В настоящее  время в результате успехов фундаментальных  наук возникла возможность развития принципиально новых эффективных  методов влияния на организм животных, на наследственность.

Главные разделы биотехнологии — генная и клеточная инженерия. Методы генной инженерии наиболее детально разработаны на микроорганизмах. Можно направленно изменять их генотип. В отличие от спонтанных мутаций эти изменения можно заранее планировать. Так, в микроорганизмы совершенно определенно встраивают гены, ответственные за синтез интер-ферона, соматотропина, некоторых незаменимых аминокислот. Возможности дальнейшего развития этого направления огромны. Широким фронтом ведутся исследования и разработки по выделению и клонированию определенных генов, их внедрению в геном. Если генная инженерия в микробиологии стала реальностью и приобретает все большее практическое значение, то у животных применение этих методов только начинается, однако установлено, что в принципе можно выделить определенные гены из генома животных и встроить их в геном другой особи. Ген соматотропина (гормона роста) крысы встроен в геном мыши. В результате у некоторых трансгенных животных увеличились скорость роста реципиента и конечная живая масса. Можно себе представить, какое огромное практическое значение будет иметь использование этого приема на сельскохозяйственных животных. Представляется возможным по заранее намеченному плану реконструировать геном домашних животных, придать ему заранее заданные свойства. Для достижения таких результатов традиционными методами потребовалась бы работа в течение многих поколений.

Возникает перспективная задача — использовать домашних животных как живые реакторы, ферментеры для производства ценнейших  биологически активных веществ. Например, встроив ген интерферона с  необходимыми регуляторными элементами в геном коровы, можно рассчитывать, что этот гормон будет экс-прессироваться и в молочной железе. А поскольку активность молочной железы высокая, то можно получать данное вещество с молоком в значительных количествах и, вероятно, при высокой экономической эффективности. Это же в принципе относится и к другим биологически активным веществам. В данном случае молочный скот — оптимальный объект для создания таких живых реакторов. Ни одно другое сельскохозяйственное животное не имеет такого интенсивного синтеза самых разнообразных продуктов и выведения их из организма. Однако существующие методы введения в геном животных инородного генетического материала еще недостаточно совершенны и степень вероятности встраивания чужеродных генов и их экспрессии невелика и исчисляется несколькими процентами и менее. Поэтому необходимо наличие большого числа яйцеклеток для успеха генно-инженерных манипуляций. Установлено, что оптимальной фазой введения инородного генетического материала является стадия зиготы до слияния пронуклеусов. Именно при введении генов в пронуклеус обеспечивается наибольшая вероятность успеха. Следовательно, необходимо иметь большое число яйцеклеток, и уметь их оплодотворять, чтобы уже на фазе зиготы подвергнуть генно-инженерным манипуляциям. В принципе зиготы можно получать от предварительно стимулированных и оплодотворенных животных оперативным путем. Но это очень сложный и трудоемкий способ, связанный с операциями на животных. Поэтому особое значение для развития генно-инженерных работ в животноводстве приобретает отработка методов извлечения из яичников, культивирования, оплодотворения созревших овоцитов in vitro и последующего их раннего развития и трансплантации. Сочетание этих двух методов создает оптимальные условия для широкого внедрения генной инженерии в практику селекционно-племенной работы в животноводстве. По всей вероятности, в ближайшей перспективе методами генной инженерии будут созданы новые формы сельскохозяйственных животных.

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Наряду  с развитием методов генной инженерии  в животноводстве перспективны способы клеточной инженерии. В растениеводстве в селекции эти методы уже получили значительное развитие. Культивирование клеток растений in vitro обеспечивает возможность применять системы интенсивного отбора клеток, культивированных в строго контролируемых селективных условиях.

Присущие  растительным клеткам свойства тотипотентности (свойство отдельных клеток развиваться  в целостный организм) дают возможность  плюс-варианты регенерировать в целые растения и использовать в процессе селекционной работы.

Методы  клеточной инженерии перспективны и в животноводстве. Уже накоплен большой опыт культивирования соматических клеток животных in vitro, разработаны оптимальные среды и режимы культивирования, отработаны способы длительного хранения клеток при низких температурах. Как уже было сказано, активные исследования проводятся и по культивированию генеративных клеток. Разработка этих методов создает прочную основу для развертывания теоретических и прикладных работ по клеточной инженерии сельскохозяйственных животных, которые будут иметь все возрастающее народнохозяйственное значение.

