Костная ткань. Реферат биотехнология Журак А.А.. Реферат по ветеринарной генетике современные методы биотехнологии в животноводстве

• Название: Реферат по ветеринарной генетике современные методы биотехнологии в животноводстве
• Анкор: Костная ткань
• Дата: 27.05.2022
• Размер: 56.5 Kb.
• Имя файла: Реферат биотехнология Журак А.А..docx
• Тип: Реферат; #552727

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет

ветеринарной медицины»

Кафедра ветеринарной генетики и животноводства

РЕФЕРАТ

по ветеринарной генетике

«СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ БИОТЕХНОЛОГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ»

Выполнила:

студентка ФВМ 1 курса 1 группы

Журак Алена Алексеевна

Проверил:

зав. кафедрой, доцент, к.б.н. Уколов Петр Иванович

Санкт-Петербург, 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. РАЗВИТИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ 4

2. ПОГОТОВКА К ТРАНСПЛАНТАЦИИ ЭМБРИОНОВ 8

2.1. Отбор доноров 8

2.2. Отбор производителей 9

2.3. Отбор реципиентов 9

2.4. Подготовка доноров и реципиентов 10

3.ТЕХНОЛОГИЯ ТРАНСПЛАНТАЦИИ ЭМБРИОНОВ 11

3.1. Стимуляция суперовуляции у доноров 11

3.2. Синхронизация охоты у доноров и реципиентов 12

3.3. Осеменение животных-доноров 12

3.4. Извлечение эмбрионов и их оценка 13

3.5. Пересадка эмбрионов 14

3.6. Криоконсервация (глубокое замораживание) эмбрионов 14

3.7. Эмбриобанк для сохранения генетических ресурсов 15

3.8. Разделение эмбрионов 16

4.ВЕТЕРИНАРНЫЕ АСПЕКТЫ БИОТЕХНОЛОГИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ 18

5.ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22

ЛИТЕРАТУРА 23

ВВЕДЕНИЕ

Биотехнология является одним из ведущих направлений научно-технического прогресса и занимает ключевую позицию в экономике многих высокоразвитых государств. Именно поэтому проблема развития биотехнологии становится одним из социально экономических и политических приоритетов России. Бурное развитие биотехнологии коренным образом изменило возможности и эффективность селекции.

Широкое применение в практике получила клеточная инженерия и трансплантация эмбрионов. Это позволило ускорить темпы генетического совершенствования племенных и товарных стад, создавать высокоценных животных с запрограммированными продуктивными признаками, генетически клонировать их, ускоренно получать рекордисток и целые стада с рекордными удоями, управлять онтогенезом [1,2].

К методам биотехнологии относят стимуляцию и синхронизацию охоты, суперовуляцию, искусственное осеменение, трансплантацию эмбрионов, хранение гамет и эмбрионов, целенаправленное получение двоен, регулирование пола, раннюю диагностику беременности, управление процессом родов, создание химер и др.

Трансплантация эмбрионов рассматривается не как замена, а как дополнение к методу искусственного осеменения. При различном использовании этого метода можно значительно увеличить генетическую ценность сельскохозяйственных животных, успешно преодолеть ряд форм бесплодия, обеспечить благоприятные условия для осуществления специальных селекционных программ.

В трансплантации эмбрионов животных – огромный прогресс, вследствие чего этот метод занял прочное место в современных программах селекции. Благодаря ему за 10 лет можно добиться генетического улучшения стада, а при традиционном методе селекции это достигается только за 30 лет. Метод трансплантации вместе с искусственным осеменением рассматривается как основа современной биотехнологии воспроизводства высокопродуктивных племенных животных [3,7].

1. РАЗВИТИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

Прогресс современной сельскохозяйственной биотехнологии в животноводстве неразрывно связан с расширением и совершенствованием арсенала используемых методов исследований. В области зооинженерии во многих странах мира биотехнологические методы нашли широкое применение при решении проблем повышения воспроизводительной функции и создания новых типов животных (трансгенных). Использование методов генной инженерии способствовало восстановлению и сохранению исчезающих видов сельскохозяйственных и диких животных. По своему содержанию, целям и задачам биотехнология становится важнейшей составной частью экономики мира, в том числе и агропромышленного производства [15].

Процесс генетического улучшения продуктивных и адаптивных качеств животных обеспечивается выявлением, интенсивным размножением и рациональным использованием наиболее ценных в генетическом плане особей. Поскольку такие особи, встречаются в природе крайне редко, то возникает проблема их ускоренного воспроизводства, что особенно важно в отношении малоплодных животных.

