Некоторые линии датского фризского
скота высокоустойчивы к кишечным нематодам
С. oncophora.
Барбадосские чернобрюхие овцы
и их гибриды характеризуются более высокой
устойчивостью к смешанной инвазии, вызванной
нематодами из подотряда Strongylata (табл.
1).
Табл. 1. Среднее число нематод
в 1 г фекалий чистопородных и гибридных
овец (по Jazwineki и др.)
Овцы |
Барбадосские чернобрюхие (Б)
|
БхД |
Комолый дорсет СЦ) |
ДхЛ |
РхЛ |
Годовалые Взрослые |
|
|
2085 707 |
|
|
Обозначения: Л — ландрас, Р
— рамбулье.
Выявлены межпородные различия
по резистентности к гемонхозу. Овцы шотландской
черноголовой породы более устойчивы
к гемонхозу, чем финский дорсет. Способность
овец противостоять заражению определяется
не только факторами, регулирующими развитием
созревание гельминтов, но и развитием
реакций гиперчувствительности немедленного
типа, что приводит к самоосвобождению
организма от гемонхов. Самоосвобождение
после повторного заражения происходило
у 75 % шотландских черноголовых овец и
только у 12 % особей финский дорсет. Наиболее
интенсивно выведение гельминтов из организма
проявляется у овец с типом гемоглобина
НЬА. Многие исследователи считают, что
доминантные аллели контролируют резистентность
к Н. соп-tortus (гемонхозу) у овец и крупного
рогатого скота.
Породы овец тарги и панама
более резистентны к нематодам Ostertagia,
чем породы суффольк, гемпшир и рамбулье.
Сеязь типов гемоглобина с пораженностью
нематодами Ostertagia обнаружена у шотландских
черноголовых овец. Каждое животное в
о—7-месячном возрасте было заражено 100
тыс. личинок третьей стадии. Овцы с типом
гемоглобина АА отличались большей устойчивостью
(на 16-й день после инвазии), чем животные
с типом ВВ. Число взрослых паразитов у
овец с НbАА было 11 тыс., а у овец с типом
НbВВ — 19,5 тыс.; число ингибирован-ных личинок
у животных с НbАА было также выше (табл.
2).
Табл. 2. Генетическая устойчивость
к нематодам овец с разными типами гемоглобине
(по Altaif и др.)
Тип гемоглобина |
Общее число нематод |
Число взрослых нематод
|
Число ингибированных личинок
4-й стадии |
АА ВВ |
18350 22557 |
11000 19463 |
6420 2788 |
У коз породы красный сокото
в возрасте более одного года обнаружены
различия по числу яиц гельминтов у гетерозиготных
(меньше яиц) и гомозиготных по гемоглобиновому
локусу особей.
На основании изучения типов
гемоглобина у разных пород сделано заключение,
что лучшая устойчивость некоторых пород
может быть связана с высокой частотой
гемоглобина А.
Коэффициенты наследуемости
числа яиц гельминтов у овец изменяются
от 0,10 до 0,35.
При экспериментальном заражении
поросят пород Дюрок, гемпшир и дюрок х
гемпшир Strongyloides ransomi и Ascaris suum сравнивали
уровни инвазии. У поросят породы дюрок
наблюдали самое быстрое и более полное
освобождение кишечника от инвазии S. ransomi
на 4—5-ю неделю после заражения. Кроссбредные
животные занимали промежуточное положение.
Выдвинута гипотеза, что такой ответ обусловлен
аддитивными генами. Противоположная
картина породной устойчивости была при
аскаридозе (A. suum), но кроссбредные поросята
также занимали промежуточное положение.
Сделано заключение, что существуют генетически
контролируемые различия в пороговых
уровнях и степени реакции в ответ на заражение.
Устойчивостью к аскаридозу отличались
гетерозиготные куры с типом НЬАВ. Куры
породы плимутрок с типом эстеразы Es—1AA
также более устойчивы к аскаридозу, чем
особи с типом Es— IBB. Более восприимчивы
к болезни куры с генотипом по щелочной
фосфатазе PpFF, чем с типом PpFS.
Таким образом, высокая устойчивость
одной породы к какой-либо болезни может
сочетаться с более низкой устойчивостью
животных этой же породы к другой болезни.
Трансформация и генная инженерия
Трансформация
Трансформация
в генетике, внесение в клетку генетической
информации при помощи изолированной дезоксирибонуклеиновой
кислоты (ДНК).
Т. приводит
к появлению у трансформированной
клетки (трансформанта) и её потомства новых
признаков, характерных
для объекта - источника ДНК. Явление Т.
