії морули чи бластоцисти і пересаджували їх у матку вівці – остаточного реципієнта, де розвиток продовжувався до народження. Народилося 5 ягнят (самок) з них 2 загинули невдовзі після народження, 3-й у віці 10 днів, а 2, що залишилися, нормально розвивалися і досягли 8 - 9-місячного віку. Фенотипово всі ягнята були подібні до породи овець, від якої отримували вихідну лінію клітин TNT 4. Це підтвердив генетичний аналіз. Ця робота, особливо в частині культури ембріональних клітин, - значне досягнення в клонуванні ссавців, хоча вона і не викликала такого гучного інтересу, як стаття того ж Вілмута зі співавторами, опублікована на початку 1997 року, де повідомлялося, що в результаті використання донорського ядра клітини молочної залози вівці було отримано клональне тварина -вівця на прізвисько Доллі. Остання робота методично багато в чому повторює попереднє дослідження 1996 року, але в ній вчені використовували ембріональні та фібробластоподібні клітини плода та клітини молочної залози дорослої вівці. Клітини молочної залози отримували від шестирічної вівці породи фіндорет, що знаходиться на останньому триместрі вагітності. Всі три типи клітинних культур мали однакове число хромосом - 54, як завжди, у овець. Ембріональні клітини використовували як донори ядер на 7 – 9 – м пасажах культивування, фібробластоподібні клітини плоду – на 4 – 6 – м пасажах та клітини молочної залози – на 3 – 6 – м пасажах. Розподіл клітин усіх трьох типів зупиняли на стадії G 0 і ядра клітин пересаджували в енуклейовані ооцити (яйцеклітини) на стадії метафази II. Було використано метод електрозлиття. Більшість реконструйованих ембріонів спочатку культивували в перев'язаному яйцеводі вівці, але деякі й in vitro у хімічно визначеному середовищі. Коефіцієнт виходу морулив і бластоцист при культивуванні in vitro водної серії дослідів був навіть удвічі вищим, ніж при культивуванні в яйцеводі. Вихід морулив і бластоцист у серії дослідів з культурою клітин молочної залози був приблизно втричі меншим, ніж у двох інших серіях, коли як донори ядер використовували культуру фібробластів плода або ембріональних клітин. Число живих ягнят у порівнянні з числом пересаджених в матку остаточного реципієнта морулив і бластоцист було також вдвічі нижче. У серії дослідів із клітинами молочної залози з 277 реконструйованих яйцеклітин було отримано лише одне живе ягня, що говорить про дуже низьку результативність такого роду експериментів (0,36 %). Аналіз генетичних маркерів всіх семи народжених у трьох серіях експериментів живих дитинчат показав, що клітини молочної залози були донорами ядер для одного, фібробласти плода – для двох та ембріональні клітини – чотирьох ягнят. Вівця на прізвисько Доллі розвинулася з реконструйованої яйцеклітини, донором ядра якої була культивована клітина молочної залози вівці породи фінндорсет і фенотипно не відрізняється від овець цієї породи, але сильно відрізняється від вівці - реципієнта. Аналіз генетичних маркерів підтвердив цей результат. Успіх авторів цієї роботи перш за все пов'язаний з використанням тривалих клітинних культур, оскільки після багатьох пасажів у культурі клітин могли бути відібрані малодиференційовані стовбурові клітини, які, ймовірно, були використані як донори ядер. Велике значення також мав той факт, що автори з огляду на результати своїх попередніх робіт синхронізували стадії клітинного циклу яйцеклітин реципієнтів і клітин донорів. Аналогічні експерименти проводили пізніше Tanja Dominko та співробітники лабораторії Вісконсинського університету, які забезпечили клонування ембріонів із клітин шкіри вух дорослої рогатої худоби. Ембріони, генетично ідентичні корові, що пожертвувала клітини вуха, були впроваджені в матки корів – рецепієнтів. Спостерігалася поступова загибель ембріонів, тож життєздатних телят не отримали. Причини поки що не встановлено. У серпні 1997 року з'явилося повідомлення про те, що Алан Троунсон (Австралія) розробив технологію, яка дозволяє сформувати ембріон із 16, 32 або 64 клітин і потім кожна з них може використовуватися для формування 16, 32 або 64 ідентичних ембріонів. Колектив дослідників на чолі з Аланом Троунсоном створив 470 генетично ідентичних ембріонів рогатої худоби від єдиної бластоцисти. Така технологія забезпечує безмежне джерело генетичного матеріалу для клонування. Не зважаючи на відсутність негайних практичних результатів зробленого відкриття, теоретичну значущість його важко переоцінити. Вперше було доведено, що гени запрограмовані оборотно. Подальші дослідження можуть дозволити зрозуміти, як регулюється робота генів, диференціація клітин, чому клітини в одних випадках ростуть і розмножуються керовано, а в інших (при раку) – неконтрольовано. Вже зараз корпорація Genzyme Transgenics планує дослідження з метою створення трансгенної великої рогатої худоби, яка містить у молоці людський альбумін. Було куплено патент на отримання ембріонів, що містять ген клітин сполучної тканини (фібробластів), що включає ген, відповідальний за синтез людського білка. Декілька корів в даний час вагітні трансгенними телятами. Подібна технологія дозволяє збільшити ефективність створення трансгенних молочних тварин, тому що при звичайному впорскуванні генів у запліднену яйцеклітину народжується лише 5 – 10 % трансформованих тварин, з них – кілька самців, які не дають молока. Використання нової технології клонування дозволяє отримувати тварини тільки жіночої статі, що дають трансгенний протеїн.

Основні відомості.Природне клонування тварин та рослин часто відбувається внаслідок безстатевого та вегетативного розмноження, а також внаслідок амейотичного партеногенезу. Штучне клонування тварин і рослин - новий вид людської діяльності, що виник наприкінці XX – го – початку XXI – го століття, що полягає у відтворенні старих та створенні нових біологічних організмів, пов'язаних з вивченням геному, що передбачає втручання у його структуру, націлений (крім наукових) на вирішення безлічі практичних завдань. Створення тварин та рослини із заданими якостями завжди було надзвичайно привабливим тому, що це означало створити організми унікальні та потрібні, стійкі до хвороб, кліматичних умов, що дають достатній приплід, необхідну кількість м'яса, молока, плодів, овочів та інших продуктів. Використання технології клонування передбачає унікальну можливість отримувати фенотипно та генетично ідентичні організми, які можуть бути використані для вирішення різних теоретичних та прикладних завдань, що стоять перед біомедичною та сільським господарством. Зокрема, використання клонування могло б сприяти вивченню проблеми тотипотентності диференційованих клітин, розвитку та старіння організмів, злоякісного переродження клітин. Завдяки технології клонування передбачається поява прискореної генетичної селекції та тиражування тварин із винятковими виробничими показниками. У поєднанні з трансгенозом клонування тварин відкриває додаткові можливості для цінних біологічно активних білків для лікування різних захворювань тварин і людини. Клонування тварин, можливо, дозволить проводити випробування медичних препаратів на ідентичних організмах.

На початку шляху. 1826 - Відкриття яйцеклітини ссавців російським ембріологом Карлом Бером. 1883 р. - Відкриття сутності запліднення (злиття пронуклеусів) німецьким цитологом Оскаром Гертвігом. 1943 - Журнал Science повідомив про успішне запліднення яйцеклітини «в пробірці». 1962 р. - Професор зоології Оксфордського університету Джон Гордон клонує шпорцевих жаб (доказовіші досвіди - в 1970 р.). 1978 р. - Народження в Англії Луїзи Браун, перша дитина «з пробірки». 1985 р., 4 січня - в одній із клінік північного Лондона народилася дівчинка у місіс Коттон - першої у світі сурогатної матері (зачата не з яйцеклітини місіс Коттон). 1987 р. - У СРСР у лабораторії Бориса Миколайовича Вепринцева (Л. М. Чайлахян та ін.) з клітини ембріона клонована миша з використанням методу електростимульованого злиття клітин. 1987 р. - Фахівці Університету імені Дж. Вашингтона, які використовували спеціальний фермент, зуміли розділити клітини людського зародка та клонувати їх до стадії двадцяти двох клітин (бластомерів).

