Красимира Захариева: Геномното редактиране и инструментите на генното инженерство в свиневъдството в борбата срещу ASFV, CSFV и други вирусни заболявания по свине
Научна информация
Учените имат дълга история в изследването на геномното разнообразие и генетичния състав, придаващ конкретни фенотипни характеристики при продуктивни животни, с цел оптимизиране производството на продуктивни животни и по-специално свиневъдството, в отговор на нарастващите глобални изисквания за висококачествено свинско месо, като по този начин допринесат за подобряване на хранителните навици на човешката популация и обезпечаване на продоволствената сигурност. В конвенционалните системи за селекция и репродукция, за да се получат генетични подобрения в чистите линии, които да допринесат за промишленото производство на продуктивни животни и месо, трябва да се осъществи сериозен подбор, фенотипен и генотипен, генетична оценка, подбор на родителски линии и др. Процесите като цяло са бавни, но някои икономически значими черти, като скорост на растеж и трупане на телесно тегло, увеличаване на лактацията се подобряват сравнително бързо (Chen et al. 2002). От 80-те години насам са открити и разработени генетични маркери, прилагани в програми за подобряване на генотипните и фенотипните характеристики на продуктивните животни, които показват голям потенциал за преодоляване на горните ограничения по време на селекцията. Много учени се опитват да идентифицират генетични маркери от микросателити до единични нуклеотидни полиморфизми (SNPs), които са свързани с икономически важни черти и характеристики чрез генни подходи и количествено определяне на локусите, кодиращи определени признаци (QTL). Идентифицирани са някои добре известни икономически важни гени, включително ESR, RN, MC4R и др. (Van Eenennaam et al. 2014). Подходът за подпомагане на маркера (MAS) значително подобрява точността на оценките на развъдната стойност за моногенните черти. Това обаче не важи за количествени или полигенни признаци с ниска наследственост, като например репродуктивни качества и качество на месото. Панелът 60K SNP за прасета е разработен и пуснат през 2009 г., което дава възможност за оценка и подбор на генетичните качества на кандидат-разплодни животни с по-голяма точност чрез анализ на целия геном (GWAS- A genome-wide association study is an approach used in genetics research to associate specific genetic variations with particular diseases. The method involves scanning the genomes from many different species and looking for genetic markers that can be used to predict the presence of a disease.), особено за полигенни признаци (Ramos et al. 2009). Чрез GWAS са успешно идентифицирани множество геномни маркери, контролиращи генетичните вариации в икономически важни фенотипове на свине, включително патогенни причинители и QTLs, (Ernst and Steibel 2013). По отношение на избора на геноми, развъждането, високата цена на изолирането на ДНК, генотипирането и събирането на фенотипни данни силно ограничава приложението на този метод. В допълнение, съвсем наскоро се съобщава за изкуствена случайна мутагенеза при N-етил-N-нитрозоурея (ENU) при прасета, която предоставя мощен инструмент за ефективно генериране на резервоар от мутанти на ниво геном и ефективен скрининг на мутанти с желани алелни модификации за селскостопански и биомедицински цели (Hai et al. 2017). Времевата историческа линия за използване на ДНК маркери в програми за отглеждане и развъждане на свине, както медиираната от ENU мутагенеза на ниво геном при свинете и специфичните етапи на генното инженерство, инструментите за редактиране на генома и геномно модифицираните свине през последните 35 години е представена и обобщена на фиг. 1.
Фиг. 1: Времева графика на разработките в областта на генното инженерство, развитието на геномните маркери, както и генното редактиране, използвани в конвенционалното и модерното развъждане и селекцията в свиневъдството
Несъмнено конвенционалната или „изкуствена“ програма за селекция при свине е до голяма степен противоречива, но поради ограниченията, описани по-горе, се очаква нововъведенията в развъдните стратегии да подобрят ефективно производството на свине.
Техники за генно инженерство:
През последните три десетилетия, с нарастващата способност за разчитане и тълкуване на свинския геном и с развитието на съвременните биотехнологии и наскоро разработените и оптимизирани инструменти за редактиране на генома, желаните алели и фенотипните желани характеристики могат да бъдат почти незабавно въведени в генома на гостоприемника, който предлага потенциал за подобряване на свиневъдния сектор.
Фиг. 2: Схематично представени типовете техники и инструменти на генното инженерство и рисковете, свързани с тях
Случайно интегриране на чужда ДНК:
През 1980 г. се съобщава за генерирането на трансгенни мишки чрез директно инжектиране на екзогенна ДНК в едноклетъчни ембриони (Gordon et al. 1980) и тази техника бързо се прилага и при продуктивни животни. В продължение на много години, преди други алтернативни стратегии, пронуклеарното микроинжектиране (MI) е единственият метод за създаване на трансгенни продуктивни животни (Hammer et al. 1985). Основното ограничение на стратегиите за MI е случайната интеграция и променлива експресия на трансгена. Освен това тази процедура има ниска ефективност (1–4% трансгенно потомство) и е изключително времеемка и скъпа. Малко трансгенни прасета са генерирани с MI, които целят подобряване на скоростта на растеж на свинете.
С изключение на MI, успешно са разработени няколко стратегии за трансфер на чужда ДНК при прасета, включително медииран от сперматозоиди генен трансфер (SMGT) (Lavitrano et al. 1997; Chang et al. 2002), медииран от вируси трансфер (Cabot et al. 2001; Hofmann et al. 2003), медиирана от интрацитоплазматична спермална трансгенеза (ICSI - Intracytoplasmic sperm injection is an in vitro fertilization (IVF) procedure in which a single sperm cell is injected directly into the cytoplasm of an egg.) (Pereyra-Bonnet et al. 2008).
