Методы биотехнологии в животноводстве. Клеточная биотехнология в животноводстве (основные направления)

Биотехнология в животноводстве

Вакцины. Возбудители заболеваний у животных иные, чем у людей, особенно с учетом разнообразия видов и пород животных. Требования к вакцинам не такие жесткие, как в медицине, но это не исключает необходимости разрабатывать и выпускать большой ассортимент вакцин для животноводства и птицеводства. Под Москвой расположен биокомбинат, занимающийся таким произ­водством.

Антибиотики. Часто медицинские антибиотики действуют и как ветеринарные препараты. Но государственные органы стараются не использовать медицинские антибиотики для животных. Во-первых, применение медицинских антибиотиков для лечения жи­вотных создает риск действия остаточных концентраций их в мясе на «привыкание» (точнее - резистентность) болезнетворных мик­роорганизмов к этим антибиотикам у человека и в дальнейшем - неэффективность их действия при заболеваниях человека. Поэто­му только антибиотики-ветераны, в прошлом бывшие медицинс­кими (такие, как хлортетрациклин или биомицин), входят в ас­сортимент кормовых антибиотиков.

Кормовые витамины используют для некоторых видов живот­ных. Здесь аналогия с медициной полная.

Ростовые гормоны в животноводстве играют гораздо большую роль, чем в медицине. Если в применении к человеку они на­правлены на немногочисленную популяцию лилипутов, то у животных они ускоряют нарастание мышечной массы при от­корме. Это не стероидные гормоны, которые сейчас ограниче­ны в применении, а природные белковые, биосинтез которых налажен с помощью генно-инженерных микроорганизмов-про­дуцентов. Современные ростовые гормоны ускоряют рост до размеров нормальной взрослой особи, не более.

Кормовой белок. При откорме животных, особенно свиней и кур, наряду с обычным углеводным питанием (которое поставля­ется в основном зерном), важно иметь белковое питание (обычно это рыбная мука, мясо-костная мука, бобы или шрот сои, гороха, рапса). Всего этого в стране не хватает. Поэтому наша страна выс­тупила пионером в использовании в качестве кормовых белков микробной биомассы, содержащей от 40 до 80 % белка и выращи­ваемой обычно на разных отходах. Белковая биомасса микроорганизмов хорошо усваивается сельскохозяйственными животными (1 тонна кормовых дрожжей позволяет получать 0,4-0,6 тонн свинины).

Белок, применяемый для кормовых целей, не имеет ограничений по содержанию нуклеиновых кислот (как пищевой). Эти кислоты благополучно усваиваются животными.

Наиболее известен кормовой белок из дрожжей Candida maltosa, выращиваемый на отходах переработки нефти - жидких парафинах. В СССР до 1990 г. ежегодно производилось 1,4 млн т в год такого продукта под названием БВК (белково-витаминный концентрат).

Разработана и реализована вблизи Волгограда в промышленных условиях технология кормового белка на основе метаноокисляющих микроорганизмов, использующих в качестве сырья при­родный газ и имеющих высокое содержание белка в биомассе (до 75 %). Аналогичным образом создана технология кормового белка на основе водородных бактерий.

Существует несколько заводов по производству кормовых гид­ролизных дрожжей, где в качестве сырья применяют получаемый после высокотемпературной кислотной обработки гидролизат древесины. Имеются также технологии получения белка на основе технических метанола и этанола.

Все эти виды сырья оказались после повышения цен на нефть, газ и электроэнергию экономически невыгодными. Поэтому раз­работана и реализована технология получения кормового белка на основе отходов производства зерна (под названиями «Биокорн», «Белотин», «Биотрин»), которая пока еще может конкурировать с дешевой соей из-за рубежа. В других странах для изготовления кормовых дрожжей используют отходы сахарной свеклы и трост­ника, фруктов, отходы спиртового производства, сельскохозяй­ственные крахмалосодержашие отходы.

Кормовые аминокислоты. Из 20 аминокислот незаменимыми для человека являются 8: изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, валин, фенилаланин. Для сельскохозяй­ственных животных к незаменимым относятся также гистидин и аргинин, а для молодняка птицы - пролин.

Эти незаменимые аминокислоты не синтезируются организ­мом, а вносятся с кормом. При этом соотношение разных амино­кислот должно примерно соответствовать соотношению их в бел­ке мяса, яиц, молока животных (в зависимости от направления животноводства), а для человека - в белке женского молока. Если какая-то аминокислота имеет концентрацию гораздо большую, чем нужно по соотношению, прирост массы животного не изме­нится при кормлении такой смесью. Избыток оказывается «лиш­ним». И наоборот, если концентрация какой-то одной аминокис­лоты будет меньше нужной по соотношению, то рост животного будет определяться именно этой аминокислотой. В биологии это называют «принципом Либиха» по имени немецкого ученого, сформулировавшего этот принцип.

В белке зерна пшеницы (глютене) много различных аминокислот, но одна из них имеет концентрацию, на 30-40 % меньше нужной по соотношению Либиха. Эта аминокис­лота - лизин. Если ее добавить к корму, состоящему из зерна пше­ницы, в относительно небольшом количестве, то белок станет по­чти в полтора раза более полноценным, и на таком сбалансирован­ном корме соответственно будет в полтора раза больший рост жи­вотного без изменения количества самой пшеницы. Чтобы получить тот же эффект без добавок лизина, нужно впустую из­расходовать в полтора раза больше зерна.

В связи с этим существует довольно большое производство кормовой аминокислоты лизина, которая продуцируется в боль­ших количествах специальными штаммами микроорганизмов. Производство лизина в США, Японии и других странах достигает 300 тыс. т.

Имеется, в меньшей степени, потребность в аминокислотах триптофан (для кормов на основе зерна кукурузы) и треонин (для кормов на основе пшеницы).

Силосные закваски. Для сохранения скошенной травы и увели­чения ее питательной ценности в силосные ямы наряду с травой вводят специальные закваски - смесь микроорганизмов, создаю­щую возможность в зимнее время кормить животных даже более ценным, чем исходный, растительным кормом.

Пробиотики. Это полезные микроорганизмы пищеварительно­го тракта животных, которые в некоторых случаях (для молодня­ка) добавляют в виде живого биопрепарата в корм. Имеются также попытки в качестве микроорганизмов-пробиотиков добавлять в корм курам, свиньям микрофлору, выделенную из желудка грызу­нов, лосей, бобров, умеющих перерабатывать древесину как пита­тельный субстрат. Это позволяет повысить усвояемость грубых кормов животным с односегментным желудком.

Корм для рыб. Кроме обычных белковых кормов микробиоло­гического типа, хорошо показавших себя при разведении рыб, можно упомянуть специальный корм из оранжево-красных мик­роорганизмов рода Phaffia, который позволяет получать оранже­вый или розовый цвет мяса лосося и форели при их искусствен­ном разведении (без таких добавок мясо лосося получается водя­нистое, бело-серое). Это связано с тем, что Phaffia синтезирует ка-ротиноид астаксантин.