Генетична інженерія у біотехнології.Генетичну інженерію відносять до новітньої біотехнології. Генетична інженерія зводиться по суті до процесу отримання рекомбінантних ДНК, що містять, крім властивого "господарської" ДНК набору природних генів, "чужий" ген або гени, взяті з іншої ДНК.

Метод отримання рекомбінантних ДНК складається з кількох етапів: а) виділення ДНК із клітин організму; б) отримання гібридних (рекомбінантних) молекул ДНК шляхом вбудовування у вихідну ДНК «чужого» гена, вищеленого з іншої ДНК або отриманого хімічним синтезом; в) введення рекомбінантної ДНК у живу клітину (бактерій, дріжджів, рослинних або тваринних клітин, клітин людини); г) створення умов для прояву (експресії) генів рекомбінантної ДНК у живій клітині та секреції нового продуцента, що кодується «чужим» геном.

Вставлений у розщеплену ДНК ген «зшивається» із цієї ДНК за допомогою ферментів лігаз. Отримана рекомбінантна ДНК бактерій або вірусу потім вводиться в цю ж мікробну клітину або вірусну частинку, з якої була взята, і таким чином одержують штам рекомбінантний бактерій або вірусів. При культивуванні рекомбінантного штаму в процесі росту та розмноження цей штам синтезує не властивий йому продукт, що кодується вбудованим чужорідним геном (наприклад, інсулін, інтерферон). На цьому принципі в даний час отримані сотні рекомбінантних штамів бактерій, дріжджів, вірусів, здатних продукувати різноманітні біологічно активні речовини: антигени, антитіла, ферменти, гормони, імуномодулятори та ін. Технологія отримання біологічно активних речовин, заснована на застосуванні рекомбінантних штамів від типової біотехнологічної схеми Вона зводиться до культивування рекомбінантного штаму, виділення синтезованого штамом цільового продукту, його очищення та концентрування та створення кінцевої форми препарату.

Наразі вже розроблено сотні медичних препаратів, отриманих на основі генетичної інженерії. Багато хто з них впроваджено в практику та застосовуються в медицині. Це гормони (інсулін та гормон росту людини), антикоагулянти та тромболітики (тканинний активатор плазміногену, фактори VIII та IX), вакцини («дрожжева» вакцина проти гепатиту В), імуномодулятори (інтерферони а, р і у, ін-терлейкіни 1, 2 та ін., фактор некрозу пухлин, пептиди тимусу, мієлопептиди), ферменти (уреаза), ангіогенін, діагностичні препарати (на ВІЛ-інфекцію, на вірусні гепатити та ін), моноклональні антитіла, колонієстимулюючі фактори (макрофагальний, гранулоцитарний). , а також багато біологічно активних пептидів. Застосування генетичної інженерії в біотехнології виправдане в тих випадках, коли: а) потрібну речовину неможливо отримати в інший спосіб; б) якщо технологія ефективніша та економічніша за традиційну або в) якщо вона більш безпечна для людини та навколишнього середовища. Наприклад, антигени для створення вакцин проти некультивованих мікроорганізмів (плазмодій малярії, збудник сифілісу) можна отримати тільки генно-інженерним способом. Генно-інженерний інтерферон перевершує за активністю інтерферон, отриманий з лейкоцитів крові, і значно дешевше від останнього. Приготування препаратів з антигенів збудників особливо небезпечних інфекцій (чума, холера) можна замінити на біосинтез їх рекомбінантними штамами непатогенних бактерій. Метод генетичної інженерії знаходить дедалі більше застосування в біології та медицині, за ним велике майбутнє. Цей метод дозволить одержувати нові ефективні лікарські препарати, принципово нові полівалентні живі (векторні) вакцини, регуляторні білки, здійснити гендіагностику та генотерапію.

Наприклад, вже ведуться розробки векторних полівалентних вакцин на основі рекомбінантних штамів (див. розділ 10), отримано ряд ендогенних імуномодуляторів (інтерлейкіни, інтерферон), поведінкових пептидів (пептиди сну, страху і т.д.). вирішити проблему генотерапії, генопрофілактики та генодіагностики інфекційних і неінфекційних хвороб На сьогодні програма «Геном людини» інтенсивно розробляється в низці країн, насамперед у США, Японії, Росії.З приблизно 100 000 генів, що містяться в хромосомах людини, вже розшифровано близько генів, і на основі цього вже є дані про успішну генотерапію деяких хвороб.

Клітинна біотехнологія в тваринництві включає два взаємодоповнюючі

наукових напрямів:

1. Ембріокультуральні дослідження (ембріокультура), створені задля створення для

ізольованих клітин (гамет та ембріонів) таких умов, за яких вони зберігають не

тільки життєдіяльність, а й здатність до розвитку

Основні завдання для ембріокультуральних досліджень: а) селекція гамет та

ембріонів; б) культивування гамет та ембріонів; в) екстракорпоральне

запліднення гамет; г) створення банку гамет та ембріонів; д) створення та

вдосконалення поживних середовищ.

2. Клітинні технології, що проводяться на рівні ядер та клітин з метою створення

цінних «сконструйованих» генотипів тварин

Основними завданнями клітинних технологій у тваринництві є: а) соматична

гібридизація; б) клонування; в) створення химерних тварин.

Молекулярна біотехнологія – це наука, за допомогою якої здійснюється

"корекція" спадковості на молекулярному рівні з метою отримання нових

генетичних програм у тваринному організмі.

Основним об'єктом для дослідження є нуклеїнова кислота (молекула ДНК та

КВИТОК №8

50. Лабораторні тварини як об'єкт дослідження.

ЛАБОРАТОРНІ ТВАРИННІ - різні види тварин, що спеціально розводяться в

умовах лабораторій або розплідників для експериментальної чи виробничої

практики. Л. ж. використовують з метою діагностики хвороб, моделювання різних

фізіол, і патол, станів, вивчення лік.-проф, препаратів, хімічних та фізичних

факторів виробництва біологічних препаратів - діагностичних сироваток,

вакцин, культур тканин та ін.

До лабораторних належать тварини різних систематичних груп: найпростіші,

черв'яки, членистоногі, голкошкірі, амфібії, птиці, ссавці. Однак найчастіше

Л. ж. поділяють на безхребетних та хребетних.

Загалом у мед.-біол, дослідженнях використовують до 250 видів тварин. Одні види постійно

розводять у лабораторіях та розплідниках для наукових досліджень (білі миші, білі щури,

морські свинки, кролики, хом'яки, кішки, собаки, мавпи, міні-свині та ін). Інші -

періодично відловлюють для експерименту (полівки, піщанки, ховрахи, тхори, бабаки,

броненосці, лемінги, амфібії, риби та ін.). Є група лаб. птахів (кури, голуби,

канарки, перепілки та ін.). Частину мед.експериментів проводять на с.-г. тварин (вівці, свині,

телята та ін.). Від загальної кількості Л. ж. частку мишей доводиться бл. 70%, щурів - 15%, морських

свинок - 9%, птахів - 3%, кроликів - 2% та інших - 1%. Цікавість дослідників до гризунів

обумовлений в основному тим, що багато з них мають малі розміри тіла, високу плодючість

та короткий період життя; за кілька місяців життя гризуна можна простежити в організмі

процеси, що у людини протікають роками. Середня тривалість життя білих

мишей 1,5 -2 роки, щурів 2-2,5 роки, хом'яків 2-5 років, морських свинок 6-8 років, кроликів 4-9

Передумови застосування методом біотехнології у тваринництві

Бурхливий розвиток біотехнології докорінно змінив можливості та ефективність

селекції. Широке застосування у практиці отримала клітинна інженерія та трансплантація

ембріонів. Це дозволило прискорити темпи генетичного вдосконалення племінних та

товарних стад, створювати високоцінних тварин із запрограмованими продуктивними

ознаками, генетично клонувати їх, прискорено отримувати рекордисток і цілі стада з

рекордними удоями, керувати онтогенезом.