При традиционных методах воспроизводства репродуктивный потенциал маток полностью не реализуется и получение животных с желательным типом требует длительноговремени. Эту проблему следует решать качественно иными методами, в частности методами современной биотехнологии.

Биотехнология на сегодня представляет собой ультрасовременный этап научно-технического прогресса аграрной науки. Пионерами методов биотехно­логии, которые уже широко применяются в животноводстве, являются трансп­лантация и криоконсервация генетических материалов животных (гамет и эмбрионов), на базе которых решается проблема ускоренного размножения и сохранения генофонда ценных генотипов и создания новых высокопродуктивных пород животных с запрограммированными качествами.

Приоритетными направлениями в области животноводства и ветеринарии являются: создание, сохранение, развитие и использование генетических ресурсов животных для выведения новых высокопродуктивных, устойчивых к стрессовым факторам среды пород, линий, типов и кроссов сельскохозяйственных животных; разработка эффективных технологий их содержания с учетом породного районирования; совершенствование биотехнологических методов сохранения и размножения генофонда сельскохозяйственных животных; разработка эффективных методов диагностики, терапии и профилактики болезней животных [10].

Разработан метод определения и управления полом на клеточном уровне, имеющий большие перспективы для оптимизации структуры стада. С помощью биотехнологии решаются проблемы получения резистентных к заболеваниям животных. Так, некоторые породы скота имеют низкую продуктивность, но высокую устойчивость к тропическим паразитам (например, зебувидный скот). Пересадка от них генов резистентности высокопродуктивным животным и наоборот позволяет одновременно решать проблемы продуктивности и здоровья.

Одним из основных методов совершенствования пород крупного рогатого скота является искусственное осеменение и использованием высококлассных быков-производителей. Использование метода трансплантации эмбрионов в селекционно-племенной работе открывает возможности ускоренного размножения генетически ценных животных по материнской линии.

Метод трансплантации позволяет получать зародыши от одной самки 4-5 раз в год, вследствие чего очевидна реальная возможность ежегодного получения от коровы-рекордистки до 10-30 и более телят. Трансплантация эмбрионов позволяет быстро размножить импортируемые группы животных. Кроме того, ввозить зародыши гораздо дешевле, чем животных. Разработанная технология криоконсервирования эмбрионов обеспечивает длительное их хранение и создание криобанка зародышей выдающихся животных.

Одним из ключевых моментов ускоренного размножения ценных генотипов животных является разработка фундаментально-прикладных основ биотехнологических методов, таких как трансплантация эмбрионов, криоконсервация гамет и эмбрионов, направленных, прежде всего, на максимальное использование воспроизводительных способностей маток-доноров эмбрионов. В процессе совершенствования поголовья животных резко возросла роль производителей, а влияние маток осталось незначительным из-за малого числа, производимого ими потомства. Так, число потомков от одной овцы и коровы за всю ее жизнь составляет от 3 до 6 голов. Потомство же генетически ценных быков и баранов-производителей при искусственном осеменении может насчитывать до нескольких десятков тысяч голов. Между тем биологические возможности воспроизводства маток велики, яичники новорожденных телочек и ярок содержат до 50-70 тыс. потенциальных яйцеклеток [6].

Трансплантация эмбрионов открывает огромные возможности в разведении и воспроизводстве сельскохозяйственных животных как с точки зрения повышения эффективности племенной работы, так и ускорения воспроизводства ценных генотипов, создает более благоприятные условия использования мировых генетических ресурсов: транспортировка глубоко замороженных эмбрионов вместо животных, снижение опасности завоза многих инфекционных и инвазионных заболеваний, исключающие долговременное карантинное содержание и необходимость адаптации импортированных животных к новым условиям среды.

Биотехнологические методы, к которым относится трансплантация эмбрионов, играют важную роль, и их значение будет постоянно возрастать, так как они позволяют лучше использовать биологические резервы для повышения производства продуктов животноводства и тем самым оказывают существенное влияние в ускорении экономического прорыва в области животноводства.

В перспективе намечены новые направления исследований в биотехнологии, таких как раннее определение пола, генетическое копирование с помощью микрохирургических способов разделения ранних эмбрионов, клонирование, пересадки генов и получение трансгенных животных.