Что такое биотехнология животных? На настоящий момент биотехнологии приобретают все более важную роль в повышении доходности животноводства. Внедрение результатов биотехнологических исследований в животноводство происходит в первую очередь в следующих областях деятельности: 1. Улучшение здоровья животных с помощью биотехнологии; 2. Новые достижения в лечении людей с помощью биотехнологических исследований на животных; 3. Улучшение качества продуктов животноводства с помощью биотехнологии; 4. Достижения биотехнологии в охране окружающей среды и сохранении биологического разнообразия. Биотехнология животных включает в себя работу с различными животными (скотом, домашней птицей, рыбой, насекомыми, домашними животными и лабораторными животными) и исследовательскими приемами - геномикой, генной инженерией и клонированием .

Приказы регулятивных органов по поводу биотехнологии животных рассматриваются Управлением по разработке политики в области науки и техники с целью согласования деятельности правительственных органов для обеспечения рационального научного подхода. Несмотря на огромное количество разрабатываемых продуктов, регуляторных документов в печатном виде существует не так много. В 2003 году Центр ветеринарной медицины FDA опубликовал предварительную версию руководства по оценке риска при клонировании скота и безопасности употребления пищевых продуктов, произведенных из мяса клонированных животных. Специалисты FDA пришли к выводу о пригодности мяса и молока клонированных животных к употреблению в пищу. Следующим шагом является полное урегулирование вопросов по оценке риска и предложений по процессу управления рисками.

Повышение продуктивности скота Руководители животноводческих хозяйств непосредственно заинтересованы в повышении продуктивности сельскохозяйственных животных. Их конечной целью является повышение количества продукции (молока, яиц, мяса, шерсти) без увеличения затрат на содержание поголовья. Увеличение мышечной массы с одновременным снижением количества жира в организме мясных животных с незапамятных времен является целью селекционеров. Биотехнология помогает улучшить продуктивность скота с помощью различных вариантов селекционного разведения.

Для начала отбираются особи, обладающие желаемыми характеристиками, после чего, вместо традиционного скрещивания, производится забор спермы и яйцеклеток и последующее экстракорпоральное оплодотворение. Через несколько дней развивающийся эмбрион имплантируется в матку суррогатной матери соответствующего вида, но необязательно той же породы. Иногда эмбрион делится на несколько частей, каждая из которых имплантируется отдельно.

Такая форма клонирования на протяжении уже нескольких десятилетий используется для быстрого улучшения генетических характеристик сельскохозяйственных животных. Методы геномики также используются для усовершенствования традиционных селекционных подходов .

В 2003 году был официально зарегистрирован первый проверенный с помощью метода полиморфизма одного нуклеотида (SNP - single nucleotide polymorphisms) геном крупного рогатого скота мясного направления. SNP-метод используется для идентификации генных кластеров, ответственных за формирование того или иного признака, например, за поджарость животного. После чего с помощью методов традиционной селекции выводятся породы, в данном случае, отличающиеся повышенной мускулистостью. Во всем мире ведется активная работа по секвенированию геномов различных животных и насекомых. В октябре 2004 года было объявлено об успешном завершении проекта по секвенированию коровьего генома (Bovine Genome Sequencing Project). В декабре 2004 года было также успешно завершено секвенирование генома курицы.

Биотехнологическая промышленность предлагает ряд решений проблемы безвредности пищевых продуктов, таких как передающиеся человеку заболевания животных и пищевые патогены. С помощью таких биотехнологических методик, как нокаутирование генов и клонирование, ученые создают экспериментальные породы животных, устойчивые к вызываемой прионами губчатой энцефалопатии.

Биотехнология обеспечивает принципиально новые подходы к улучшению здоровья животных и продуктивности скота и домашней птицы. Это улучшение возможно за счет усовершенствования диагностики, лечения и профилактики заболеваний; использования высококачественных кормов, производимых из трансгенных сортов кормовых растений; а также за счет повышения эффективности выведения новых пород.

Современная ветеринарная промышленность обладает огромным набором средств для профилактики и лечения заболеваний, потенциально способных вызвать эпизоотию и гибель сельскохозяйственного поголовья. Своевременная диагностика и лечение в комбинации с активными профилактическими мерами способствует снижению затрат на производство продуктов питания, а также улучшению состояния здоровья животных в целом и, соответственно, повышению безопасности пищевых продуктов. - биотехнология позволяет фермерам немедленно диагностировать с помощью тестов на основе ДНК-типирования и определения наличия антител следующие инфекционные заболевания: бруцеллез, псевдобешенство, понос, ящур, лейкоз птиц, коровье бешенство и трихинеллез; - в скором времени ветеринары получат в свое распоряжение биотехнологические средства для лечения различных заболеваний, в том числе ящура, свиной лихорадки и коровьего бешенства; - новые биологические вакцины используются для защиты животных от широкого спектра заболеваний, включая ящур, понос, бруцеллез, легочные инфекции свиней (плевропневмонию, пневмонический пастереллез, энзоотическую пневмонию), геморрагическую септицемию, птичью холеру, псевдочуму домашней птицы, бешенство и инфекционные заболевания выращиваемой в искусственных условиях рыбы; - активная работа ведется над созданием вакцины против африканского заболевания скота, получившего название лихорадки Восточного побережья.

В случае успеха эта вакцина станет первым препаратом для борьбы с простейшими и одновременно первым шагом на пути к разработке противомалярийной вакцины; - молекулярные методы идентификации патогенов, такие как геномная дактилоскопия, позволяют наблюдать за распространением заболевания внутри стада и от популяции к популяции и идентифицировать источник инфекции; - генетический анализ патогенеза заболеваний животных ведет к улучшению понимания факторов, вызывающих заболевания не только животных, но и человека, и подходов к контролю над ними; - улучшенные с помощью биотехнологии сорта кормовых растений обеспечивают повышение питательности кормов за счет дополнительного содержания в них аминокислот и гормонов, приводящих к ускорению роста животных и повышению их продуктивности .

Биотехнологические приемы позволяют повысить усвояемость грубых кормов. Ученые работают над новыми сортами растений с целью создания съедобных вакцин для сельскохозяйственных животных. В ближайшем будущем фермеры получат возможность кормить свиней генетически модифицированной люцерной, стимулирующей специфический иммунитет к опасной кишечной инфекции - исследователи работают над вакциной, которая могла бы послужить альтернативой кастрации скота. Телят кастрируют с целью снижения агрессии, а поросят - во избежание появления специфического запаха, делающего несъедобным мясо некастрированных кабанов.

Новая вакцина обеспечит стерилизацию животных без хирургического вмешательства, не оказывая при этом негативного влияния на рост животных. Кроме диагностических тестов, вакцин и лекарственных препаратов, использующихся для поддержания здоровья сельскохозяйственных животных, биотехнология играет все более важную роль в выведении новых пород. Методы генетического картирования позволяют выявлять генетически устойчивых к различным заболеваниям животных и использовать их в селекционных проектах для получения здорового устойчивого к болезням потомства.