У Казахстані склалася досить складна ситуація у забезпеченні населення

біопрепаратами медичного та ветеринарного призначення, а також продуктами харчування. За

останні кілька років знизилося поголів'я худоби, зменшилась площа посівних земель та

різко впала врожайність продовольчих та кормових культур, внаслідок чого

значну частину сільськогосподарських продуктів Україна змушена імпортувати.

З'явилася продовольча залежність від зарубіжних фірм, що негативно позначається на

економіці республіки.

Відтворення тварин - основний фактор, що лімітує ефективність

виробництва тваринницьких продуктів

Нові наукові відкриття в галузі фізіології, генетики, імунології та системного

аналізу істотно розширюють можливості у справі регулювання відтворення,

підвищення продуктивності та загальної економічної ефективності вирощування

сільськогосподарських тварин. Всі ці методи пов'язані з маніпулюванням на рівні клітин

(головним чином статевих) або ембріонів з використанням фізіологічних активних

сполук (біологічних, напівсинтетичних або синтетичних гормональних препаратів та

ін). З цієї причини методи цілеспрямованого регулювання процесу відтворення

худоби були названі біотехнологічними. До них відносять: стимуляцію та

синхронізацію полювання, суперовуляцію, штучне запліднення, трансплантацію ембріонів,

зберігання гамет та ембріонів, цілеспрямоване отримання двійнят, регулювання статі, ранню

діагностику вагітності, управління процесом пологів, створення химер та ін.

Прогрес сучасної сільськогосподарської біотехнології у тваринництві

нерозривно пов'язаний з розширенням та вдосконаленням арсеналу використовуваних методів

досліджень. У галузі зооінженерії у багатьох країнах світу біотехнологічні методи

знайшли широке застосування при вирішенні проблем підвищення відтворювальної функції та

створення нових типів тварин (трансгенних). Використання методів генної інженерії

сприяло відновленню та збереженню зникаючих видів сільськогосподарських та диких

В даний час в результаті успіхів фундаментальних наук виникла можливість розвитку принципово нових ефективних методів впливу на організм тварин та їх спадковість. Використання біотехнології дозволяє вирішувати велику кількість завдань, спрямованих на покращення генотипу сільськогосподарських тварин.

Головними розділами біотехнології є генна та клітинна інженерія. Методи генної інженерії найбільш детально розроблені мікроорганізмах. Розроблено методи, що дозволяють спрямовано змінювати генотип мікроорганізмів. На відміну від мутацій, ці зміни можна планувати.

І тому слід виділити певні гени з геному одних тварин і вбудувати в геном інших особин. Так, вже ген саматотропін - гормон росту щура вбудований в геном миші, в результаті різко посилені темпи зростання реципієнта та збільшилася його кінцева жива маса.

Вбудовування інтерферону (інтерферон, англ. – перешкоджати, заважати, продукт клітин, що виник при зараженні вірусом, що затримує розвиток інфекції іншими вірусами) в організм тварин є найважливішим фактором формування неспецифічної резистентності організму; внаслідок його дії створюються перешкоди розвитку іншої інфекції (інтерференція вірусів), перешкоджає захворюванням та збільшує резистентність організму. У зв'язку з цим надається можливість за заздалегідь наміченим планом реконструювати геном худоби, надати йому заздалегідь задані характеристики. Цілком очевидно, що для досягнення таких результатів традиційними методами знадобилася робота протягом багатьох поколінь.

Велику важливість становить розробка методів вилучення з яєчників корів-донорів яйцеклітин, культивування, запліднення дозрілих ооцитів in vitro та подальшого їхнього раннього розвитку, а потім трансплантація (пересадка) коровам реципієнтам. При цьому генно-інженерні маніпуляції (прийоми роботи, що потребують великої точності), проводяться на фазі зиготи.

Можна бути впевненим, що у найближчій перспективі будуть створені нові форми великої рогатої худоби, що володіють низкою унікальних властивостей, отриманих методами генної інженерії (закономірності конструювання in vitro рекомбінантних молекул ДНК та їх поведінка у реципієнтній клітині). Вже накопичено великий досвід культивування соматичних клітин тварин in vitro, розроблені способи тривалого зберігання клітин при низьких температурах.

Активно проводяться дослідження та з культивування генеративних клітин.

Велике значення набуває і метод агрегації ранніх ембріонів. Поєднання двох цілих ембріонів від різних батьків дозволяє отримувати тварин, які несуть якості одразу чотирьох батьків. Ці тварини одержали назву химер. В даний час отримані міжвидові (вівця-коза) та міжпородні химери. У Німеччині (Брем) отримали нову тварину із двох половинок ембріонів, взятих від тварин різних порід. У нас у країні також отримані химерні особи худоби.

Визначення статі ембріона ґрунтується на ідентифікації статевих хромосом, отриманих методом біопсії раннього ембріона. Цей метод вже використовується на худобі. Трансплантація двох ембріонів дає можливість уникнути безпліддя телиць з різностатевих двійок (фрімартінізм). Можливе створення банку ембріонів із заздалегідь визначеною статтю, що дозволить більш раціонально використовувати генетичні ресурси.

Трансплантація. Селекція великої рогатої худоби. Система великомасштабної селекції у скотарстві заснована на принципах точної генетичної оцінки тварин та широкого використання генетично цінних бугаїв-плідників шляхом штучного запліднення. Однак отримання бугаїв-плідників з яскраво вираженим покращуючим ефектом є відносно невисоким.

При традиційних методах розведення та відтворення худоби в середньому від кожної корови отримують 4-6 телят (2-3 бички та 2-3 телиці). Таким чином, можливості розмноження маток із цінним генотипом у скотарстві дуже обмежені.

Трансплантація ранніх ембріонів заснована на прискоренні процесів розмноження нащадків цінних корів донорів. Для цього за певною системою виробляють запліднення яйцеклітин in vitro та вимивання зигот (ембріонів на 7-8-й день), які пересаджують коровам-реципієнтам. За рік отримують від донора 10-20 ембріонів, які можна заморозити, а потім здійснювати пересадку коровам-реципієнтам, які полюють. Техніка пересадки вже відпрацьована і дозволяє збільшити темпи селекції великої рогатої худоби в 10-20 разів і більше.

Клонування або отримання ідентичних близнюків із соматичних клітин. У США, за допомогою мікрохірургії, одержують клітини з внутрішньої частини плаценти і кожне соматичне клітинне ядро ​​трансплантують в яйцеклітину, з якої наперед видалено її власне ядро. При цьому з яйцеклітин розвиваються ідентичні близнюки, які копіюють донора соматичних клітин.

Використовуючи трансплантацію ембріонів, можна вести боротьбу з інфекційними захворюваннями (бруцельоз, лейкоз). Здорова невагітна матка хворих на корів пригнічує розмноження бактерій і дозволяє від інфікованих корів отримувати здорове потомство.

На основі трансплантації можна запобігти вимиранню та повному зникненню рідкісних видів, порід тварин; Пересаджуючи ембріони від таких тварин реципієнтам інших порід, можна зберегти рідкісні породи. Прикладом може бути порятунок від повного вимирання ангорської породи овець в Австралії.

Великомасштабна селекція та біотехнологія у скотарстві перебувають у стадії становлення. Ефективність їх освоєння дозволить різко підвищити продуктивність великої рогатої худоби.

Швидко, вигідно, надійно

Береться будь-яке стадо (будь-якої породи та будь-якого розміру) і за допомогою біотехнології відтворення за 3–5 років перетворюється на молочно-м'ясне підприємство європейського зразка.