В настоящее время в результате достигнутых успехов фундаментальных наук возникла возможность развития принципиально новых эффективных методов влияния на организм животных, на их наследственность. В последние годы в области биотехнологии интенсивно разрабатываются научно-методические основы получения трансгенных животных на базе использования достижений генной, клеточной и эмбриогенетической инженерии в сочетании с методом трансплантации эмбрионов [3].

Важное значение в современных условиях приобретает проблема породообразования и совершенствования пород сельскохозяйственных животных, в т. ч. и овец. Одним из основных факторов ускорения породообразования в овцеводстве является широкое внедрение в этот процесс современных достижений в области генетики и селекции. Применение ЭВМ, достижений генной инженерии, биотехнологии, трансплантации эмбрионов, клонирование животных и получение трансгенной овцы – вот путь эффективного породообразования в условиях современности.

Большие перспективы имеются в использовании биотехнологии в эмбриогенетике сельскохозяйственных животных. Основное значение трансплантации эмбрионов – увеличение эффективности селекции животных. Этот метод особенно ценен в условиях дефицита генетических ресурсов на начальных стадиях породообразовательного процесса, когда возникает необходимость быстро размножить животных с желательным генотипом. Метод трансплантации эмбрионов способствует решению следующих важных теоретических задач селекции: размножение генетически ценных особей для быстрого создания высокопродуктивных семей и семейств; получение идентичных животных путем разделения ранних эмбрионов. Это дает возможность изучения взаимодействия генотип – среда, выяснить влияние наследственности на хозяйственно полезные признаки; способствует сохранению генофонда пород; способствует получению потомков от бесплодных, но ценных по генотипу животных; повышению устойчивости животных к заболеваниям; замена импорта и экспорта животных на импорт и экспорт криоконсервированных эмбрионов; акклиматизация импортных животных; получение животных определенного пола; межвидовые пересадки, получение гибридных животных.

Получение трансгенных сельскохозяйственных животных с заданными параметрами продуктивности (длинношерстных, мясных, молочных и т. д.) значительно ускорило бы селекционный процесс, направленный на создание высокопродуктивных пород животных.

В связи с вышеизложенным возникает настоятельная необходимость разработки фундаментально-прикладных основ сохранения биологического разнообразия, интенсивного воспроизводства и рационального использования генетических ресурсов животных с привлечением самых современных методов биотехнологии воспроизводства таких как: трансплантация эмбрионов, криоконсервация гамет и эмбрионов, культивирование и оплодотворение яйцеклеток. И на этой основе можно кардинально решить актуальные проблемы ускоренного размножения ценных генотипов и сохранения поголовья редких, исчезающих форм как аборигенных популяций домашних, так и диких крупных копытных животных [13,14].

2. ПОГОТОВКА К ТРАНСПЛАНТАЦИИ ЭМБРИОНОВ

Одним из главных направлений в повышении продуктивности животных является изучение и использование современного биотехнологического метода трансплантации эмбрионов для ускоренного воспроизводства ценных генотипов.

Трансплантация эмбрионов – очень сложный, кропотливый процесс, состоящий из целого ряда последовательных этапов: отбор доноров, вызывание у них полиовуляции, их осеменение, извлечение эмбрионов, оценка последних, культивирование, замораживание и их пересадка реципиентам. Каждый из этих процессов может значительно влиять на эффективность метода в целом, поэтому строгое соблюдение всей технологии – необходимое условие успешного применения данного метода биотехнологии.

2.1. Отбор доноров

Донор – корова или овца высокой племенной ценности, от которой после гормонального индуцирования суперовуляции и осеменения спермой выдающегося быка или барана – улучшателя получают эмбрионы. Отбор доноров – целенаправленный выбор племенных маток, хорошо реагирующих на гормональную обработку и дающих биологически полноценные эмбрионы. Наиболее важными критериями отбора животных в качестве доноров являются их высокая племенная ценность и хорошие воспроизводительные качества.

Одним из важных этапов в трансплантации эмбрионов является правильный отбор маток-доноров для получения от них максимального количества эмбрионов. При этом отбор препотентных на гормональную обработку доноров, дающих достаточное количество биологически полноценных эмбрионов, является одним из основных звеньев в технологии трансплантации эмбрионов сельхозживотных.

Одним из препятствий широкого внедрения в практику овцеводства метода трансплантации эмбрионов является низкая приживляемость эмбрионов после пересадки их реципиентам. Известно, что на приживляемость эмбрионов существенно влияют следующие факторы: синхронность охоты реципиентов с донорами; стадия развития и качество эмбрионов до пересадки; время между вымыванием и пересадкой; место пересадки в рог матки; число пересаживаемых эмбрионов.