С другой стороны, животные с генетическими дефектами также могут быть идентифицированы и изъяты из процесса селекции - новые ДНК-тесты позволяют выявлять свиней, страдающих генетически обусловленным свиным стресс - синдромом, характеризующимся дрожанием и гибелью животных при воздействии стрессовых факторов, передающиеся по наследству неблагоприятные признаки скота могут быть идентифицированы с помощью ДНК-тестов, в настоящее время использующихся в национальных селекционных программах в Японии.

С их помощью можно выявить дефект адгезии лейкоцитов, характеризующийся повторяющимися бактериальными инфекциями, задержкой роста и гибелью в течение первого года жизни; недостаточность фактора свертываемости крови XIII; наследственные формы анемии и задержку роста крупного рогатого скота. Повышение качества продуктов животноводства Использование биотехнологии способно значительно улучшить качество употребляемых в пищу и используемых в других целях продуктов животноводства. Часть улучшений происходит благодаря использованию ветеринарных вакцин, лекарств и диагностических тестов .

Однако огромные достижения были сделаны биотехнологами и на клеточном уровне с помощью переноса генов и клонирования. К таким достижениям относятся: - возможность создания генетически модифицированных коров, овец и свиней с пониженным содержанием жира и повышенным - постного мяса; - проекты по генетическому картированию позволяют фермерам выявлять высокопродуктивных особей для включения их в селекционные программы; - вакцины находят новые области применения, в том числе используются для стимуляции иммунной системы индюшек, что подавляет у них тенденцию к прекращению откладывания яиц; - другие вакцины повышают эффективность переваривания корма или влияют на продукцию гормонов, что приводит к ускорению роста животных.

Некоторые вакцины способствуют синтезу большего количества молока или снижению жирности мяса; - генетически модифицированные коровы производят «дизайнерское молоко», содержащее повышенное количество белков, необходимых для полноценного вскармливания детей или производства кисломолочной продукции; - австралийские ученые разработали метод получения большего количества овечьей шерсти за счет скармливания овцам генетически модифицированный люпина, дикий вариант которого составляет основную часть их летней диеты; - в настоящее время ведется работа над созданием генетически модифицированных креветок, не содержащих белка, в 80% случаев являющегося причиной аллергии на креветки.

Исследования, проведенные специалистами Национальной академии наук США, продемонстрировали безопасность использования клонированных и генетически модифицированных животных для производства продуктов питания. Генетически модифицированные версии некоторых кормовых культур в настоящее время находятся на стадии тестирования. Целью их создания является повышение качества белков, жиров и усвояемости энергии изготавливаемых на их основе кормов. Одна из таких культур разрабатывается для увеличения срока хранения говядины за счет повышения антиоксидантных свойств входящих в ее состав жиров .

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГОУ ВПО "Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия"

БИОТЕХНОЛОГИЯ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

Ульяновск - 2008 г.

П.С.Катмаков, А.В.Бушов, В.П.Гавриленко. Биотехнология в животноводстве. Учебноепособие. - Ульяновск, УГСХА, 2008, 154 с.

Под общейредакциейпрофессораП.С.Катмакова.

Рецензенты:

В.П.Дегтярев , доктор биологических наук, академик РАСХН,Д.А.Васильев, докторбиологическихнаук, профессор.

Учебное пособие написано в соответствии с программой курса по биотех- нологии длястудентов биотехнологическогофакультета.

В пособии на уровне современных знаний изложены вопросы молекуляр- ных основ наследственности, генетической и клеточной инженерии, включая конструирование рекомбинантных ДНК и векторных систем. В главах, посвя- щенных трансплантации эмбрионов, получению трансгенных животных, кло- нированию и получению химер значительное внимание уделено практиче- скому использованию достижений биотехнологии в селекции сельскохозяй- ственныхживотных.

Рассмотрены вопросы биотехнологии кормовых препаратов - получение кормовых белков, незаменимых аминокислот; ферментных, витаминных пре- паратов и липидов. Особое внимание уделено научным и правовым основам обеспечения биобезопасности в биотехнологии, биоинженерии и использова- нии генетически модифицированных организмов. Каждая глава заканчивается перечнем вопросов для самостоятельного контроля усвоения материала.

© ФГОУ ВПО« Ульяновская ГСХА», 2008. © П. С. Катмаков, А. В. Бушов, В. П. Гавриленко, 2008.

2.4. Генетическая инженерия на уровне хромосом и геномов …………………………………………………........... 38

9.3. Критерии, показатели и методы оценки генетически модифицированныхорганизмовиполучаемыхотнихпродуктов

Термин "биотехнология " впервые использовал Карл Эреки в1919 году для обозначения работ, в которых продукты получают с помощью живых организмов. В биологическом энциклопедическом словаре, издан- ном в1986 г., биотехнологией называют использование живых организ- мов и биологических процессов в производстве. Европейская федерация биотехнологии определяет современную биотехнологию как использова- ние наук о природе(биологии, химии, физики) и инженерных наук(элек- троники) применительно к биосистемам в биоиндустрии. Будучи древней сферой производства, биотехнология сегодня представляет собой ультра- современный этапнаучно- техническогопрогресса.

На начальном этапе биотехнология опиралась главным образом на достижения микробиологов и энзимологов, а в последние годы она полу- чила мощный импульс к развитию со стороны наиболее интенсивно раз- вивающихся областей биологии: вирусологии, молекулярной и клеточной биологии, молекулярной генетики.

Рождение нового направления в биологии - генетической инженерии- условно можно отнести к1972 г., когда в лаборатории П. Берга впервые была синтезирована рекомбинантная молекула ДНК, что окончательно закрепило за биотехнологией и биоинженерией(ядерной биологией) важ- нейшее место в современной науке. Работы выдающихся биологов А. А. Баева, А. Н. Белозерского, О. Эйвери, Г. Гамова, К. Кораны, Ф. Жакоба, Ж. Моно, Дж. Беквиста, Ю. А. Овчинникова, А. С. Спирина и др. дополнили

последовательный ряд важнейших открытий по идентификации генов и ферментов, выделению молекул ДНК из растительных, микробных и жи- вотных клеток, расшифровке генетического кода и механизмов экспрес- сии генов и биосинтеза белка упрокариот и эукариот.

В 50- е годы в биологии возникает еще одно важное направление- кле- точная инженерия и связанная с ней клеточная биотехнология.

Генетическая и клеточная инженерия определили главнейшее ядро и направление современной биотехнологии, методы которой получили ши-

рокое развитие в 80- е годы и используются во многих областях науки и производства в нашей стране и за рубежом.

