ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ

Трансгенные сельскохозяйственные животные. Принципиальные возможности генетической инженерии

В животноводстве

Последние несколько лет характеризуются большим потоком ис­следований, в которых разрабатываются или используются системы генетической трансформации клеток млекопитающих индивидуаль­ными прокариотными или эукариотными генами. Попытки измене­ния генотипа и фенотипа клеток животных с помощью изолирован­ной ДНК предпринимались начиная с 40-х гг. XX в., однако убеди­тельные доказательства возможности такой трансформации были получены сравнительно недавно в связи с развитием тонких методов анализа ДНК с помощью рестриктаз и секвенирования, а также тех­ники молекулярного клонирования генов.

Методы генетической трансформации существенно расширяют возможности исследования фундаментальных генетических процессов в эукариотных клетках. С помощью них получены новые данные о регуляции экспрессии генов, контроле природных процессов генети­ческой рекомбинации, репликации и сегрегации ДНК, механизмах злокачественной трансформации клеток и роли клеточных онкоге­нов.

Принципиально новые возможности по сравнению с традицион­ными методами мутагенеза и селекции открываются благодаря новой технологии в области биоконструирования, т. е. создания новых ти­пов клеток и организмов с нужными комбинациями признаков. Прежде всего это относится к получению культивируемых вне организма кле­точных линий, в которых выражаются гены, кодирующие полезные для человека белки: гормоны, ферменты, антигены. Хотя многие эука-риотные гены удается заставить работать в бактериях, при этом не всегда получаются полипептиды, обладающие нужной биологической активностью. В этих условиях естественно возникает вопрос об ис­пользовании клеточных культур или животных, выращенных из за­родышей, в которые был введен нужный ген. Большие возможности открываются также для разработки новых методов лечения (сомати­ческой коррекции) наследственных заболеваний, а также ненаслед­ственных болезней, обусловленных низкой активностью какого-либо гена. Полноценный вариант последнего может вводиться или непо­средственно в организм, или через пролиферирующие вне организма клетки, например, костного мозга.

Наиболее реальными нам представляются следующие подходы к интродукции в геном животных чужеродного гена:

1) введение гена в изолированные клетки реципиента с последу­ющей их ретрансплантацией;

2) инъекция рекомбипаитиой ДНК, содержащей изолированный
индивидуальный ген, непосредственно в организм реципиента;

3) внедрение чужеродного гена в геном инфекционного вируса и
заражение им животного;

4) встраивание рекомбинантной ДНК с клонированным геном
непосредственно в геном зародыша.

Первый подход разработай Клайиом. Клетки костного мозга были трансформированы геном дигидрофолатредуктазы, обеспечивающим устойчивость к метотрексату. Учитывая, что в нормальном состоя­нии они весьма чувствительны к этому соединению, авторы культиви­ровали in vitro трансформированные стволовые клетки в его присут­ствии и таким образом отобрали клетки, включившие в геном чуже­родный ген и получившие благодаря этому устойчивость к метотрек­сату. Далее эти клетки ввели в костный мозг и по ряду признаков (хромосомный маркер, устойчивость к метотрексату) показали, что данный геи функционировал в организме животного. Интродукцию гена проводили с помощью ДНК, осажденной фосфатом кальция. Перспективы введения чужеродной ДНК в клетки костного мозга этим методом имеют ряд ограничений, обусловленных прежде всего низкой частотой трансформации — в среднем одна из 10⁵ клеток. Стволовые клетки составляют менее 0,01 % от всех клеток костного мозга, и при использовании 10 — 20 мл костномозговой жидкости (10⁶ стволовых клеток) для внедрения чужеродного гена только одна стволовая клетка может иметь новый ген. Более высокий процент возможно получить при введении гена в составе дефектного вируса, например, ретровируса, что обеспечит большую частоту передачи чуже­родного гена.

Второй подход был опробирован на примере гена препроипсули-на крыс. Животным внутривенно вводили геи в составе липосом, что обеспечивало частичную защиту ДНК от иуклеаз. Оказалось, что уро­вень глюкозы в крови крыс снизился почти в 2 раза, а радиоиммуио-логически было обнаружено увеличение количества инсулина в ней. Синтез последнего у этих животных продолжался в течение 10 ч и происходил в селезенке и печени. Предварительный анализ показал, что при этом, по-видимому, происходит интеграция введенного таким способом гена. Авторы полагают, что после разработки более совер­шенных способов, обеспечивающих интеграцию вводимого гена, ста­нет возможным получение стабильной генетической трансформации взрослых млекопитающих. Однако для данного подхода, как и для предыдущего, наиболее трудной задачей является создание эффек­тивной системы регуляции введенного в организм гена, подобной или идентичной нормальной (тканеспецифичной) регуляции его активно­сти.