Отсутствие высокоэффективных методов повышения приживляемости эмбрионов генетически ценных особей вынуждает активизировать поиски более совершенных способов и расширить круг факторов, влияющих на выживаемость эмбрионов. От решения этого важного, в научном и практическом отношении вопроса, зависит судьба одного из перспективных методов биотехнологии – трансплантации эмбрионов, предлагаемого для внедрения в овцеводство.

Главным фактором, ведущим к эмбриосмертности – иммуногенетическая несовместимость между истинными и приемными матерями. В этом отношении значительный интерес представляет изучение иммуногенетических факторов, позволяющих раскрыть причины ранней смертности эмбрионов при различных сочетаниях гомо - и гетерозиготных родителей по типам трансферринов, что является нововведением в технологию трансплантации эмбрионов сельскохозяйственных животных.

2.2. Отбор производителей

Для осеменения коров и овец – доноров используют сперму выдающихся быков и баранов-производителей, проверенных по качеству потомства и признанных улучшателями по селекционированным признакам. Для использования и трансплантации пригодны лишь те производители, которые имеют положительную сочетаемость при спаривании с высокопродуктивными животными. Для определения сочетаемости используют материалы оценки производителей по качеству потомства. Отобранные производители не должны иметь хромосомных аномалий, а их потомство – наследственно обусловленных экстерьерно-конституционных недостатков.

Подбор быков-производителей к коровам-донорам – строго индивидуален с учетом получения генеалогически разобщенных групп быков и их ротаций. Отдают предпочтение улучшателям по удою, содержанию в молоке белка и жира, а также экстерьеру и конституции дочерей. Учитывают степень проявления признаков у дочерей, обусловливающих технологичность.

При осеменении коров-доноров у редких и исчезающих пород используют сперму быков, принадлежащих к генетически разобщенным группам, в соответствии с задачами сохранения генофонда и использования его в перспективе.

2.3. Отбор реципиентов

Эффективность трансплантации эмбрионов в значительной степени обусловлена качеством используемых реципиентов. Реципиент – это телка или корова, овца, по племенной ценности ниже чем донор, в организме которой развиваются эмбрионы до рождения приплода.

Реципиентов отбирают из числа молодых коров и телок случного возраста, не представляющих племенной ценности, из расчета 3 -5 гол. на донора. Они должны быть клинически здоровыми. Возраст коров не должен превышать 4 лет, отелы которых ежегодно проходили без осложнений. До поступления на эмбриопересадку у них должна проявиться хорошо выраженная охота. Коровы-реципиенты могут быть использованы для пересадки не ранее, чем через 80 дней после отела.

Телки-реципиенты должны иметь минимальный возраст – 18 мес., живая масса составлять 2/3 массы взрослого животного, средней упитанности, Реципиенты должны иметь нормальную половую цикличность, быть свободными от внешних и внутренних паразитов и иметь отрицательные результаты исследований на туберкулез, бруцеллез, вибриоз, лейкоз. Не допускаются животные с заболеваниями родовых путей.

Нельзя использовать в качестве реципиентов животных мелких пород для трансплантации эмбрионов от пород более крупных по массе. При работе в условиях нехватки реципиентов допускается двух и даже трехкратное использование животных для пересадки эмбрионов.

2.4. Подготовка доноров и реципиентов

Основное условие, определяющее нормальные воспроизводительные функции и получение хорошо развитого приплода, - полноценное сбалансированное кормление с учетом физиологического состояния и продуктивности животных. Особенно важно обеспечить кормление высокопродуктивных коров-доноров в период запуска и в первые 3-4 мес. после отела, поскольку эти периоды совпадают с максимальным увеличением массы плода и наивысшей молочной продуктивностью, на что расходуется большое количество питательных веществ.

Доноров и реципиентов следует содержать в чистых, сухих, хорошо вентилируемых помещениях при температуре и влажности воздуха, отвечающих зоогигиеническим требованиям. Животным необходим ежедневный моцион, в летнее время выпас на пастбище. В помещениях и на территории содержания скота должна соблюдаться санитарная культура и основные ветеринарные требования к животноводческим предприятиям закрытого типа [4].