Современная биотехнология (биоинженерия) - это наука о генноинженерных и клеточных методах и технологиях создания и использования генетически трансформированных (модифицированных) растений, животных и микроорганизмов в целях интенсификации производства и получения новых видов продуктов различного назначения.

Высшим достижением новейшей биотехнологии является генетиче- ская трансформация, перенос чужеродных донорских генов в клетки- ре- ципиенты растений, животных и микроорганизмов, получение трансген- ных организмов с новыми или усиленными свойствами и признаками. По

своим целям и возможностям в перспективе это направление является стратегическим. Оно позволяет решать принципиально новые задачи по созданию растений, животных и микроорганизмов с повышенной устой- чивостью к стрессовым факторам среды, высокой продуктивностью и ка- чеством продукции, по оздоровлению экологической обстановки в приро- де и всех отраслях производства.

Биотехнология решает не только конкретные задачи науки и произ- водства. У нее есть более глобальная методическая задача- она расширяет и ускоряет с помощью достижений научно- технического прогресса мас- штабы воздействий человека на живую природу и способствует приспо- соблению живых систем к условиям существования человека, выступая в роли новогомощного фактора антропогенной адаптивной эволюции.

По своим потенциям биотехнология экологически достаточно чистый и практически неисчерпаемый высокоэкономичный производитель разно- образной продукции и поэтому все больше будет вытеснять несовершен- ные, ограниченные ресурсами и экологически вредные современные хи- мические технологии. Однако, для большего прогресса биотехнология нуждается в успехах фундаментальных наук и в более совершенных ме- тодах оперирования живыми системами.

ГЛАВА1. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫНАСЛЕДСТВЕННОСТИ

1.1. Нуклеиновые кислоты – материальные носители наследст-

венной информации. Хромосома представляет собой нуклеопротеидную структуру (дезоксинуклеопротеид), в состав которой входит дезоксирибо- нуклеиновая кислота, основные белки– гистоны, негистоновые белки и небольшое количество рибонуклеиновой кислоты. Ведущая роль в на-

следственности принадлежит ДНК, которая является носителем наследст- венной информации практически у всех организмов, как прокариот, так и эукариот, за исключением некоторых РНК– содержащихвирусов.

Нуклеиновые кислоты были открыты Фридрихом Мимером (18441895 г. г.) в1869 г. Из ядер клеток человека он выделил вещество, назван- ное им нуклеином(от лат. Nucleus – ядро). В дальнейшем были изучены строение и молекулярная структура нуклеина и установлено, что он пред- ставлен двумя типами нуклеиновых кислот– ДНК- ой, локализованной преимущественно в ядре и РНК- ой, находящейся в ядре и цитоплазме.

Дезоксирибонуклеиновые кислоты – высокомолекулярные соедине-

ния; их молекулярный вес колеблется от 5 млн. до 40 млн. В состав ДНК входят: сахар – дезоксирибоза, 4 азотистых основания – производные пурина (аденин и гуанин) и пиримидина (тимин и цитозин) и остатки фосфорной кислоты (фосфат). Аденина (А) содержится обычно столько, сколько тимина (Т), а количество гуанина (Г) равно количеству цитозина (Ц). Нуклеотиды соединяются между собой , обра - зуя длинную цепочку , химическим остовом которой служат остатки фос - форной кислоты , которые связаны фосфодиэфирными связями с 5′ угле - родом одной молекулы пентозного сахара и 3′ углеродом другой .

Структурная формула молекулы ДНК была установлена в 1953 г. Д. Уотсоном и Ф. Криком. Согласно их модели, молекула ДНК состоит из двух цепей, связанных междусобой. Они отличаются сильной спиральной

извитостью и могут складываться в плотные столбики или растягиваться в длинные слегка извитые нити. Цепи двойной спирали удерживаются вме- сте водородными связями между азотистыми основаниями, лежащими друг против друга.

Молекула ДНК состоит из цепи молекул дезоксирибозы, соединенных между собой фосфатными остатками. К каждой молекуле сахара присое- динено одно из оснований– аденин, тимин, гуанин и цитозин, иногда ме- тилцитозин. Вторая цепь ДНК состоит из аналогичных соединений, но основания в ней расположены так, что напротив аденина в первой цепи во второй находится тимин, напротив гуанина– цитозин, причем аденин и тимин соединены двойными водородными связями, а гуанин и цитозин– тройными(пр. Чаргафа).

Число пуриновых нуклеотидов (А+Г)= числу пиримидиновых (Ц+Т),

т.е. отношение (А+Г) : (Т+Ц) = 1. Две комплементарные нити образуют правовинтовую спираль , каждый виток которой имеет длину 3.4 нм , рас - стояние между нуклеотидами 0.34 нм . Азотистые основания ориентиро -

ваны к середине спирали. Для хромосом эукариотов характерно линейное строение молекулы ДНК, у прокариот, плазмид, митохондрий и пластид молекулы ДНК бывают замкнуты в кольцо.

Число нуклеотидов и их последовательность в молекуле ДНК специ- фичны для каждого вида. Д. Уотсон ввел понятие о видовой специфично- сти ДНК. Коэффициентом видовой специфичности называют соотноше- ние(А+ Т): (Г+ Ц). Молекула ДНК обладает исключительным многообра- зием. Если предположить, что у млекопитающих в ДНК содержится10 8 нуклеотидов, то число молекул ДНК, различающихся по порядку чередо- вания нуклеотидов, будет4 в степени10 8 . Таким образом, в молекуле ДНК может быть записан практически любой объем наследственной информа- ции и укаждой особи эта запись уникальна и специфична.

В отличие от содержащихся в живом организме других химических соединений молекула ДНК обладает способностью к автосинтезу, т. е. к самовоспроизведению в процессе репликации. Репликацией называют

процесс самокопирования молекулы ДНК с точным соблюдением порядка чередования нуклеотидов, присущего исходным комплементарным нитям. Происходит это с участием специальных ферментов – дезоксирибонуклеазы, расщепляющей молекулу ДНК, и ДНК – полимеразы, способствующей ее синтезу.

Репликация происходит в период синтеза (S- период ) интерфазы мито-

тического цикла . На отдельных участках молекулы ДНК образуются

так называемые вилки репликации. В этих местах под влиянием первого фермента водородные связи между азотистыми основаниями разрываются, комплементарные нити разъединяются, и каждая из них становится матрицей, на которой происходит синтез дочерних нитей. Такой тип репликации получил название полуконсервативного.

Участок молекулы ДНК в том месте, где начали расплетаться компле- ментарные нити, называется вилкой репликаций. Она образуется у прока- риот, плазмид, митохондрий и пластид в одной определенной, генетиче- ски фиксированной точке. В молекуле ДНК у эукариот таких« стартовых точек» бывает несколько.

У эукариот на каждой комплементарной нити ДНК процесс реплика- ции идет неодинаково, т. к. они антипараллельны, поэтому одна из нитей называется «лидирующей », другая– «запаздывающей» . « Лидирующая» нить синтезируется при участии фермента ДНК– полимеразы в виде сплошной комплементарной нити.