было открыто в 1928 англ. учёным
Ф. Гриффитом, наблюдавшим наследуемое
восстановление синтеза капсульного полисахарида
у пневмококков при заражении мышей смесью
убитых нагреванием капсулированных бактерий
и клеток, лишённых капсулы.
Организм
мыши в этих экспериментах играл роль
своеобразного детектора, т. к. приобретение
капсульного полисахарида сообщало клеткам,
лишённым капсулы, способность вызывать
смертельный для животного инфекционный
процесс (рис. 3).
Рис. 3. Эксперимент Гриффита (по Стенту):
а-мышь, которой введена культура патогенного
капсулированного штамма S
пневмококков, погибает; б - мышь, которой введена
культура непатогенного
бескапсульного R - мутанта нормального
S -штамма, не погибает; в - мышь,
которой введена культура S - штамма, убитого
предварительно нагреванием,
не погибает; г - мышь, которой введена
смесь живой культуры R -
мутанта и убитой нагреванием культуры
нормального S - штамма, погибает;
в этом случае присутствие убитых нагреванием
S - бактерий вызвало трансформацию живых R
- бактерий, в результате чего у них восстановилась
способность к образованию капсулы и патогенность.
В последующих
экспериментах 6ыло установлено,
что Т. имеет место и в том случае, когда
вместо убитых клеток к лишённым
капсулы пневмококкам добавляли экстракт
из разрушенных капсулированных
бактерий. В 1944 О. Эйвери с сотрудниками
(США) установил, что фактором,
обеспечивающим Т., являются молекулы
ДНК. Эта работа - первое исследование,
доказавшее роль ДНК как носителя наследственной
информации.
Помимо
пневмококков, Т. обнаружена и изучена
на некоторых других бактериях. Использование
в экспериментах легко учитываемых генетических
признаков (напр., устойчивость к действию
клеточных ядов, потребность в определённых
факторах роста), а также применение ДНК
с радиоизотопной меткой позволили дать
Т. количественную оценку. Т. у бактерий
рассматривают как сложный процесс, включающий
следующей стадии: фиксация молекул ДНК
клеткой-реципиентом; проникновение ДНК
внутрь клетки; включение фрагментов трансформирующей
ДНК в хромосому клетки-хозяина; формирование
"чистых" трансформированных вариантов.
Фиксация
ДНК происходит на особых участках клеточной
поверхности (рецепторах), число которых ограничено.
Связанная с рецепторами ДНК сохраняет
чувствительность к действию добавленного
в среду фермента дезоксирибонуклеазы,
вызывающего её распад. Однако, спустя
очень короткий срок (в пределах 1 мин) после фиксации, часть
ДНК проникает в клетку. Бактериальные
клетки одного и того же штамма резко различаются
по проницаемости для ДНК. Клетки данной
бактериальной популяции, способные включать
чужеродную ДНК, наз. компетентными. Число
компетентных клеток в популяции незначительно
и зависит от генетического особенностей
бактерий и фазы роста бактериальной культуры.
Развитие компетенции связывают с синтезом
особого белка, обеспечивающего проникновение
ДНК в клетку.
Средние
размеры фрагментов ДНК, проникающих
в клетку, составляют 5*106 дальтон. Поскольку в компетентную
клетку может одновременно проникнуть
ряд таких фрагментов, суммарная величина
поглощённой ДНК может быть примерно равна
размерам хромосомы клетки-хозяина. После
проникновения в клетку двунитевой ДНК
одна нить распадается до моно- и олигонуклеотидов,
вторая - встраивается в хромосому клетки-хозяина
путём её разрывов и воссоединений. Последующая репликация
такой гибридной структуры приводит к
выщеплению "чистых" клонов трансформантов,
в потомстве которых закреплён признак,
кодируемый включившейся ДНК.
Применение
Т. позволило провести генетический анализ бактерий,
у которых не описано иных форм генетического
обмена (конъюгации, трансдукции). Кроме
того, Т.- удобный метод для выяснения влияний
на биол. активность ДНК физических или
химических изменений её структуры. Разработка
метода Т. у кишечной палочки позволила
использовать для Т. не только фрагменты
бактериальной хромосомы, но и ДНК бактериальных плазмид
и актериофагов. Этот метод широко
используется для внесения в клетку гибридной
ДНК в исследованиях по т. н. генной инженерии.
Имеются
сообщения о воспроизведении Т. на клетках
высших организмов. Однако в этом случае
процесс Т. изучен недостаточно.
3.2 Генная инженерия
Генная инженерия — совокупность приёмов,
методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций
с генами и введения их в другие организмы. Генная
инженерия служит для получения желаемых
качеств изменяемого организма.