3.ТЕХНОЛОГИЯ ТРАНСПЛАНТАЦИИ ЭМБРИОНОВ

Современная технология трансплантации эмбрионов состоит из множества этапов, каждый из которых оказывает значительное влияние на эффективность всего метода в целом и требует строгого соблюдения технологической дисциплины. В работах по трансплантации эмбрионов широко используются такие операции, как стимуляция суперовуляции у доноров, синхронизация половых циклов доноров и реципиентов, нехирургическое извлечение, поиск и оценка качества эмбрионов, культивирование, замораживание и хранение эмбрионов в жидком азоте, разделение эмбрионов, хирургическая и нехирургическая пересадка эмбрионов [9,11].

3.1. Стимуляция суперовуляции у доноров

Привлекательность метода трансплантации эмбрионов для селекционеров заключается в возможности увеличить уровень воспроизводства ценных коров путем переноса эмбрионов от этих коров матерям-заменителям. Яичники коров обычно продуцируют одну яйцеклетку в 21-дневный срок, и в норме коровы приносят одного теленка в год. Один эмбрион может быть извлечен и пересажен другим коровам через 6-8 дней после осеменения донора в естественную течку, но это является экономически нецелесообразным, поскольку стоимость проведения таких работ высокая. Следовательно, очень важным аспектом технологии трансплантации эмбрионов является использование гормонов для индуцирования множественной овуляции в яичниках коров-доноров (называемой суперовуляцией). Таким образом, метод вызывания суперовуляции является краеугольным камнем в технологии трансплантации эмбрионов, но из-за высокой вариабельности реагирования доноров на вводимые гонадотропные гормоны он остается самой большой проблемой.

Проведены многочисленные исследования по использованию различных гонадотропинов, гипофизарных и плацентарных гормонов для вызывания суперовуляции у коров и телок-доноров. При этом основной целью было определение влияния различных гормонов, их сочетаний, установление оптимальных доз гормональных препаратов, которые за несколько дней до предполагаемой охоты вызвали бы стимуляцию роста и созревания 10-20 и более фолликулов.

На суперовуляцию и выход качественных эмбрионов влияют такие факторы, как применяемые гормональные препараты и схемы их введения, стадия лактации, сезон года, кратность использования доноров, порода, хозяйственные условия, живая масса, состояние здоровья, уровень и качество кормления и т. д.

Отмечено, что недокорм коров-доноров достоверно уменьшает реакцию яичников на введение гормонов. Для активизации суперовуляции и получения биологически полноценных эмбрионов необходимо обеспечить полноценное кормление доноров, сбалансированное не только по основным питательным веществам, но особенно по аминокислотам и микроэлементам.

Тщательное соблюдение технологии подготовки животных-доноров с учетом вышеперечисленных факторов обеспечивает высокую эффективность трансплантации эмбрионов [8].

3.2. Синхронизация охоты у доноров и реципиентов

Факторами, лимитирующими успешное применение метода трансплантации в животноводстве, является все еще невысокий уровень знаний о суперовуляции, выходе нормальных эмбрионов и их приживляемости. Для успешного приживления эмбрионов при пересадке необходима точная синхронизация половых циклов у доноров и реципиентов. Соблюдение этих условий на практике достигается содержанием значительного числа реципиентов, чтобы в любой день можно было подбирать их донорам, синхронных по половым циклам. Значительно упростить программу эмбриотрансплантации можно путем синхронизации охоты у доноров и реципиентов.

В основном применяют 2 метода синхронизации половой охоты у животных. Первый основан на торможении половой функции яичников и после прекращения применения препарата – усилении роста и созревания фолликулов одновременно у всех обработанных животных. Для этого в организм животных вводят прогестерон или его синтетические аналоги.

Другим более распространенным методом синхронизации является метод использования простагландина F2d или его синтетических аналогов (эстрофан, энзапрост, мотализ, прозельвин и др.). Их использование основано на рассасывания желтого тела и последующего роста, и созревания фолликулов.

В связи со значительной вариабельностью результатов при использовании простагландина используют комбинированную схему обработки животных доноров и реципиентов. В начале без учета форм полового цикла всех отобранных животных обрабатывают прогестероном и затем вводят простагландин.

Как правило день в день на одного донора готовят 5-6 синхронизированных реципиентов [15].

3.3. Осеменение животных-доноров

Результаты суперовуляции определяются эффективным осеменением животных-доноров. Проблема оплодотворения яйцеклеток и получения биологически полноценных эмбрионов все еще остается открытой.

Для определения эффективности осеменения животных-доноров используют как свежую, так и замороженную сперму. Эффективность осеменения доноров свежей спермой выше по сравнению с осеменением глубокозамороженной. Это различие объясняется главным образом тем, что сперматозоиды, не подвергавшиеся охлаждению, сохраняют всю активность в половых путях животных более длительное время, чем после оттаивания. Однако учитывая большие преимущества осеменения коров глубокозамороженной спермой оцененных быков-производителей, в практике используют именно такую сперму.