На первое место следует поставить уже  достаточно хорошо разработанный метод  разделения ранних эмбрионов. С развитием трансплантации в руках исследователей появилось достаточное количество ранних эмбрионов, что дало мощный импульс работам по манипуляции с этими объектами. Первый успешный опыт по разделению эмбрионов на стадии 2—8 бластомеров был осуществлен Виллардом (Кембридж, Великобритания). Однако получение такого материала связано с большими трудностями и может быть осуществлено в научно-исследовательских учреждениях.

В результате исследователи начали манипулировать с эмбрионами в более поздних стадиях развития (морула, бласто-циста). Сущность метода заключается в том, что предварительно вскрывается прозрачная зона (pellucida), эмбрион разделяется на две части. При этом одна половина остается в прежней зоне, а другую переносят в заранее подготовленную зону и производят обычную трансплантацию. Во многих опытах прижив-ляемость разделенных эмбрионов достигает 50—60%. Прикладной аспект этой методики заключается в увеличении числа телят, полученных от каждого донора. По данным американских исследователей, половинки эмбрионов, инкубировавшиеся без прозрачной оболочки, сохраняли жизнеспособность в культуре только в 15% случаев, а при наличии зоны пеллюцида — в 35% случаев. Наилучшие результаты были получены при нехирургическом введении половинок эмбрионов — каждая в отдельной прозрачной оболочке в разные рога матки одного и того же реципиента (55% стельности).

В другом опыте были достигнуты еще лучшие результаты при хирургическом введении каждой половинки эмбриона в рог  матки на той стороне, где локализовалось желтое тело (65% стельности). Стало очевидным, что разделение эмбрионов — эффективный метод увеличения потомства коров-доноров.

В настоящее  время эта методика начинает внедряться в практику племенного дела. Уже  получены животные от трансплантации половинок эмбрионов свиней (США, Р. У. Роунтри). По данным ряда исследователей, число потомков может быть увеличено на 30—35%. Однако этим не ограничивается значение клеточно-инженерной операции. Возможность массового получения идентичных двоен (генетических копий) очень важна. Эти животные имеют большую ценность для исследователей, занимающихся проблемой взаимодействия генотипа и среды. Использование идентичных двоен позволяет повысить точность исследований и достичь достоверных результатов при меньшем числе подопытных животных. Кроме того, наличие идентичных близнецов позволяет на одном из них проводить изучение признаков, требующих убоя животного (например, мясные качества), и переносить эти данные на близнеца, что является методически вполне обоснованным. Все это позволяет более точно и всесторонне оценить данный генотип. Кроме того, при трудоемкой и длительной работе по оценке быков по качеству потомства эту работу можно проводить только с одним из двойневых идентичных быков. Оценка одного животного будет соответствовать оценке и другого идентичного животного. Имеется информация о том, что уже получено потомство при разделении бластоцисты на 4 части. Это еще в значительной мере увеличивает значение данного метода клеточной инженерии для повышения эффективности селекционно-племенной работы и исследований в области генетики сельскохозяйственных животных.

К важнейшим  проблемам животноводства относится  разра-ботка методов регулирования  пола сельскохозяйственных животных. Непредсказуемость пола рождаемых животных может приобретать значительную важность, если экономическое значение животных одного пола существенно выше экономического значения животных другого пола. Пока достигнут лишь незначительный прогресс в решении проблемы контролирования соотношения полов и в разработке методов его регуляции. Идеальным методом контролирования соотношения полов могло бы стать разделение спермиев, несущих Х- и У-хромосомы. Очевидно, именно в этом направлении должны интенсивно развиваться исследования. Другим подходом для воздействия на соотношение полов является определение пола у ранних эмбрионов после извлечения из репродуктивного тракта самки и перед их трансплантацией.

Один  из аспектов идентификации пола эмбрионов  — цитологический, с помощью которого определяют их тип (XX или XY) путем исследования половых хромосом или хроматина. Кроме того, иммуногенетические методы, используемые для идентификации специфичных по полу антигенов эмбрионов, могут быть перспективны для разделения мужских и женских эмбрионов. Количественные различия в метаболической активности мужских и женских эмбрионов могут быть также использованы в качестве принципа для разделения эмбрионов по полу. Имеется сообщение, что с помощью колориметрического теста по определению активности глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы можно идентифицировать пол. Перспективны методы, основанные на гибридизации ДНК для идентификации мужских эмбрионов. Каждый из указанных способов весьма перспективен. Однако в настоящее время наиболее разработаны и эффективны цитологический и иммунологический методы.