Синтез « запаздывающей» нити протекает сложнее с участием ком- плекса ферментов. Вначале образуются отрезки– реплики новой дочерней нити ДНК, прочное соединение которых осуществляет ферментлигаза . Эти отрезки новой нити ДНК содержат у эукариот 100-200 нуклеотидов, у прокариот 1000-2000 нуклеотидов. Их называют фрагментамиОказаки по имени описавшего их японского ученого. ДНК- полимераза II проверяет комплементарность оснований и вырезает те из них, которые не компле- ментарны, бреши застраиваются правильныминуклеотидами.

Репликация кольцевых молекул ДНК у прокариот, а также ДНК плаз- мид, митохондрий и пластид протекает по типу, получившему название« катящегося обруча». При этом одна из нитей молекулы ДНК разрывает- ся, и ее конец прикрепляется к клеточной мембране, а на противополож- ном конце, как на матрице, происходит синтез дочерней нити ДНК. Реп- ликация ДНК протекает довольно быстро. У бактерий она составляет око- ло30 мкм в минуту; за это время к нити матрице присоединяется около500 нуклеотидов дочерней нити. У вирусов– около900 нуклеотидов в минуту. У эукариот репликация протекает медленнее– дочерняя нить уд- линяется на1,5-2,5 мкм в минуту.

Таким образом, ДНК способна самовоспроизводиться(реплициро- ваться, самокопироваться) и сохранять наследственную информацию, за- кодированную в ней в виде последовательности чередования нуклеотид- ных оснований, во множестве поколений клеток, образующихся в онтоге- незе многоклеточногоорганизма.

Рибонуклеиновая кислота по своему строению несколько сходна с ДНК. Она также имеет цепь из сахара рибозы, соединенной фосфатными остатками; к молекулам рибозы присоединены основания – аденин, гуанин, цитозин, но вместо тимина здесь включается другое производное пиримидина – урацил. Молекула РНК одноцепочная, слегка спиралеобразно изогнутая. В клетке содержится РНК в основном трех типов: информационная (матричная) – и-РНК (м-РНК), рибосомальная – р-РНК и транспортная – т-РНК.

Все рибонуклеиновые кислоты синтезируются на соответствующих участках молекулы ДНК. Они имеют значительно меньшие размеры, чем ДНК. В живом организме в синтезе РНК участвует лишь одна цепь ДНК. Образовавшаяся двойная цепь ДНК/ РНК существует до тех пор, пока со- отношение между ДНК и РНК не достигнет определенной величины, по-

сле чего молекула РНК отделяется и поступает в ядрышко или по каналам эндоплазматической сети в органоиды или плазмуклетки.

Клонирование животных и растений. Клонирование животных. Генетическая инженерия в биотехнологии.