При осеменении доноров применяют цервикальный метод введения спермы, используя один из трех способов ее введения в шейку матки: ректо-цервикальный, моно-цервикальный и визо-цервикальный. Осеменение наиболее предпочтительно производить ректо-цервикальным способом, позволяющим контролировать состояние половых органов коров [14].

3.4. Извлечение эмбрионов и их оценка

Метод извлечения зародышей у доноров является важнейшей составной частью общей технологии трансплантации эмбрионов у сельскохозяйственных животных, которая требуют тщательного и безошибочного осуществления. Эффективность метода трансплантации во многом осуществляется способом извлечения эмбрионов. Для трансплантации рекомендуется использовать бластоциты, поэтому эмбрионы извлекают между 7-8 сут. после первого искусственного осеменения. Оплодотворенные яйцеклетки от суперовулировавших животных могут быть извлечены 3 способами: после убоя донора, хирургическим и нехирургическим.

Длительное хранение эмбрионов животных в жидком азоте позволяет решить эту сложнейшую проблему в ближайшее время, но при этом возникают свои специфические проблемы. Например, необходимо определить продолжительность времени, в течение которого могут продержаться эмбрионы в жизнеспособном состоянии при низкотемпературном сохранении.

Все вышеперечисленное послужило основанием для проведения исследований, поскольку чувствительность эмбрионов к низкой температуре является основным препятствием для практического использования большинства известных методов криоконсервации биоматериалов.

Оценивают качество эмбрионов на основании определения стадий их развития, состояния оболочек и внутренних структур. Биологически полноценными принято считать такие эмбрионы, которые имеют правильную шарообразную форму, гомогенную светлую цитоплазму, неповрежденную прозрачную оболочку, одинакового размера бластомеры с плотным межклеточным контактом, они должны соответствовать по уровню дробления возрасту от момента оплодотворения до их извлечения [4].

3.5. Пересадка эмбрионов

Пересадку обычно осуществляют реципиентам в рог матки на стороне яичника с желтым телом (ипсилатеральный рог). При определении пригодности реципиентов к пересадке эмбрионов учитывают наличие и выраженность желтого тела в яичнике. Отсутствие желтых тел или оставшиеся от предыдущих циклов желтые тела предполагают выбраковку реципиентов. Наличие желтого тела цикла совместно с фолликулом свидетельствует о пригодности реципиента. Яичник с желтым телом обычно несколько увеличен.

В настоящее время пересадка эмбрионов реципиентам осуществляется хирургическим и нехирургическим способами.

В последние годы пересадку делают через боковой разрез при местной анестезии в стоячем положении реципиента. Этот метод прост и менее трудоемок.

При нехирургическом (трансцервикальном) методе подготовка реципиентов производится также, как и доноров при нехирургическом извлечении эмбрионов. Преимущество метода заключается в простоте, экономичности и возможности многократно использовать реципиентов. Трансцервикальный метод пересадки эмбрионов по исполнению аналогичен искусственному осеменению, но требует большой квалификации, так как операции проводятся на 6-8-й дни после охоты, когда шейка матки уже закрыта и катетеры для пересадки необходимо проводить как можно дальше в рога матки, обычно на расстояние 5-6 см от шейки матки [3].

3.6. Криоконсервация (глубокое замораживание) эмбрионов

В странах с развитой технологией трансплантации эмбрионов половина получаемых зигот подвергается криоконсервации (глубокому замораживанию) и продолжительному их хранению, так как этот метод предлагает целый ряд выгод:

- отпадает необходимость в стадах синхронизированных реципиентов. Избыточное количество эмбрионов может быть заморожено для использования в будущем;

- большой выбор эмбрионов различных типов может быть собран и использован в любое время и в любом месте;

- хранение эмбрионов позволяет проводить различные тесты на состояние здоровья, осуществлять перевозку эмбрионов во всем мире с гарантией отсутствия заболеваний;

- сохраняет разнообразие генетического материала, включая в себя наследственность материнского и отцовского организмов до времени осуществления интенсивных программ селекции. Существует несколько методов сохранения эмбрионов. Выбор метода зависит от качества эмбрионов и продолжительности хранения. Самым эффективным и перспективным методом консервации эмбрионов является их глубокое замораживание (криоконсервация) в жидком азоте при температуре -196 град. С.