ГЕННАЯ  ИНЖЕНЕРИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ

 Важнейшая  народнохозяйственная задача —  интенсификация животноводства. Поставлена задача резко увеличить уровень производства продуктов животноводства при экономном расходовании ресурсов. Главный биологический фактор интенсификации — генетическое совершенствование животных, основных орудий производства в этой отрасли; повышение их генетического потенциала. В результате планомерной, многолетней работы исследователей и практиков животноводства достигнуты значительные результаты в селекции сельскохозяйственных животных.

Генетические  методы все в большей степени  находят применение в селекционно-племенной работе. Особую роль в повышении эффективности селекционно-племенной работы сыграло внедрение методов популяционной генетики. Разработка и применение методов определения изменчивости, повторяемости, наследуемости и генетической корреляции количественных хозяйственно ценных признаков позволили точно прогнозировать и планировать селекцию на них. Популяционная генетика стала теоретической основой системы крупномасштабной селекции, которая интегрировала самые новейшие достижения в этой отрасли генетики, методы искусственного осеменения и длительного хранения гамет сельскохозяйственных животных, а также современные способы сбора, хранения и анализа генетической информации с использованием современных ЭВМ.

Широкое использование крупномасштабной селекции прежде всего в молочном скотоводстве, а затем и в других подотраслях животноводства позволило резко ускорить темпы генетического совершенствования разводимых в стране пород сельскохозяйственных животных. Возможности этой системы далеко не использованы, и она будет все шире внедряться в практику племенного дела.

Вместе с тем у этой системы, основанной на методах генетики популяций, имеются и ограничения. Так, поиск быка-улучшателя основан на оценке по потомству большого числа производителей. А это связано с большими затратами, поскольку быки-улучшатели — явление редкое, а выдающиеся — чрезвычайно редкое. Кроме того, ряд селекционных программ, направленных на выведение животных, невосприимчивых к некоторым заболеваниям (лейкоз, мастит), пока не дают существенных сдвигов. Поэтому селекционеры сельскохозяйственных животных все чаще обращают внимание на клеточную и генную инженерию. Один из методов клеточной инженерии — трансплантация ранних эмбрионов, получение идентичных близнецов, химерных животных — уже широко внедряется в практику селекции сельскохозяйственных животных и ускоряет генетическое улучшение пород.

С 50-х  годов до настоящего времени разработаны  методы генетического манипулирования, которые сложились в четкую систему  генной инженерии животных. К этим работам относится пересадка  клеточных ядер у лягушек методом микроинъекции Бригса и Кинга. В настоящее время перенос ядра соматической клетки в энуклеированную зиготу успешно проведен на мышах.

Освоен  метод переноса ядра путем слияния  кариопластов. Разработана методика получения химер у млекопитающих.

Гарднер разработал методику инъекции бластомеров в бластоцисты реципиента. Эта методика освоена на мышах Бутлером. На ее основании получены химеры у овец. Указанные работы, связанные с клеточной инженерией животных, подготовили подходы к генной инженерии сельскохозяйственных животных. Один из методов получения трансгенных животных заключается в переносе генов в культивируемые клетки, а затем их инъ-ецировании в бластоцисту. Разработаны различные методы внесения генов в генотип реципиентных клеток.

Наибольшее распространение в последнее время получил метод инъецирования чужеродных генов в пронуклеус зиготы животных. Впервые инъецирование было проведено на ооцитах лягушек: в яйцеклетки вводили определенную ДНК, и были отмечены интеграция и транскрипция.

В 1981 г. был инъецирован ген ^-глобина кролика в зиготу мыши. Ген, включенный в геном, имел вид длинного тандема организованных участков, которые корректно транскрибировались только в том случае, если они не содержали плазмидных компонентов (Т. Е. Wagner и др.).

Проявление  действия встроенных генов, введенных  путем микроинъекции, изучали на мышах. На ряде генов установлено  их тканеспецифическое действие в зависимости  от регуляторных элементов того или  иного гена.