Генная инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя исследования таких биологических
наук, как молекулярная биология, цитология, генетика, микробиология. Самым ярким событием, привлёкшим наибольшее
внимание и очень важным по своим последствиям,
была серия открытий, результатом которых
явилось создание методов управления
наследственностью живых организмов,
причём управления путём проникновения
в «святая святых» живой клетки — в её
генетический аппарат.
Учёные, биохимики и молекулярные биологи
научились модифицировать гены или создавать
совершенно новые, комбинируя гены различных
организмов. Они научились также синтезировать
гены, причём точно по заданным схемам.
Они научились вводить такие искусственные
гены в живые организмы и заставили их
там работать. Это было начало генетической
инженерии. Задумаемся над следующим обстоятельством.
Основа микробиологической, биосинтетической
промышленности — бактериальная клетка.
Необходимые для промышленного производства
клетки подбираются по определённым признакам,
самый главный из которых — способность
производить, синтезировать, при этом
в максимально возможных количествах,
определённое соединение — аминокислоту
или антибиотик, стероидный гормон или
органическую кислоту.
Иногда надо иметь микроорганизм, способный,
например, использовать в качестве «пищи»
нефть или сточные воды и перерабатывать
их в биомассу или даже вполне пригодный
для кормовых добавок белок. Иногда нужны
организмы, способные развиваться при
повышенных температурах или в присутствии
веществ, безусловно смертельных для других
видов микроорганизмов. Задача получения
таких промышленных штаммов очень важна,
для их видоизменения и отбора разработаны
многочисленные приёмы активного воздействия
на клетку — от обработки сильно действующими
ядами до радиоактивного облучения.
Цель этих приёмов одна — добиться изменения
наследственного, генетического аппарата
клетки. Их результат — получение многочисленных
микробов-мутантов, из сотен и тысяч которых
учёные потом стараются отобрать наиболее
подходящие для той или иной цели. Создание
приёмов химического или радиационного
мутагенеза было выдающимся достижением
биологии.
Но их возможности ограничиваются природой
самих микроорганизмов. Они не способны
синтезировать ряд ценных веществ, которые
накапливаются в растениях, прежде всего
в лекарственных и эфирномасличных. Не
могут синтезировать вещества, очень важные
для жизнедеятельности животных и человека,
ряд ферментов, пептидные гормоны, иммунные
белки, интерфероны да и многие более просто
устроенные соединения, которые синтезируются
в организмах животных и человека. Разумеется,
возможности микроорганизмов далеко не
исчерпаны. Из всего изобилия микроорганизмов
использована наукой, и особенно промышленностью,
лишь ничтожная доля.
Для целей селекции микроорганизмов
большой интерес представляют, например,
бактерии анаэробы, способные жить в отсутствие
кислорода, фототроты, использующие энергию
света подобно растениям, хемоавтотрофы,
термофильные бактерии, способные жить
при температуре, как оказалось недавно,
около 250 °С (олово плавиться при температуре
232 °С), и др.
И всё же ограниченность «природного
материала» очевидна. Обойти ограничения
пытались и пытаются с помощью культур
клеток и тканей растений. Это очень важный
и перспективный путь. За последние несколько
десятилетий учёные создали методы, благодаря
которым отдельные клетки тканей растения
или животного можно заставить расти и
размножаться отдельно от организма, как
клетки бактерий.
Это было важное достижение — полученные
культуры клеток используют для экспериментов
и для промышленного получения некоторых
веществ, которые с помощью бактериальных
культур получить невозможно. Но здесь
тоже есть свои трудности, например неспособность
животных клеток в культуре делиться бесконечное
число раз, как это происходит с бактериями.
Кроме того, получить и выращивать культуры
клеток труднее, чем бактериальные культуры.
(Есть и свои преимущества, но о них пойдёт
речь дальше, так как они оказались кстати
уже в новых условиях, когда биотехнология
сформировалась и начала своё самостоятельное
развитие.) И учёные стремились научиться
изменять гены, вводить нужные гены в живой
организм, так сказать, «редактировать»
книгу природы.
Около десяти лет назад было сделано
несколько фундаментальных открытий.
Был впёрвые получен изолированный, «химически
чистый» ген. Затем были открыты ферменты — рестриктазы и лигазы.
С помощью рестриктаз ген можно разрезать
на кусочки — нуклеотиды. С помощью лигаз
такие кусочки можно «склеивать», соединять
в иной комбинации, конструируя новый
ген.
Почти одновременно успешно завершились
многолетние попытки «прочитать» ту биологическую
информацию, которая «записана» в генах.
Эта работа была проделана английским
учёным Ф. Сегнером и американским учёным У. Гилбертом. За неё учёные были удостоены Нобелевской премии по химии (1980). Для Сенгера эта премия была уже второй;
он стал первым химиком, получившим награду
дважды; первый раз он был награждён за
расшифровку строения белка.