Селекційні переваги трансплантації ембріонів на конкретному поголів'ї максимально виявляються при одночасному використанні голштинізації та м'ясної відгодівлі. Для цього саму непродуктивну частину дійного стада, якій загрожує вибраковування, покривають биками м'ясних порід. Телиці від малоудійних корів годяться і на роль «сурогатних» матерів, яким пересаджують ембріони від найкращих вітчизняних та зарубіжних корів-донорів. За рік у середньому від них можна отримати 30–35 запліднених яйцеклітин. Приживлюваність пересаджених зародків - близько 50%.

Для придбання ембріонів сьогодні відкрито ринки багатьох країн, причому без ветеринарних обмежень. Можна вибрати голштина за кольором «сорочки» (чорно-строката і червоно-строката масть, орієнтовані відповідно для півночі, центру та півдня країни), м'ясну породу – за популярністю у світі (Абердін-ангус, герефорд, лімузин, шароле).

Для елітного та елітарного скотарства племінний молодняк необхідно купувати у країнах його виведення, на історичній батьківщині. Швидкі успіхи «голштинізованих» країн (Угорщина, Німеччина, Данія, Голландія) не завжди закріплені типом додавання і, як правило, програють за цим показником країнам-родоначальникам. Зростання в загривку європейського голштину (відповідно європейським удоям) значно нижче канадських.

Протягом 10 років обсяги та ефективність щорічних ТЕ у Росії досягли середньоєвропейського рівня (8 тис. пересадок у 1990 р.). Проте Держагропром не уклав жодного великого контракту з імпорту ембріонів із країн із розвиненим скотарством.

Так і не здійснилося біотехнологічне «вливання» генетики світового рівня до молочного стада країни. У результаті «трансплантація для трансплантації» не знайшла застосування на практиці і вичерпалася разом із припиненням фінансування. У пострадянських країнах практичну ТЕ занапастило зубожіння господарств, відсутність генофонду елітних порід та байдужість держави до біотехнологічних програм розведення худоби.

Сьогодні в Росії три зареєстровані бригади ембріологів виконують 200 трансплантацій на рік, витягуючи ембріони в середньому у двох корів на місяць (за даними Еgiazarian A., 2005). Для прикладу: у Франції 30 груп фахівців здійснюють за рік понад 30 тис. ТЕ у свіжому та замороженому вигляді, щомісяця витягують ембріони у 460 корів-донорів. У США та Канаді за рік пересідають сотні тисяч ембріонів.

Інформація про ТЕ в Україні та Білорусі у звіті європейської спільноти відсутня. Чиновники мінсільгоспів, мабуть, соромляться оприлюднити результати «здобутків» своїх країн у цій галузі. Невже все так безнадійно у біотехнології відтворення племінної худоби у слов'янської Співдружності незалежних держав та інтенсивні технології у племінному скотарстві їй не до зубів?

Між державами координації досліджень з проблем отримання та пересадок ембріонів, а також пропаганду методу, наукових досліджень та обмін досвідом здійснює Міжнародне товариство з ТЕ, що налічує у своєму складі 900 представників із 33 країн світу.

На етапі становлення радянської школи трансплантації ембріонів (ТЕ) великої рогатої худоби 1980-1991 років. ставили за мету - навчитися працювати не гірше зарубіжних фахівців, причому для виробництва ембріонів часто використовували донорів із числа вибракованих корів середньої продуктивності.

Національні асоціації є США Канаді, Європі, Італії та Японії. За даними IETS (International Embryo Transfer Society), у 2002 р. у світі було зареєстровано 538 312 успішних ТЕ великої рогатої худоби (з-поміж врахованих), з них 83 329 (15%) ембріонів отримано методом запліднення in vitro. Перед Північної Америки припадає 35% всіх ТЕ, Південної Америки - 22, Азії та Європи - по 17, Африки та Океанії - 3 і 6% відповідно. Приблизно 48% ембріонів пересаджено свіжоотриманими, решта 52% - після попереднього заморожування.

Сьогодні ТЕ широко застосовується у світі для розмноження тварин м'ясних порід. Наприклад, у США на частку пересадок «м'ясних» ембріонів припадає 58%, у Японії – 84, у Бразилії, Аргентині та Мексиці – відповідно 86, 87 та 90, у Японії – 84%, в Україні (ДСЦУ) – 81% усіх ТЕ .

Перехідні запаси ембріогенетики у Канаді (найбільший світовий експортер) становлять понад 65 тис. кріоконсервованих ембріонів. У 2002 р. експортовано 13 664 ембріони (третина з них - м'ясних порід). Канада лідирує за кількістю пересаджених ембріонів із заздалегідь визначеною статтю потомства (4762), на її частку припадає 18% від світових пересадок ембріонів, вироблених in vitro (14596).

Усього на початок нового тисячоліття середнє враховане виробництво якісних ембріонів у 23 країнах Європи перевищує 100 тис. на рік, з них приблизно 40 тис. висаджуються свіжими, 50 тис. – після кріоконсервації.

З колишніх соціалістичних країн обсяги ТЕ за останні 15 років вдалося зберегти лише Чехії та Україні. Чому єдиною світлою плямою в біографії вітчизняної трансплантації залишається «долисенківський» період та нетривала горбачовська перебудова?

Деякі європейські країни мають незначний обсяг трансплантації та заготівлі ембріонів або лише організують цю роботу (Греція, Норвегія, Португалія, Словаччина). Але навіть країни з «нульовими» показниками ТЕ-активності, наприклад Литва, не соромляться демонструвати прихильність до біотехнологічних методів розведення племінної худоби. Відсутність України в цих списках, тим більше, викликає подив. Лише за попередні 10 років лабораторія ТЕ Головного селекційного центру України (м. Переяслав-Хмельницький Київської області) отримала та пересадила понад 5 тис. ембріонів. Однак ці досить пристойні показники не знайшли свого відображення у жодному річному звіті Європейського співтовариства. Не вміють чиновники показати і те, що досягнуто країною.

Куди ж поділося бойове завзяття аграрних академіків, які на початку 1990-х вперше за всю історію Росії здійснили грандіозний проект із завезення в Україну племінної генетики у вигляді 2 тис. ембріонів породи Абердін-ангус?

Завдяки цьому проекту країна спромоглася розвести практично з нуля світову «класику» м'ясної худоби. Масові фальсифікації та неперевірені рекомендації в радянській науці беруть початок із сумнозвісного полтавця академіка Т. Д. Лисенка, який у середині минулого століття поховав не лише радянську ТЕ та генетику, а й завів у безвихідь племінне скотарство. Полтава подарувала світові й іншого академіка – О. В. Квасніцького, якого по праву можна назвати фундатором радянської ТЕ. У Полтавському НДІ свинарства у 1951 р. він зробив перші у світі успішні трансплантації ембріонів свиней. Два земляки, два ровесники, два академіки та два різні фінали наукового шляху. Квасницький – до всесвітнього визнання, Лисенка – у ганьбу та безчестя. Яким шляхом піде УААН?

«Я глибоко переконаний у тому, що наука має бути насамперед чесною. Наука та вчений потрібні народу та його керівництву як суворий об'єктивний свідок, далекоглядний консультант та творець нових форм життя. На цій основі нечесні люди в науці – це страшна загроза самій науці та її престижу у народі. Це загроза для народного господарства та уряду, який спирається на ненадійних консультантів».

Це послання нащадкам у роки розквіту «лисенківщини» написав ще один радянський академік уродженець херсонської губернії М. М. Завадовський, який значну частину життя присвятив розробці методу гонадотропної стимуляції багатоплідності сільськогосподарських тварин. Але, можливо, кулькові для пострадянської науки вже неактуальні? Тоді чому Селекційно-генетичний інститут в Одесі з 1948 р. і досі формально має ім'я Т. Д. Лисенка?