В итоге многолетних исследований наметилось два направления в разработке методов криоконсервирования эмбрионов сельскохозяйственных животных:

- медленное охлаждение до -70; -80 град. С, при котором происходит дегидратация с последующим переходом в твердое состояние (метод медленного замораживания включает и медленное оттаивание эмбрионов, при котором дегидратация клеток протекает постепенно и их тонкая структура, а также биохимические и физиологические потенции остаются неповрежденными);

- медленное охлаждение до -38; -40 град. С и затем быстрое замораживание в жидком азоте или в другом хладагенте. При такой технологии полной дегидратации клеток не происходит, и поэтому их оттаивают с повышенной скоростью, помещая контейнеры с эмбрионами сразу же из жидкого азота в водяную баню с температурой +25; +37 град. С.

Весь процесс глубокого замораживания состоит из отдельных этапов, от которых зависит эффективность этого метода: получение эмбрионов, подготовка их к замораживанию, процесс замораживания, хранение в жидком азоте, оттаивание, оценка жизнеспособности эмбрионов по морфологическим признакам или культивированию и пересадка их реципиентам.По прогнозу специалистов, криоконсервированные эмбрионы могут храниться десятки и сотни лет [9,11].

3.7. Эмбриобанк для сохранения генетических ресурсов

Достижения биотехнологии позволяют положить на неограниченное хранение в жидком азоте по 200 эмбрионов и 1 тыс. доз спермопродукции, для гарантированного возобновления в случае необходимости любой породной группы домашних животных и почти всех млекопитающих, которым грозит уничтожение [8].

Кроме процесса разбавления спермы, существует ряд технологических приемов, позволяющих подготовить сперму к глубокому замораживанию. К таким приемам относятся различные способы инкубации спермы, применение анаэробных условий, введение антиоксидантов. Кроме того, для лучшей переживаемости спермиев при криоконсервировании используют и различные приемы концентрирования спермы (фильтрацию, отстаивание, центрифугирование), а также способы разбавления спермы.

При сравнении различных способов обработки спермы перед замораживанием установлено, что наилучшие результаты по подвижности, выживаемости, сохранности акросом спермиев при замораживании – оттаивании наблюдаются при диализной обработке спермы.

Сохраняя сперму или яйцеклетки, можно долго хранить форму генетической информации. Однако для восстановления популяции требуется длительное время. Но хранение спермы – очень дешевый метод и легко осуществим в обычных программах разведения животных. Сохранение пород методом разведения стад является очень дорогим методом и требует огромного энтузиазма селекционеров. Кроме того, инбридинг и болезни могут влиять на качество этих генетических ресурсов.

Сохраняемость биологических свойств спермиев в глубокозамороженном состоянии зависит от возраста, породных, индивидуальных и других особенностей производителя. Кормление, содержание и эксплуатация производителей являются наиболее мощными факторами, влияющими на качество спермопродукции и на способность спермиев сохранять оплодотворяющую силу в замороженном состоянии.

Благодаря исключительной эффективности метода криоконсервации спермы как средства практической реализации крупномасштабной генотипической селекции он стал основным элементом национальных программ развития животноводства большинства стран мира [6].

3.8. Разделение эмбрионов

Разделение эмбрионов с последующей их пересадкой реципиентам позволяет получать монозиготных (идентичных) животных, имеющих не только одинаковый пол, но и новый генотип. Это новый экспериментально разработанный метод, который уже используется в рамках работ по трансплантации эмбрионов, существенно повышает многоплодие крупного рогатого скота. Экспериментальному получению идентичных близнецов способствовали достижения фундаментальных исследований ранних стадий эмбриогенеза, показавших полипотентность клеток (т. е. их способность развиваться в полноценный организм) ранних эмбрионов и возможность воздействия на них посредством микрохирургических манипуляций.

В настоящее время установлено, что основным методом хранения половинок эмбрионов, позволяющим надежно и долговременно их сохранять, является глубокое их замораживание. Этот метод дает возможность создавать большие массивы близнецов-двоен одновременно.

При получении большого количества идентичных эмбрионов целесообразно часть их замораживать. Коров можно оценивать по собственной продуктивности и отбирать из них лучших в качестве матерей быков. Такой же метод пригоден и для воспроизводства ценных быков. После оценки генетические копии лучших быков можно извлечь из замороженного устройства и получить идентичных быков. Такая биотехнология позволяет получить чистую прибыль, которая была бы затрачена на содержание одного быка до его окончательной оценки по качеству потомства.