Клонирование животных и растений. Клони́рование (англ. Cloning от др. - греч. Κλών - «веточка, побег, отпрыск») - в самом общем значении - точное воспроизведение какого – либо объекта любое требуемое количество раз. Объекты, полученные в результате клонирования (каждый по отдельности и вся их совокупность) называются клоном. Термины «клон», «клонирование» первоначально использовались в микробиологии и селекции, после - в генетике, в связи с успехами которой и вошли в общее употребление. Надо добавить, что их популяризации в значительной мере способствовали также киноискусство и литература. Следует иметь ввиду, что точное воспроизведение животного или растения как при естественном, так и при искусственном клонировании невозможно. Новый организм в любом случае будет отличаться от материнского за счет соматических мутаций, эпигенетических изменений наследственного материала, влияния окружающей среды на фенотип и случайных отклонений, возникающих в ходе онтогенеза. Клонирование животных. Американские исследователи С.Стик и Дж. Робл, используя методику Мак Грата и Солтера, в 1988 г. Получили 6 живых кроликов, пересадив ядра 8 клеточных эмбрионов одной породы в лишенные ядра яйцеклетки кроликов другой породы. Фенотип родившихся полностью соответствовал фенотипу донора. В этих экспериментах только 6 из 164 реконструированных яйцеклеток (3,7 %) развились в нормальных животных. Это, конечно, очень низкий выход, практически не позволяющий рассчитывать на получение таким методом клона генетически идентичных животных. Ценность этой работы тем не менее в том, что она показала возможность клонирования эмбрионов кроликов. Первые успешные эксперименты по клонированию сельскохозяйственных животных были проведены С. Уилладсином (S. Willadsen) в 1986 г. Он сливал безъядерные яйцеклетки с бластомерами, выделенными из 8 и 16 – клеточного эмбриона овцы. Дж. Робл и его сотрудники в 1987 г. Провели работы по пересадке ядер крупного рогатого скота. Они пересаживали в зиготы кариопласты – мужской и женский пронуклеусы в месте с окружающей их цитоплазмой, а также ядра 2, 4 или 8 – клеточных эмбрионов коровы. Сначала зиготы центрифугировали чтобы освободить пронуклеусы от окружающих их гранул желтка, после чего ядра были хорошо видны под микроскопом, что значительно облегчало их удаление. При помощи манипулятора и заостренной стеклянной микропипетки извлекали один из бластомеров в месте с ядром из ранних зародышей и переносили его в энуклеированную зиготу. Реконструированные зародыши были заключены в агаровый цилиндр и пересажены в перевязанный яйцевод овцы. Через пять дней культивирования их вымывали, освобождали от агара и исследовали. Реконструированные зародыши в этой работе развивались только в тех случаях, когда в зиготы пересаживали пронуклеусы: 17 % таких зародышей достигли стадии морулы или бластоцисты. Два зародыша были пересажены второму реципиенту – в матку коровы, и развитие их завершилось рождением живых телят. Если в качестве доноров использовали ядра 2 - ,4 – или 8 – клеточных зародышей, то реконструированные яйцеклетки не развивались даже до стадии морулы. Позже были и более успешные работы. С. Уиладсин (1989), в частности, сообщил, что ему удалось получить четырех генетически идентичных бычков холстейнской породы в результате пересадки в реципиентные яйцеклетки ядер бластомеров одного 32 – клеточного зародыша. Автор утверждал, что большинство ядер сохраняет тотипотентность на 32 – клеточной стадии, а значительная их часть даже на 64 – клеточной стадии, обеспечивая нормальное развитие реконструированных яйцеклеток до стадии ранней бластоцисты в яйцеводе овцы. После пересадки в матку коров – окончательных реципиентов, как полагает автор, они могут и дальше нормально развиваться. К. Бондиоли и соавторы (1990), используя в качестве доноров ядер16 – 64 – клеточные зародыши коров, трансплантировали 463 реконструированных зародыша в матку синхронизированных реципиентов, и было получено 92 живых теленка. Семь из них были генетически идентичны, представляя собой клон, полученный в результате пересадки ядер клеток одного донорского эмбриона. Таким образом, клеточные ядра зародышей крупного рогатого скота достаточно долго сохраняют тотипотентность и могут обеспечить полное развитие реконструированных яйцеклеток. Иначе говоря, методические трудности клонирования зародышей крупного рогатого скота практически решены. Экспериментов по клонированию свиней не много. Успешные исследования провели Р. Пратер с сотрудниками в 1989 г. Скудность данных, видимо, связана с определенными трудностями работы с этим объектом. В 1993 – 1995 годах, группа исследователей под руководством Я. Уилмута (Ian Wilmut) из Рослинского института получила клон овец – 5 идентичных животных, донорами ядер которых была культура эмбриональных клеток. Клеточную культуру получали следующим образом: выделяли микрохирургически эмбриональный диск из 9 –дневного овечьего эмбриона (бластоцисты) и культивировали клетки in vitro в течение многих пассажей (по крайней мере до 25). Сначала клеточная культура напоминала культуру стволовых недифференцированных эмбриональных клеток, но вскоре, после 2 – 3 – х пассажей, клетки становились уплотненными и морфологически сходными с эпителиальными. Эта линия клеток из 9 – дневного зародыша овцы была обозначена как TNT 4. Чтобы донорское ядро и реципиентна цитоплазма находились на сходных стадиях клеточного цикла, останавливали деление культивируемых клеток TNT 4 на определенной стадии (GO) и ядра этих клеток пересаживали в энуклеированные яйцеклетки (соответственно на стадии метафазы II). Реконструированные эмбрионы заключали в агар и трансплантировали в перевязанные яйцеводы овец. Через 6 дней эмбрионы вымывали из яйцевода первого реципиента и исследовали под микроскопом. Отбирали те, которые достигли стадии морулы или бластоцисты и пересаживали их в матку овцы – окончательного реципиента, где развитие продолжалось до рождения. Родилось 5 ягнят (самок) из них 2 погибли вскоре после рождения, 3 – й в возрасте 10 дней, а 2 оставшихся нормально развивались и достигли 8 – 9 –месячного возраста. Фенотипически все ягнята были сходны с породой овец, от которой получали исходную линию клеток TNT 4. Это подтвердил и генетический анализ. Эта работа, особенно в части культуры эмбриональных клеток, - значительное достижение в клонировании млекопитающих, хотя она и не вызвала столь шумного интереса, как статья того же Уилмута с соавторами, опубликованная в начале 1997 года, где сообщалось, что в результате использования донорского ядра клетки молочной железы овцы было получено клональное животное –овца по кличке Долли. Последняя работа методически во многом повторяет предыдущее исследование 1996 года, но в ней ученые использовали эмбриональные и фибробластоподобные клетки плода и клетки молочной железы взрослой овцы. Клетки молочной железы получали от шестилетней овцы породы финндорcет, находящейся на последнем триместре беременности. Все три типа клеточных культур имели одинаковое число хромосом - 54, как обычно у овец. Эмбриональные клетки использовали в качестве доноров ядер на 7 – 9 – м пассажах культивирования, фибробластоподобные клетки плода – на 4 – 6 – м пассажах и клетки молочной железы – на 3 – 6 – м пассажах. Деление клеток всех трех типов останавливали на стадии G 0 и ядра клеток пересаживали в энуклеированные ооциты (яйцеклетки) на стадии метафазы II. Был использован метод электрослияния. Большинство реконструированных эмбрионов сначала культивировали в перевязанном яйцеводе овцы, но некоторые и in vitro в химически определенной среде. Коэффициент выхода морулил и бластоцист при культивировании in vitro водной серии опытов был даже вдвое выше, чем при культивировании в яйцеводе. Выход морулил и бластоцист в серии опытов с культурой клеток молочной железы был примерно втрое меньше, чем в двух других сериях, когда в качестве доноров ядер использовали культуру фибробластов плода или эмбриональных клеток. Число живых ягнят в сравнении с числом пересаженных в матку окончательного реципиента морулил и бластоцист было также в два раза ниже. В серии опытов с клетками молочной железы из 277 реконструированных яйцеклеток был получен только один живой ягненок, что говорит об очень низкой результативности такого рода экспериментов (0,36 %). Анализ генетических маркеров всех семи родившихся в трех сериях экспериментов живых детенышей показал, что клетки молочной железы были донорами ядер для одного, фибробласты плода – для двух и эмбриональные клетки – четырех ягнят. Овца по кличке Долли развилась из реконструированной яйцеклетки, донором ядра которой была культивируемая клетка молочной железы овцы породы финндорсет и фенотипически не отличается от овец этой породы, но сильно отличается от овцы - реципиента. Анализ генетических маркеров подтвердил этот результат. Успех авторов этой работы прежде всего связан с использованием длительных клеточных культур, так как после многих пассажей в культуре клеток могли быть отобраны малодифференцированные стволовые клетки, которые, вероятно, и были использованы как доноры ядер. Большое значение также имел тот факт, что авторы, учитывая результаты своих предыдущих работ, синхронизировали стадии клеточного цикла яйцеклеток реципиентов и клеток доноров. Аналогичные эксперименты проводили позднее Tanja Dominko и сотрудники лаборатории Висконсинского университета, которые обеспечили клонирование эмбрионов из клеток кожи ушей взрослого рогатого скота. Эмбрионы, генетически идентичные корове, пожертвовавшей клетки уха, были внедрены в матки коров - рецепиентов. Наблюдалась постепенная гибель эмбрионов, поэтому жизнеспособных телят не получили. Причины пока не установлены. В августе 1997 года появилось сообщение о том, что Алан Троунсон (Австралия) разработал технологию, которая позволяет сформировать эмбрион из 16, 32 или 64 клеток и затем каждая из них может использоваться для формирования 16, 32 или 64 идентичных эмбрионов. Коллектив исследователей во главе с Аланом Троунсоном создал 470 генетически идентичных эмбрионов рогатого скота от единственной бластоцисты. Такая технология обеспечивает безграничный источник генетического материала для клонирования. Не смотря на отсутствие немедленных практических результатов сделанного открытия, теоретическую значимость его трудно переоценить. Впервые было доказано, что гены запрограммированы обратимо. Дальнейшие исследования могут позволить понять, как регулируется работа генов, дифференциация клеток, почему клетки в одних случаях растут и размножаются управляемо, а в других (при раке) - неконтролируемо. Уже сейчас корпорация Genzyme Transgenics планирует исследования с целью создания трансгенного крупного рогатого скота, содержащего в молоке человеческий альбумин. Был куплен патент на получение эмбрионов, содержащих геном клеток соединительной ткани (фибробластов), включающий ген, ответственный за синтез человеческого белка. Несколько коров в настоящее время беременны трансгенными телятами. Подобная технология позволяет увеличить эффективность создания трансгенных молочных животных, так как при обычном впрыскивании генов в оплодотворенную яйцеклетку рождается только 5 – 10 % трансформированных животных, из них – несколько самцов, не дающих молока. Использование новой технологии клонирования позволяет получать животных только женского пола, дающих трансгенный протеин.