Якщо науці немає справи до ТЕ, святе місце порожнім не буває. Навіть церква визнала біотехнологію відтворення богоугодною справою. Метод ТЕ у відтворенні стада сірої української породи використовує служитель Свято-Успенського монастиря (у світі зоотехнік), з аналогічним проханням до автора статті звертався батько з Почаївської лаври. У книзі українських авторів (Зубець М. В. та ін., 2005) проаналізовано сучасний світовий ринок ТЕ м'ясних порід.

Собівартість виробництва ембріонів залежить від їх числа в одному успішному ембріосборі (7-12) і становить у США 52-101 дол. за якісний зародок, а собівартість тільності - 86-169 дол. (власнику корови-донора) у 470–960 дол., у тому числі дворазове запліднення – 60 дол., вимивання зародків (включаючи суперовуляцію) – 200–300, заморожування (30–50 дол. за ембріон) – 210–600, пересадка - 75-95 дол.

У собівартість теляти-ебріотрансплантату (528–902 дол.), окрім ціни зародків, входять витрати на утримання реципієнтів (400–650 дол.) при 60% приживлюваності зародків. Вирощування теляти до продажу (650–900 дол.) підвищує його вартість до 1 тис. дол.

Звичайно, це недешево, але все одно в 2–3 рази дешевше за купівлю племінного молодняку ​​«живцем», до ціни якого треба приплюсувати «біотехнологічні» преференції в деяких країнах. А з урахуванням простоти транспортування невагомих зародків та інфекційної безпеки метод ТЕ поза конкуренцією.

Собівартість виробництва одного ембріона за кордоном становить 90–170 дол., в наших умовах – наполовину дешевше, але не може бути нижчою за 50 дол., інакше це спричинить зниження якості ембріозбору через економію на гонадотропінах, разових інструментах, оплату кваліфікованої праці та ін. .

Фактична ринкова вартість ембріона (крім собівартості) призначається власником донора відповідно до селекційних переваг корови та бика. Ця генетична надбавка може вдесятеро перевищувати витрати на виробництво зародка. Тому в країнах із розвиненим скотарством ринкова ціна кріоконсервованих ембріонів від донорів молочних порід – від 150 до 2000, м'ясних – від 100 до 500 дол. Гарантія приживлюваності – близько 50%. У таких умовах для власника унікальної продуктивності корови, зареєстрованої у відповідній породній асоціації, торгівля ембріонами може стати дуже вигідним бізнесом.

Ось чому для виробництва власних ембріонів важливо мати корів-донорів із дуже високими племінними задатками. Щоб їх отримати, доведеться імпортувати з-за кордону досить дорогих зародків, що з'явилися в результаті трансплантації ембріонів теличок після отелення надалі знову використовувати у відтворенні, а биків задіяти в національних програмах оцінки якості виробників.

Підраховано, що селекційний ефект від ТЕ стане помітним, якщо в результаті ембріотрансферу за рік оновлюватиметься не менше ніж 1% стада. Для сільськогосподарських підприємств, на які робиться ставка, це означає трансплантацію не менше ніж 10 тис. зародків на рік. Такий обсяг завезення імпортних ембріонів знекровить будь-який аграрний бюджет. Вихід - в отриманні та вирощуванні 500 власних корів-донорів

Лекція №2. Біотехнологія тварин

1. Культивування тварин клітин

Визнання ідеї про те, що клітини тканин вищих тварин можна виділити з організму і потім створити умови для зростання та відтворення їх in vitro, датується першим десятиліттям XX століття. Після того як стало відомо, що подібні процеси реальні, настав другий етап робіт, початок якому поклала демонстрація можливості вирощування та репродукції в таких клітинах інфекційних агентів-вірусів, що фільтруються. Третій етап історії починається з часу, коли була показана практична можливість отримання в клітинах тварин великих кількостей вірусного матеріалу для застосування у вакцинних препаратах, і простягається до часу, коли: 1) стало можливим вставити в клітини специфічні екзогенно отримані гени та отримати їх експресію та 2 ) підтверджено можливість вирощування в культурі з одиночної клітини цілої популяції. Коли такі популяції отримували з клітини, що виділяла в навколишнє середовище антитіла, всі молекули антитіл в надосадовій рідині були однаковими. Причини і наслідки цих двох феноменів нині інтенсивно досліджуються і знаменують собою початок четвертого етапу робіт у цій галузі.

Щоб показати здатність клітин тварин рости і ділитися в культурі, потрібно було опанувати низку підходів та методик. Особливості їх наведено нижче.

1. Методики отримання клітин, вільних від екзогенних прокаріотів та грибів.

2. Методики розробки середовища, у яких зростання «вирізаних із тканини» чи ізольованих клітин не придушується.

3. Методики спостереження за клітинами у поступовій динаміці розвитку.

4. Методики безперервного культивування культур клітин тварин in vitro та підтримки їх вільними від інших біологічних агентів.

Наукову основу для розробки цих методик становить уявлення про клітину як основний структурний елемент живих організмів тваринного та рослинного походження. Ідея про те, що клітини тканин тварин можна виділити з організму і потім створити умови для зростання та відтворення їх in vitro виникла на базі концепції, що належить Клоду Бернару. Він припустив, що не тільки живі організми здатні зберігати сталість внутрішніх умов, незалежно від змін у навколишньому середовищі. Клітина поза організмом тварини теж прагнутиме підтримувати свої внутрішні умови. Якщо відмінності між внутрішніми та зовнішніми умовами будуть незначними, то висока ймовірність зростання та поділу клітини. Таке розуміння явища призводить до необхідності розробки середовищ, здатних підтримувати та стимулювати зростання клітин поза організмом.

Трохи пізніше, в 1885 році, У. Ру (W. Roux) показав можливість збереження поза організмом живих тканин на практиці. Він зберігав у життєздатному стані оболонку курячого ембріона у теплому фізіологічному розчині. Згодом він став автором, який активно публікувався з проблем ембріології in vitro. Пізніше, 1897 р., Льоб (Loeb) підтримував у життєздатному стані клітини крові та сполучної тканини у пробірках із сироваткою та плазмою крові. Льюнгрен (1898) показав можливість підтримки експлантатів шкіри людини у життєздатному стані у кислому середовищі зі збереженням здатності до реімплантації. Додаткові експерименти були проведені Джоллі (1903), який спостерігав поділ клітини у краплі, що містить лейкоцити саламандри, а Біб і Евінг (1906) підтвердили це при пересадці лімфосаркомної тканини собаки.

Продовжуючи роботи Ру, Росс Харрісон удосконалив методику «висячої краплі». Він використовував невеликі шматочки тканини, відторгнуті від медулярної судини жаби до впроваджених у її лімфатичний тромб, і витримував їх у вигляді краплі на нижній стороні покривного скла, розташованого поверх заглиблення у предметному склі. У 1907 р. йому вдалося спостерігати за допомогою такої камери зростання нервових клітин протягом декількох тижнів; він встановив, що швидкість зростання цих клітин становить 20 мкм за 25 хв. У той час як експерименти Харрісона були спрямовані на те, щоб отримати відповіді на питання, що стосуються фізіології нервових клітин жаби, методика, якою він користувався, була застосована Барроуз для інших клітин тканин теплокровних тварин. Цей дослідник у 1910 р. замість лімфатичного тромбу використав тромб плазми курки.

