Будущее ветеринарии настало

Елена Райс, Марк Циган и Мэнди Шмидт для журнала Progressive Dairy 🇺🇸

Большинство людей считают уход за животными своим моральным долгом. Но для заводчиков скота это намного больше, чем просто моральная ответственность. Основной целью хозяйств является выращивание и защита животных. От степени сострадания к другому живому существу зависит их прибыль. Здоровое животное – продуктивное животное.

Продуктивность молочного стада формируется из генетических возможностей животных под влиянием окружающей среды, в лучшую или в худшую сторону. Например, болезни, распространяющиеся через боксы для телят, не влияют на генетический потенциал. Теленок с индексом пожизненной прибыли NM $ 200 долларов США может заболеть так же, как и элитная телка с индексом NM $ 1000 долларов США, которая могла быть донором эмбрионов.

Респираторный синдром крупного рогатого скота является одним из наиболее распространенных заболеваний в молочной и мясной промышленности, вызывающий серьезные убытки. Даже самые аккуратные скотоводы могут стать жертвами роковых симптомов респираторного синдрома: затрудненное дыхание, высокая температура и выделения из носа и / или глаз.

Несмотря на все наши усилия, направленные на обеспечение животных современным ветеринарным обслуживанием, респираторный синдром продолжает являться причиной большого количества падежа среди телят. Экономические потери также возникают из-за снижения среднесуточных привесов, затрат на лечение, трудозатрат и снижения продуктивности животного в результате перенесенного заболевания.

Тем не менее, поводом для оптимизма является тот факт, что передовые селекционные технологии, такие как редактирование генома, могут помочь повысить устойчивость животных к этому и, возможно, аналогичным заболеваниям. Редактирование генома – это самый безопасный и всеобъемлющий способ снизить заболеваемость животных. В результате можно значительно сократить количество используемых вакцин и антибиотиков. Чем меньше болезней и страданий, тем выше качество жизни животных. Чем меньше факторов окружающей среды, ограничивающих реализацию генетического потенциала, тем выше будет их продуктивность. В истории животноводства еще не было лучшей возможности помочь животным процветать естественным способом.

Супер Менделизм

На протяжении тысячелетий люди приручали животных для производства продуктов питания. Еще до 1860-х годов, когда Грегор Мендель ввел понятие генетической наследственности, фермеры неосознанно вели отбор животных по предпочтительным генетическим признакам. Самые здоровые и продуктивные родители создавали самый надежный источник питания в виде своего потомства.

Современная технология чтения генома позволяет соотнести видимые признаки с участками ДНК животного. Например, были идентифицированы гены, отвечающие за увеличение выработки молока, а также гены, негативно влияющие на фертильность. Современные селекционные программы могут иметь стратегический характер, то есть можно выбрать, какие гены следует вводить в стадо.

Пожалуй, наиболее сильным инструментом генетической эволюции у молочного скота является «старое доброе» искусственное осеменение. Быков активно отбирают по предпочтительным признакам. Только самые популярные «носители генетических признаков», пользующиеся наибольшим спросом, участвуют в создании следующего поколения. Редактирование генома не является революционным способом, если сравнить его влияние с искусственным осеменением и геномной селекцией. Это просто эволюция того, что фермеры уже итак делают, а именно стремятся накормить весь земной шар безопасно и эффективно.

Тонкая «генетическая настройка»

Редактирование генома – это продвинутый метод селекции, когда ученые вносят точные изменения в генетические коды. В результате происходит ускорение процесса развития новых видов животных и растений. Эти комбинации генов, в большинстве случаев, уже существуют в природе. Однако потребуется много времени, чтобы внедрить их в имеющиесе сейчас популяции и биоматериал.

Для простоты можно провести аналогию. Редактирование генома похоже на функцию «найти и заменить», используемую на компьютерах для исправления ошибок в текстовых документах. У генетических нитей есть строки кода, «вписанные» в ДНК, которые сообщают клетке, как действовать. Вместо изменения букв в текстовом документе, при редактировании генома происходит поиск и изменение определенных нуклеотидов, из которых состоит ДНК.

С помощью редактирования генома может быть улучшена функциональность генов, которая иногда может нарушиться в ходе естественных генетических мутаций. Внесение изменений может помочь исключить вредные гены и исправить мутации, отвечающие за развитие болезни.

Удаление фрагмента ДНК, отвечающего за взаимодействие с вирусом и обеспечивающего перемещение или репликацию вируса, может в конечном итоге осовободить клетки от вирусов. Когда в результате изменений удаляется часть генетического кода, в процессе самостоятельного восстановления клеток автоматически восстанавливаются разрывы в ДНК.