Основные сведения. Естественное клонирование животных и растений часто происходит в результате бесполого и вегетативного размножения, а также в результате амейотического партеногенеза. Искусственное клонирование животных и растений - новый вид человеческой деятельности, возникший в конце XX – го - начале XXI – го века, состоящий в воспроизведении старых и создании новых биологических организмов, связанных с изучением генома, предполагающий вмешательство в его структуру, нацеленный (кроме научных) на решение множества практических задач. Создание животных и растения с заданными качествами всегда было чрезвычайно заманчивым потому, что это означало создать организмы уникальнейшие и нужнейшие, устойчивые к болезням, климатическим условиям, дающие достаточный приплод, необходимое количество мяса, молока, плодов, овощей и прочих продуктов. Использование технологии клонирования предполагает уникальную возможность получать фенотипически и генетически идентичные организмы, которые могут быть использованы для решения различных теоретических и прикладных задач, стоящих перед биомедициной и сельским хозяйством. В частности, использование клонирования могло бы способствовать изучению проблемы тотипотентности дифференцированных клеток, развития и старения организмов, злокачественного перерождения клеток. Благодаря технологии клонирования предполагается появление ускоренной генетической селекции и тиражирования животных с исключительными производственными показателями. В сочетании с трансгенозом клонирование животных открывает дополнительные возможности для производства ценных биологически активных белков для лечения различных заболеваний животных и человека. Клонирование животных, возможно, позволит проводить испытания медицинских препаратов на идентичных организмах.

В начале пути. 1826 г. - Открытие яйцеклетки млекопитающих русским эмбриологом Карлом Бэром. 1883 г. - Открытие сущности оплодотворения (слияния пронуклеусов) немецким цитологом ОскаромГертвигом. 1943 г. - Журнал Science сообщил об успешном оплодотворении яйцеклетки «в пробирке». 1962 г. - Профессор зоологии Оксфордского университета Джон Гордон клонирует шпорцевых лягушек (более доказательные опыты - в 1970 г.). 1978 г. - Рождение в Англии Луизы Браун, первого ребёнка «из пробирки». 1985 г., 4 января - в одной из клиник северного Лондона родилась девочка у миссис Коттон - первой в мире суррогатной матери (зачата не из яйцеклетки миссис Коттон). 1987 г. - В СССР в лаборатории Бориса Николаевича Вепринцева (Л. М. Чайлахян и др.) из клетки эмбриона клонирована мышь с использованием метода электростимулируемого слияния клеток. 1987 г. - Специалисты Университета имени Дж. Вашингтона, использовавшие специальный фермент, сумели разделить клетки человеческого зародыша и клонировать их до стадии тридцати двух клеток (бластомеров).

Генетическая инженерия в биотехнологии. Генетическую инженерию относят к новейшей биотехнологии. Генетическая инженерия сводится по существу к процессу получения рекомбинантных ДНК, содержащих, помимо присущего «хозяйской» ДНК набора природных генов, «чужой» ген или гены, взятые из другой ДНК.

Метод получения рекомбинантных ДНК состоит из нескольких этапов: а) выделение ДНК из клеток организма; б) получение гибридных (рекомбинантных) молекул ДНК путем встройки в исходную ДНК «чужого» гена, вьщеленного из другой ДНК или полученного химическим синтезом; в) введение рекомбинантной ДНК в живую клетку (бактерий, дрожжей, растительных или животных клеток, клеток человека); г) создание условий для проявления (экспрессии) генов рекомбинантной ДНК в живой клетке и секреции нового продуцента, кодируемого «чужим» геном.

Вставленный в расщепленную ДНК ген «сшивается» с этой ДНК с помощью ферментов лигаз. Полученная рекомбинантная ДНК бактерий или вируса затем вводится в эту же микробную клетку или вирусную частицу, из которой была взята, и таким образом получают рекомбинантный штамм бактерий или вирусов. При культивировании рекомбинантного штамма в процессе роста и размножения этот штамм синтезирует не свойственный ему продукт, кодируемый встроенным чужеродным геном (например, инсулин, интерферон). На этом принципе в настоящее время получены сотни рекомбинантных штаммов бактерий, дрожжей, вирусов, способных продуцировать разнообразные биологически активные вещества: антигены, антитела, ферменты, гормоны, иммуномодуляторы и др. Технология получения биологически активных веществ, основанная на применении рекомбинантных штаммов по существу не отличается от типовой биотехнологической схемы. Она сводится к культивированию рекомбинантного штамма, выделению синтезируемого штаммом целевого продукта, его очистке и концентрированию и созданию конечной формы препарата.

В настоящее время уже разработаны сотни медицинских препаратов, полученных на основе генетической инженерии. Многие из них внедрены в практику и применяются в медицине. Это гормоны (инсулин и гормон роста человека), антикоагулянты и тромболитики (тканевой активатор плазминогена, факторы VIII и IX), вакцины («дрожжевая» вакцина против гепатита В), иммуномодуляторы (интерфероны а, р и у, ин-терлейкины 1, 2 и др., фактор некроза опухолей, пептиды тимуса, миелопептиды), ферменты (уреаза), ангиогенин, диагностические препараты (на ВИЧ-инфекцию, на вирусные гепатиты и др.), моноклональные антитела, колониестимулирующие факторы (макрофагальный, гранулоцитарный и др.), а также многие биологически активные пептиды. Применение генетической инженерии в биотехнологии оправдано в тех случаях, когда: а) нужное вещество невозможно получить никаким другим способом; б) если технология эффективнее и экономичнее традиционной или в) если она более безопасна для человека и окружающей среды. Например, антигены для создания вакцин против некультивируемых микро- организмов (плазмодий малярии, возбудитель сифилиса) можно получить только генно-инженерным способом. Генно-инженерный интерферон превосходит по активности интерферон, полученный из лейкоцитов крови, и значительно дешевле последнего. Приготовление препаратов из антигенов возбудителей особо опасных инфекций (чума, холера) можно заменить биосинтезом их рекомбинантными штаммами непатогенных бактерий. Метод генетической инженерии находит все большее применение в биологии и медицине, за ним большое будущее. Этот метод позволит получать новые эффективные лекарственные препараты, принципиально новые поливалентные живые (векторные) вакцины, регуляторные белки, осуществить генодиагностику и генотерапию.

Например, уже ведутся разработки векторных поливалентных вакцин на основе рекомбинантных штаммов (см. главу 10), получен ряд эндогенных иммуномодуляторов (интерлейкины, интерферон), поведенческих пептидов (пептиды сна, страха и т. Большое будущее генетической инженерии открывает расшифровка генома человека, которая позволит решить проблему генотерапии, генопрофилактики и генодиагностики инфекционных и неинфекционных болезней. К настоящему времени программа «Геном человека» интенсивно разрабатывается в ряде стран, прежде всего в США, Японии, России. Из примерно 100 000 генов, содержащихся в хромосомах человека, уже расшифровано около 5000 генов, и на основе этого уже имеются данные об успешной генотерапии некоторых болезней.