У 1913 р. Алексіс Каррель застосував плазму крові, збагачену екстрактом ембріона. Додавання такого екстракту прискорювало зростання тканин. Застосована методика забезпечувала значно більшу ймовірність успіху, ніж та, яку використовували Левіс (1911) та Рід (1908). Рід готувала культури клітин із кісткового мозку морської свинки та намагалася вирощувати експлантати на середовищі певного хімічного складу. Робота Кареля привернула велику увагу, оскільки вона була опублікована під назвою, що інтригує, - культивування «безсмертних» клітин. Інкубація клітин серця курячою ембріона була початку 17 січня 1912 р. Пересів клітин продовжив Еблінг, як він сам заявляв, працюючи з ними 34 роки. Оскільки Каррель був хірургом і дуже обізнаним у питаннях асептики, він зміг зробити істотний внесок у культивування клітин тварин in vitro. У той самий час організація і технічні умови експериментів були дуже громіздкими. Помічники Кареля були одягнені в довгостатеві гумові халати чорного кольору з капюшонами для повного прикриття голови. Процедури були тривалими та обтяженими багатьма деталями. В результаті тих вимог, які висувалися автором щодо складних запобіжних заходів для запобігання контамінації, навколо даного предмета створилася атмосфера таємничості та винятковості, що швидше гальмувало прогрес, ніж сприяло йому. Проте їм було багато досягнуто. Зокрема, навіть за відсутності антибіотиків він досяг успіху в пересадці клітин, використовуючи хірургічну техніку для відторгнення окремих колоній і перенесення їх у нові умови зростання. Каррель також продемонстрував своїм колегам наукове значення тих спостережень, які можуть бути зроблені у процесі пересадки клітин.

У ході виконаних робіт було внесено низку поправок до рецептури середовища культивування. Зокрема, Тірод модифікував розчин Рінгера і на додаток до курячої сироватки та ембріонального екстракту став використовувати коагулят фібрину. Для спостереження за клітинами тварин Канті, що діляться, в 1928 р. розробив метод кінофотомікрографії. У цей період був розроблений додатковий і дуже істотний підхід у техніці роботи з клітинами. Мається на увазі застосування трипсину для вивільнення клітин із тканинної матриці, в якій вони знаходяться. Однак ця методика не знаходила визнання доти, доки в 1937 р. Сіммс і Стидлман використовували її для пасування клітин між культурами плазми. Ця методика дає можливість успішно застосовувати у культурах індивідуальні клітини, а не тканини.

Вперше клони клітин у культурі з одиночної клітини були отримані Ерлом із співробітниками у 1948 році. Голок (1955) систематично досліджував харчові потреби клітин за умов. До тих пір поки в 1961 р. Хейфлік і Мурхед не виділили лінію диплоїдних клітин людини (ПДВ) WI-38, вважалося, що клітинна лінія, що одного разу встановилася, має необмежений час життя. Щодо лінії WI-38 було показано, що період її існування у культурі обмежується приблизно 50 подвоювання популяції. Перед відмиранням популяції клітин цієї лінії характерний феномен старіння. Однак при відмиранні ці клітини залишалися диплоїдними та не мали ознак злоякісних змін. Клітини, виділені з ракових пухлин або трансформовані в ході культивування, характеризуються безсмертністю і корелюють з гетероплоїдністю. Перші суспензійні культури клітин тварин, як правило, ґрунтувалися на клітинах злоякісних тканин. Це – клітини HeLa, виділені з ракової пухлини шийки матки людини. Лінія карциноми шийки матки, що перевивається, була виділена ще в 1952 році Джеєм зі співробітниками, вона використовується і в даний час в багатьох лабораторіях світу.

Наступний етап в історії культивування диплоїдних клітин людини пов'язаний із встановленням факту, що вони є генетично стабільними та вільними від усіх відомих латентних та онкогенних вірусів. Тому лінії диплоїдних клітин людини можна використовувати для отримання продуктів, призначених для людей. Ця догма залишається чинною і в даний час, хоча нові відкриття чітко показали присутність у клітинах, виділених з нормальних тканин, потенційних онкогенів, ідентичних тем, які знайдені в таких відомих онкогенних вірусах, як вірус саркоми Рауса та вірус саркоми Молоні. Раус ще 1910 року індукував пухлину, використавши профільтрований екстракт курячої пухлини. Ця пухлина була індукована РНК-вірусом (вірус саркоми Рауса). Пізніше було встановлено, що ряд вірусів здатний індукувати пухлини, такі віруси були названі онкогенними.

2. Введення у культуру тварин клітин

Системи культивування клітин

Існує дві основні системи культивування клітин.

1. Непроточні культури– тип культур, у якому клітини вводять у фіксований обсяг середовища. У міру зростання клітин відбувається використання поживних речовин та накопичення метаболітів, тому середовище має періодично змінюватися, що призводить до зміни клітинного метаболізму, званого ще й фізіологічним диференціюванням. Згодом, внаслідок виснаження середовища відбувається припинення проліферації клітин.

Збільшити тривалість життя непроточних культур можна кількома способами:

· Уривчастий (частина культури замінюється рівним обсягом свіжого середовища);

· Постійний (обсяг культури збільшується з постійною низькою швидкістю, а невеликі порції клітин періодично видаляються);

· Перфузійний (здійснюється постійне надходження свіжого середовища в культуру та одночасне видалення рівного обсягу використаного (безклітинного) середовища).
Перфузія може бути відкритою, коли з системи видаляється все середовище, і закритою, коли середовище, що видаляється, проходить через додаткову посудину, де відновлюється її рН і здійснюється аерування, і повертається в культуральну посудину.

Усі системи непроточних культур характеризуються накопиченням відходів у тій чи іншій формі та мінливістю зовнішніх умов.

2. Проточні культуризабезпечують справжні гомеостатичні умови без зміни концентрації поживних речовин та метаболітів, а також кількості клітин. Гомеостаз обумовлений постійним входженням середовища у культуру та одночасним видаленням рівного обсягу середовища з клітинами. Такі системи придатні для суспензійних культур та моношарових культур на мікроносіях.

Існує 2 великих напрями в культивуванні тварин клітин: моношарові культури та суспензійні культури.

Суспензійні культурикраще з точки зору збільшення виходу клітин.

Моношарові культуритакож мають ряд переваг:
1. Легко провести повну заміну середовища та промити клітини перед додаванням свіжого живильного середовища. Це важливо в тих випадках, коли зростання клітин йде в одних умовах, а напрацювання продукту в інших умовах, наприклад при переносі клітин із середовища із сироваткою в безсироваткове середовище. Також можна повністю видаляти небажані компоненти.
2. Дозволяють забезпечити високу густину клітин.
3. Багато клітин експресія необхідного продукту йде ефективніше, якщо клітини прикріплені до субстрату.
4. Моношарові культури можуть бути використані для будь-якого типу клітин, що забезпечує найбільшу гнучкість досліджень.
5. У деяких випадках, наприклад, для поширення вірусів, потрібні тісні міжклітинні контакти.

Недоліками моношарових культур є:

· Вимоги великого простору;

· Зростання вартості та трудомісткості при збільшенні масштабу;

· Недостатньо ефективний контроль, обумовлений труднощами відбору проби;

· Складності у визначенні та контролюванні рН, концентрації кисню.

Слід зазначити, що застосування мікроносіїв усуває ці недоліки. Існує багато різних різновидів цього способу культивування. Розглянемо три основні напрями:

1. Культивування у плоских флаконах (матрацах).

2. Культивування в бутлях, що обертаються, коли в кожен момент часу 1520% поверхні пляшки покрито живильним середовищем, а клітини знаходяться поперемінно то в середовищі, то в повітрі.

3. Культивування в колонках на мікроносіях, в якості яких виступають щільно упаковані скляні намисто діаметром 35 мм, що не зміщуються, стос пластин і ін., а живильне середовище омиває їх, протікаючи зверху вниз.

3. Клонування тварин

Історія клонування

Американські дослідники С. Стік і Дж. Робл, використовуючи методику МакГрата і Солтера, в 1988 р. отримали 6 живих кроликів, пересадивши ядра 8 клітинних ембріонів однієї породи позбавлені ядра яйцеклітини кроликів іншої породи. Фенотип народжених повністю відповідав фенотипу донора. У цих експериментах лише 6 із 164 реконструйованих яйцеклітин (3,7%) розвинулися у нормальних тварин. Це, звичайно, дуже низький вихід, що практично не дозволяє розраховувати на отримання таким методом клону генетично ідентичних тварин. Цінність цієї роботи тим не менш у тому. що вона показала можливість клонування ембріонів кролів.