Одним из методов редактирования генома является CRISPR-Cas9 (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами и связанный с ними белок 9). Данный метод использует систему естественной модификации генома, обнаруженную у бактерий. Это комбинация белка Cas9, делящего ДНК, и программируемой РНК, называемой «направляющей РНК». Эти РНК создаются для того, чтобы найти конкретные участки генома.

Изменения ДНК могут содержаться в гаметах, а именно сперматозоидах или эмбрионах. Изменения, внесенные в геном, будут переданы потомству. Будущие поколения будут наследовать превосходный переписанный генетический код посредством естественного размножения.

Создание изменений или желательных мутаций с CRISPR очень схоже с мутациями ДНК, которые уже происходят в природе. Редактирование генома помогает биологии делать то, что происходит в естественной среде, но немного быстрее.

Успех животноводства

За последние несколько лет был сделан значительный прорыв в исследованиях по редактированию генома в области животноводства. Технология была усовершенствована для успешного применения на живых животных.

На протяжении десятилетий свиноводы боролись с вирусом свиного репродуктивного и респираторного синдрома. У свиней, зараженных этим вирусом, наблюдаются большие проблемы с репродуктивной способностью, а также медленный прирост и высокая смертность. Миллионы свиней умирают каждый год от этой болезни или ее последствий, что обходится американской свиноводческой промышленности в сотни миллионов долларов в год. Профилактические и лечебные прививки оказались неэффективными.

В 2015 году команда исследователей из Genus plc и Университета Миссури объединила усилия, чтобы помочь отрасли избавиться от этой серьезной болезни. Они обнаружили у свиней белок CD163, необходимый для выживания вируса в организме животных. Используя CRISPR-Cas9, они успешно отредактировали геном, отвечающий за выработку белка CD163 у помета свиней. Когда они провели тест на наличие вируса, все свиньи в помете оказались здоровы.

Несмотря на успехи в работе по созданию устойчивых к РРС свиней, гены которых спасут миллионы свиней по всему миру, приоритетом Genus всегда была безопасность и здоровье человека. Компания стремится делать так, чтобы благодаря редактированию генома животное приобретало только желаемые признаки без всяких неожиданностей.

Работа Genus санкционирована Управлением по контролю качества продуктов и лекарств США, и мы всегда будет следовать всем их требованиям к испытаниям и безопасности, а также требованиям других регулирующих органов на рынках по всему миру. Если создание устойчивых к болезням свиней в результате редактирования генома станет приносить прибыль, Управление разработает систему постоянного мониторинга животных, отредактированных по геному.

Потенциал для молочной промышленности

Программы для молочной промышленности были направлены на снижение негативных последствий смертельных заболеваний. Респираторный синдром является сложным, но распространенным заболеванием крупного рогатого скота заболеванием, приносящим большие убытки. Он включает в себя большой набор респираторных симптомов, от хронических до острых и летальных форм.

Различные источники стресса, такие как отъем или перемещение, могут предрасполагать к взаимодействию защитных механизмов организма теленка с возбудителями инфекции. Первоначальный патоген, например, вирус, может изменить иммунную и неиммунную систему теленка, что приведет к образованию бактериального токсина в нижних дыхательных путях.

Сейчас у Genus в разработке имеется проект, редактирования генов, отвечающих за восприимчивость к одному из токсинов, связываемых с респираторным синдромом. Несмотря на то что этот проект все еще находится на стадии разработки, такие важные шаги в борьбе с респираторным синдромом будут способствовать благополучию животных молочной промышленности и достижению экономической устойчивости.

Существует колоссальный потенциал для анализа и улучшения устойчивости сельскохозяйственных животных ко многим заболеваниям. Инновации такого масштаба требуют командной работы во всех областях отрасли. Точность данных о продуктивности и состоянии здоровья животных, собранных в хозяйствах, имеет решающее значение для установления корреляции между заболеванием и селекционными признаками. Собирая и анализируя данные непосредственно в хозяйствах на постоянной основе спомощью программ управления стадом позволяет находить новые селекционные признаки. Зоотехники и другие сотрудники ферм располагают большим количеством информации, которая в дальнейшем поможет совершить новый прорыв в области биотехнологий.

Труженники села хотят, чтобы все животные в мире были здоровы. Они также хотят, чтобы, несмотря на сокращение доступных ресурсов, растущее население было стабильно и безопасно обеспечено продовольствием. Редактирование генома позволяет этого достичь. Этот прогресс в животноводстве несет массу выгод для потребителей во всем мире.

Марк Циган – директор по подбору признаков Genus plc.

Мэнди Шмидт – специалист ABS Global по генетическим услугам для молочной промышленности в Северной Америке.

Елена Райс – Директор по науке и руководитель отдела исследований и разработок Genus plc.

Статья опубликована в журнале Progressive Dairy