Увеличение производства продукции и снижение материало - и энергоемкости животноводческой отрасли - важное народнохозяйственное задачи. Его решение зависит от формирования и развития сложных интегрированных систем, которые охватывают животных, технику и человека. Особенностью нового направления в развитии біотехно - логических систем в животноводстве является интегрированное применение технических средств механизации и автоматизации, электроники и вычислительной техники, создание систем управления биотехнологическими процессами.

Зооинженерия определяет способ получения продукции при минимальных затратах сырья (корма), труда и материальных ресурсов с оптимальным использованием биологических возможностей животных, системы содержания, кормления и ухода, изучает вопросы воспроизводства стада и санитарно-ветеринарного обслуживания.

Стабильное воспроизводство поголовья - сложное и экономически важный вопрос любой технологии производства животноводческой продукции. Это основное условие интенсивного развития отрасли, поскольку с каждой новой тварью, включенной в процесс воспроизводства, определяющие уровень, качество и эффективность производства продукции на период, который зависит от продолжительности хозяйственного использования животных и интервала между поколениями.

Крупный рогатый скот играет важную роль в производстве животноводческой продукции, но она принадлежит к одноплідних видов животных, поэтому численность и плодовитость являются факторами, которые лимитируют воспроизводства и как следствие - производство молока и мяса. Современные биотехнологические методы дают возможность рационально влиять на воспроизводственный потенциал самок, значительно увеличивать количество высокопродуктивных особей и тем самым - производство продукции животноводства.

Биотехнология - это наука, которая изучает возможности использования биологических процессов в различных отраслях сельского хозяйства, промышленности и медицины с целью разработки методов и технологий получения желаемых организмов и полезных веществ.

Биотехнология ускоренного и направленного управления размножением сельскохозяйственных животных стала возможной благодаря искусственному осеменению, гормональном регуляции половых циклов самок, трансплантации (пересадке) эмбрионов, методы клеточной и генной инженерии. Сельскохозяйственная біотехноло - гия в растениеводстве достигла значительных успехов в выведении новых сортов растений, в животноводстве она направлена преимущественно на создание желаемых генотипов, обеспечивающих высокую продуктивность животных и их интенсивное воспроизводство нетрадиционными методами.

Как биотехнологический метод успешно используют половые клетки производителей во время искусственного осеменения самок во всех отраслях животноводства.

□ Например, спермой одного быка можно ежегодно осеменить от 2 до 50 тыс. коров. Во многих странах есть банки, где хранятся миллионы доз замороженной спермы. От некоторых производителей за период использования получают 300 - 400 тыс. доз спермы.

Искусственная гормональная регуляция половых циклов самок способствует синхронизации охоты и дает возможность организовать одновременно искусственное оси - меніння больших групп животных. С наступлением половой зрелости в фолликулах яичников созревают яйцеклетки. Выход их из фолликула называется овуляцией. У коров и кобыл созревает одновременно обычно один фолликул, у овец - 2 - 3, у свиней - 8 - 12 в каждом яичнике. От количества фолликулов, что овулювали, и оплодотворенных яйцеклеток зависит количество приплода.

Гормональные средства издавна использовали для повышения плодовитости животных. Введение гормонов стимулирует многочисленную овуляции (суперовуляции), или увеличение в 10 - 12 раз количества яйцеклеток, которые образуются в каждом цикле. У коров и овец количество их возрастает до 25, у свиней - до 80. Этот метод применяют для получения потомства от высокопродуктивных особей пересадою оплодотворенных яйцеклеток самкам-реципиентам.

Трансплантация эмбрионов - это изъятие их из яйцеводов матки или одного животного (самка-донор) и пересадка в яйцевод или матку другого животного (самка-реципиент), которая находится в той же фазе полового цикла, что и донор. В дальнейшем эмбрион развивается в организме реципиента. Теленок-трансплантат наследует только генетические качества отца и матери-донора, реципиент не влияет на качество приплода.

Трансплантация эмбрионов - прогрессивное направление ускоренного воспроизводства поголовья, который дает возможность решать следующие задачи: интенсивно использовать генетический потенциал коров - рекордисток, ускорить создание высокопроизводительных семей и линий, получения двойняшек пересадкой двух эмбрионов одному реципиенту, создание банка эмбрионов от выдающихся животных способом глубокого их замораживания (криоконсервации), сохранение генетических ресурсов редких и исчезающих пород, упрощение транспортировки живого материала (эмбрионов) в различные регионы Земного шара.

Для получения эмбрионов в производственных условиях применяют не - хирургический метод, то есть вымывание их из матки с помощью специальных инструментов и питательных сред. Вводят эмбрионы реципиентам специальным катетером через шейку матки. В основном от одного донора получают за одно вымывание от трех до десяти пригодных для трансплантации эмбрионов. Вымывание проводят 3 - 4 раза в год, стельность наступает у 40 - 50 % реципиентов, то есть пока реально можно рассчитывать на получение до десяти телят - трансплантатов за год от одного донора. Для сравнения отметим, что от 100 коров при надлежащей организации искусственного осіме - ніння получают лишь 90 - 100 телят. Преимущество ембріопересадок очевидна.

В качестве реципиентов используют преимущественно физиологически здоровых животных, не представляющих племенной ценности, но которые отвечают требованиям стандартов по развитием и живой массой.

□ Например, телки пригодны для трансплантации в возрасте 16 - 18 мес живой массой 360 - 380 кг при хорошо выраженных признаков половой охоты. В последнее время станции по искусственному осеменению животных Канады, США, Франции, Великобритании,

Германии на 70 - 75% комплектуют быками-производителями, полученными методом трансплантации от выдающихся по молочной продуктивности коров с надоем 8000 - 10 000 кг молока за год.

Применяют также метод микрохирургического разделения эмбрионов с целью получения однояйцевых близнецов-двойняшек, что дает возможность гораздо рациональнее использовать генофонд выдающихся производителей и маток. Метод разделения эмбрионов на отдельные бластоміри с последующей пересадкой их реципиентам увеличивает выход телят во время трансплантации в два раза, что значительно повышает ее экономическую эффективность. Кроме того, монозиготні близнецы являются ценным материалом для решения многих генетических и селекционных вопросов.

Генетическая инженерия - новая прикладная ветвь молекулярной биологии и генетики, применение которой в животноводстве создает реальную основу для вывода желаемых форм животных с измененной наследственностью, молекулярной реконструкцией организма. Этого можно добиться планомерным действием на физиологические процессы воспроизводительной функции с помощью зоотехнических и биотехнологических мероприятий и оптимально управлять технологией и организацией процессов воспроизводства поголовья.