Перші успішні експерименти з клонування сільськогосподарських тварин були проведені С. Уілладсіном (S.Willadsen) у 1986 р. Він зливав без'ядерні яйцеклітини з бластомірами, виділеними з 8 та 16-клітинного ембріона вівці.

Дж. Робл та його співробітники в1987 провели роботи з пересадки ядер великої рогатої худоби. Вони пересаджували в зиготи каріопласти - чоловічий і жіночий пронуклеуси разом з навколишньою цитоплазмою, а також ядра 2, 4 або 8-клітинних ембріонів корови. Спочатку зиготи центрифугували, щоб звільнити пронуклеуси від навколишніх гранул жовтка, після чого ядра були добре видно під мікроскопом, що значно полегшувало їх видалення. За допомогою маніпулятора та загостреної скляної мікропіпетки вилучали один з бластомерів разом з ядром із ранніх зародків і переносили його в енуклейовану зиготу.

Реконструйовані зародки були поміщені в агаровий циліндр і пересаджені в перев'язаний яйцевод вівці. Через п'ять днів культивування їх вимивали, звільняли від агару та досліджували. Реконструйовані зародки у цій роботі розвивалися лише у випадках, як у зиготи пересаджували пронуклеуси: 17% таких зародків досягли стадії морули чи бластоцисти. Два зародки були пересаджені другому реципієнту - в матку корови, і їх розвиток завершився народженням живих телят. Якщо як донори використовували ядра 2-, 4- або 8-клітинних зародків, то реконструйовані яйцеклітини не розвивалися навіть до стадії морули.

Пізніше були й успішніші роботи. С. Віладсін (1989), зокрема. повідомив, що йому вдалося отримати чотирьох генетично ідентичних бичків холстейнської породи внаслідок пересадки в реципієнтні яйцеклітини ядер бластомерів одного 32-клітинного зародка. Автор стверджував, що більшість ядер зберігає тотипотентність на 32-клітинній стадії, а значна частина навіть на 64-клітинній стадії, забезпечуючи нормальний розвиток реконструйованих яйцеклітин до стадії ранньої бластоцисти в яйцеводі вівці. Після пересадки в матку корів - остаточних реципієнтів, як вважає автор, вони можуть і надалі нормально розвиватися.

К. Бондіолі та співавтори (1990), використовуючи як донори ядер 16-64-клітинні зародки корів, трансплантували 463 реконструйованих зародка в матку синхронізованих реципієнтів, і було отримано 92 живих теляти. Сім із них були генетично ідентичні, являючи собою клон, отриманий внаслідок пересадки ядер клітин одного донорського ембріона.

Таким чином, клітинні ядра зародків великої рогатої худоби досить довго зберігають тотипотентність та можуть забезпечити повний розвиток реконструйованих яйцеклітин. Інакше висловлюючись, методичні проблеми клонування зародків великої рогатої худоби фактично вирішені.

Експериментів із клонування свиней небагато. Успішні дослідження провели Р. Пратер зі співробітниками в 1989 р. Убогість даних, мабуть, пов'язана з певними труднощами роботи з цим об'єктом.

у 1993-1995 роках, група дослідників під керівництвом Я. Уїлмута (Ian Wilmut) з Рослінського інституту отримала клон овець - 5 ідентичних тварин, донорами ядер яких була культура ембріональних клітин. Клітинну культуру отримували так: виділяли мікрохірургічно ембріональний диск з 9-денного овечого ембріона (бластоцисти) і культивували клітини in vitro протягом багатьох пасажів (принаймні до 25). Спочатку клітинна культура нагадувала культуру стовбурових недиференційованих ембріональних клітин, але незабаром, після 2-3 пасажів, клітини ставали ущільненими і морфологічно подібними з епітеліальними. Ця лінія клітин із 9-денного зародка вівці була позначена як TNT4.

Щоб донорське ядро ​​і реципієнтна цитоплазма знаходилися на подібних стадіях клітинного циклу, зупиняли поділ клітин TNT4, що культивуються, на певній стадії (G O) і ядра цих клітин пересаджували в енуклейовані яйцеклітини (відповідно на стадії метафази II). Реконструйовані ембріони укладали в агар і трансплантували перев'язані яйцеводи овець. Через 6 днів ембріони вимивали з яйцеводи першого реципієнта та досліджували під мікроскопом. Відбирали ті, що досягли стадії морули чи бластоцисти і пересаджували їх у матку вівці – остаточного реципієнта, де розвиток продовжувався до народження. Народилося 5 ягнят (самок) з них 2 загинули невдовзі після народження, 3-й у віці 10 днів, а 2, що залишилися, нормально розвивалися і досягли 8-9-місячного віку. Фенотипово всі ягнята були подібні до породи овець, від якої отримували вихідну лінію клітин TNT4. Це підтвердив генетичний аналіз.

Ця робота, особливо в частині культури ембріональних клітин, – значне досягнення у клонуванні ссавців, хоча вона й не викликала такого гучного інтересу, як стаття того ж Вілмута із співавторами, опублікована на початку 1997 року, де повідомлялося, що внаслідок використання донорського ядра клітини молочної залози вівці було отримано клональну тварину - вівця на прізвисько Доллі. Остання робота методично багато в чому повторює попереднє дослідження 1996 року, але в ній вчені використовували ембріональні та фібробластоподібні клітини плода та клітини молочної залози дорослої вівці. Клітини молочної залози отримували від шестирічної вівці породи фінн дорcет, що знаходиться на останньому триместрі вагітності. Всі три типи клітинних культур мали однакове число хромосом – 54, як завжди, у овець. Ембріональні клітини використовували як донори ядер на 7-9-му пасажах культивування, фібробластоподібні клітини плода – на 4-6-му пасажах та клітини молочної залози – на 3-6-му пасажах. Розподіл клітин усіх трьох типів зупиняли на стадії G 0 і ядра клітин пересаджували в енуклейовані ооцити (яйцеклітини) на стадії метафази II. Було використано метод електрозлиття. Більшість реконструйованих ембріонів спочатку культивували в перев'язаному яйцеводі вівці, але деякі й in vitro у хімічно визначеному середовищі. Коефіцієнт виходу морул або бластоцист при культивуванні in vitro в одній серії дослідів був навіть удвічі вищим, ніж при культивуванні в яйцеводі.

Вихід морул або бластоцист у серії дослідів з культурою клітин молочної залози був приблизно втричі меншим, ніж у двох інших серіях, коли як донори ядер використовували культуру фібробластів плода або ембріональних клітин. Число живих ягнят у порівнянні з числом пересаджених в матку остаточного реципієнта морул або бластоцист було також удвічі нижчим. У серії дослідів із клітинами молочної залози з 277 реконструйованих яйцеклітин було отримано лише одне живе ягня, що говорить про дуже низьку результативність такого роду експериментів (0,36%). Аналіз генетичних маркерів всіх семи народжених у трьох серіях експериментів живих дитинчат показав, що клітини молочної залози були донорами ядер для одного, фібробласти плода – для двох та ембріональні клітини – чотирьох ягнят. Вівця на прізвисько Доллі розвинулася з реконструйованої яйцеклітини, донором ядра якої була культивована клітина молочної залози вівці породи фін дорсет і фенотипно не відрізняється від овець цієї породи, але сильно відрізняється від вівці-реципієнта. Аналіз генетичних маркерів підтвердив цей результат.

Успіх авторів цієї роботи перш за все пов'язаний з використанням тривалих клітинних культур, оскільки після багатьох пасажів у культурі клітин могли бути відібрані малодиференційовані стовбурові клітини, які, ймовірно, були використані як донори ядер. Велике значення також мав той факт, що автори з огляду на результати своїх попередніх робіт синхронізували стадії клітинного циклу яйцеклітин реципієнтів і клітин донорів.

Аналогічні експерименти проводили пізніше Tanja Dominko та співробітники лабораторії Вісконсинського університету, які забезпечили клонування ембріонів із клітин шкіри вух дорослої рогатої худоби. Ембріони, генетично ідентичні корові, яка пожертвувала клітини вуха, були впроваджені в матки корів – рецепієнтів. Спостерігалася поступова загибель ембріонів, тож життєздатних телят не отримали. Причини поки що не встановлено.

У серпні 1997 року з'явилося повідомлення про те, що Алан Троунсон (Австралія) розробив технологію, яка дозволяє сформувати ембріон із 16, 32 або 64 клітин і потім кожна з них може використовуватися для формування 16, 32 або 64 ідентичних ембріонів. Колектив дослідників на чолі з Аланом Троунсоном створив 470 генетично ідентичних ембріонів рогатої худоби від єдиної бластоцисти. Така технологія забезпечує безмежне джерело генетичного матеріалу для клонування.

Незважаючи на відсутність негайних практичних результатів відкриття, теоретичну значущість його важко переоцінити. Вперше було доведено, що гени запрограмовані оборотно. Подальші дослідження можуть дозволити зрозуміти, як регулюється робота генів, диференціація клітин, чому клітини в одних випадках ростуть та розмножуються керовано, а в інших (при раку) – неконтрольовано.

Вже зараз корпорація Genzyme Transgenics планує дослідження з метою створення трансгенної великої рогатої худоби, яка містить у молоці людський альбумін. Було куплено патент на отримання ембріонів, що містять ген клітин сполучної тканини (фібробластів), що включає ген, відповідальний за синтез людського білка. Декілька корів в даний час вагітні трансгенними телятами. Подібна технологія дозволяє збільшити ефективність створення трансгенних молочних тварин, тому що при звичайному впорскуванні генів у запліднену яйцеклітину народжується лише 5 – 10% трансформованих тварин, з них – кілька самців, які не дають молока. Використання нової технології клонування дозволяє отримувати тварини тільки жіночої статі, що дають трансгенний протеїн.

4. Технологія трансплантації ембріонів

Відтворення тварин - це основний фактор, що лімітує ефективність виробництва тваринницьких продуктів на промисловій основі. Причини, що перешкоджають досягненню оптимальних результатів у відтворенні худоби різні. Нові методи розширюють можливості регулювання відтворення. Вони пов'язані з маніпулюванням на рівні клітин або ембріонів, з використанням фізіологічно активних сполук, тому названі біотехнологічними. До цих методів відносять: стимуляцію і синхронізацію полювання, суперовуляцію, штучне запліднення, трансплантацію ембріонів, зберігання гамет і ембріонів, цілеспрямоване отримання двійнят, регулювання статі, ранню діагностику вагітності, управління процесом пологів, створення химер та ін.

Стимуляція та синхронізація полювання здійснюється за допомогою прогестерону – жіночого статевого гормону стероїдної природи, що регулює перебіг естрального циклу, простагландинів, а також їх комбінації. Цей прийом дозволяє викликати появу полювання у груп племінних тварин в той самий період часу.

У США для синхронізації полювання у телиць у молочному та м'ясному скотарстві випускається новий препарат під назвою “Сінхро-мейт-В”. Він представляє сукупність двох гормонів, один із яких імплантується під шкіру, а інший ін'єктується внутрішньом'язово. Імплант поміщається під шкіру вуха телиці і відразу після цього слідує ін'єкція іншого гормону. Під дією цих двох гормонів естральний цикл телиці переривається та тимчасово зупиняється. Через деякий час імплант видаляють із вуха тварини, починається новий естральний цикл. Так як імплант видаляється одночасно у всіх телиць, то і цикл починається в один і той же час.

Застосування гормональних препаратів знімає необхідність щоденного контролю над станом статевої активності тварин. Перевага синхронізованого полювання полягає у реальній можливості формування однорідних груп тварин у період запліднення, одночасності народження приплоду, точному обліку кормів у групах.

Суперовуляція

Потенційні можливості відтворення самок ссавців величезні. У їхніх яєчниках містяться десятки та сотні тисяч овоцитів. Однак у процесі онтогенезу лише невелика частина їх реалізується як нащадків. Інші овоцити піддаються атрезії (зворотному розвитку) і відтворенні не беруть участь.

Суперовуляція – стан, викликаний гормонами, як у яєчниках тварин розвивається і овулює у кілька разів більше яйцеклітин. Залежно від виду число овулюючих яйцеклітин може бути збільшено у 3 – 8 і навіть у 50 разів. За допомогою цього прийому стає можливим отримання більшої кількості ембріонів від найкращих за продуктивністю корів.

Штучне запліднення

Штучне запліднення тварин є найстарішим і добре відпрацьованим біотехнологічним методом розведення сільськогосподарських тварин. Застосування цього методу дозволяє обмежити поширення статевих інфекцій, які нерідко спричиняють безпліддя тварин. Воно також дозволяє ефективно використовувати генетичний потенціал найкращих виробників. Економічний ефект від штучного запліднення обумовлений зниженням витрат на утримання великого поголів'я виробників, можливістю швидкого розмноження генотипу з господарсько корисними ознаками, поліпшенням генетичного потенціалу ремонтного стада.

Трансплантація ембріонів

Трансплантація ембріонів на даний час є однією з найактуальніших проблем у галузі тваринництва. За допомогою пересадки ембріонів можна різко збільшити вихід нащадків від високопродуктивних корів. Трансплантація ембріонів, або ембріотехнологія, полягає в отриманні одного або кількох ембріонів з матки племінних тварин (донорів) та пересадці в матку корів (рецепієнтів), де ембріони розвиваються до отелення. Цей метод у поєднанні із суперовуляцією у донорів дозволяє отримати велике потомство від високопродуктивних тварин. Цим способом ембріони можна впровадити в ту чи іншу породу в інші регіони, використовуючи як рецепієнти корів м'ясних порід. Застосування цього методу також полегшує обмін генофондом сільськогосподарських тварин між країнами та континентами. Пересадка ембріонів може бути використана для отримання потомства від цінних, але безплідних корів, що втратили здатність до розмноження внаслідок нещасного випадку, хвороби або віку.

Коли було встановлено, що кролик має імунітет щодо ящура, була висунута ідея використання методу трансплантації для оздоровлення потомства заражених ящуром тварин. Статеві шляхи кролика, куди трансплантуються ембріони, здатні руйнувати вірус ящуру в ембріонах. Трансплантація може бути використана і для тимчасового зберігання ембріонів. У яйцеводах кролиць вдається здійснювати трансконтинентальне перевезення ембріонів овець.

Вилучення ембріонів до 70-х років проводили в основному хірургічним шляхом, згодом він був замінений менш травматичним і трудомістким нехірургічним, заснованим на введенні в матку особливого зонда природним каналом. Зонд має три канали. Один з каналів призначений для надування балончика, який закупорює ріг матки, перешкоджаючи витіканню рідини. По іншому каналу вводиться фізіологічний розчин з температурою 25-30 про З, який вимиває ембріони і повертається разом із ними через третій канал зонда в пробірку, поміщену водяну баню з температурою 35 про З. З цієї рідини вилучаються ембріони. У середньому за суперовуляції від донора можна отримати від 5 до 7 ембріонів.

Трансплантацію здійснюють за допомогою спеціального зонда або пістолета для запліднення. Ембріони поміщаються у роги матки. Тілесність у самок – рецепієнтів перевіряється за рівнем прогестерону у плазмі крові на 21-й день.

Регулювання статі. У практиці розведення тварин дуже важливо навчитися керувати освітою у потомстві чоловічих та жіночих особин. Метод поділу ембріонів підлогою заснований на визначенні білків, специфічних для самців. Цим метод широко застосовується у тваринницькій практиці багатьох країн. У Канаді вже з 1975 року народжуються телята, розділені за статтю на стадії ембріонів. У перспективі для цілеспрямованого отримання особин чоловічої чи жіночої статі може бути застосований метод мікрохірургічної заміни Х та У хромосом. Такі маніпуляції вже проводилися на рослинних клітинах та яйцеклітинах земноводних.