В последние десятилетия интенсивно велись работы по разделению эмбрионов сельскохозяйственных животных методами микроманипуляции. Согласно литературным источникам причиной развития однояйцевых двоен в естественных условиях является то, что в половом аппарате самки происходит разделение эмбриона на 2- и 8-клеточной стадиях на две равные половины, после чего они отделяются друг от друга и развиваются в отдельные эмбрионы, вследствие чего появляются двойни с одинаковыми генотипами. Следовательно, каждый бластомер имеет одинаковый набор хромосом. Этот фактор является основой предпосылкой для искусственного получения монозиготных двоен в практике животноводства.

В настоящее время искусственное получение однояйцевых близнецов на основе микроманипуляции с ранними эмбрионами приобретает в воспроизводстве и селекции сельскохозяйственных животных большое практическое значение и позволяет решить ряд таких вопросов как повышение эффективности трансплантации эмбрионов; создание идентичной, генетически ценной группы животных; создание резерва генов с известными генотипическими и фенотипическими признаками (один из эмбрионов оценивается после рождения, а другие находятся в эмбриобанке). В связи с этим проводятся научно-исследовательские работы по получению монозиготных двоен овец путем биопсии и культивирования (in vitro) изолированных бластомеров, извлеченных с эмбрионов на стадии 4 - 6 клеток.

Установлено, что микрохирургически выделенные из 4-6-клеточных эмбрионов бластомеры способны продолжать свое развитие. Был сделан вывод, что основным условием для успешного развития является наименьшее травмирование бластомеров при биопсии, скорость проведения микрохирургии, условия и состав среды для культивирования, а также качество отобранного эмбриона.

Все изложенные выше результаты исследований позволяют сделать заключение о возможности значительного повышения многоплодия на основе получения монозиготных близнецов посредством микроманипуляции разделения ранних эмбрионов [6,8,9,11].

4.ВЕТЕРИНАРНЫЕ АСПЕКТЫ БИОТЕХНОЛОГИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ

С развитием биотехнологии появилась возможность использовать различные организмы, в том числе и растения, для производства вакцин, белков и ферментов, не существующих в природе. Принцип один: в организм вводится ген, который контролирует и обеспечивает синтез названных соединений.

Налажено производство генноинженерными методами сывороток для профилактики и терапии многих опасных болезней: препаратов для повышения иммунитета животных. В этом случае используют бактерии, чаще всего E. coli, в которые вводят гены, контролирующие образование соответствующих соединений. С помощью таких вакцин удалось решить проблему бешенства [7].

По мнению многих исследователей среди болезней опухолевой природы сельскохозяйственных животных наибольшую опасность представляет лейкоз крупного рогатого скота. Продукты, полученные от больных лейкозом животных, содержат аномальные метаболиты триптофана, лизина и других циклических аминокислот. Они обладают выраженными канцерогенными свойствами и являются вредными для здоровья человека. Поэтому лейкоз крупного рогатого скота представляет актуальную социальную, медицинскую и общебиологическую проблему, требующую научно обоснованного практического решения.

Существенным достижением является получение трансгенных кроликов с интегрированным геном антисмысловой РНК вируса лейкоза. В течение более восьми поколений эти животные при заражении их вирусом лейкоза не заболевают этой болезнью, контроль поражается на 100 %. Сейчас стоит задача получить крупный рогатый скот с интегрированной данной конструкцией. Попытка создания вакцины не увенчались успехом. Создание трансгенного крупного рогатого скота с данным геном может решить эту сложнейшую задачу.

Направление по получению трансгенных животных, продуцирующих биологически активные вещества, получило практическое применение в медицинской, ветеринарной и пищевой промышленности. Получены трансгенные овцы, продуцирующие химозин в молочной железе, кролики, продуцирующие инсулин человека и т. д. [15,16].

Второе направление трансгенеза – получение трансгенных животных, генетически устойчивых к инфекционным заболеваниям. Полученные трансгенные кролики с интегрированными генами интерферона менее восприммчивы к вирусным болезням, в другом случае Мх ген мышей обеспечивает невосприимчивость их к гриппу.

В последнее время активно развивается направление по получению трансгенных животных с интегрированными генами антисмысловой РНК, которые блокируют воспроизведение определенных вирусов. Получены трансгенные кролики, более 10 поколений которых устойчивы к заражению лейкозом. Возможно, что именно этот путь перспективен в борьбе с лейкозом КРС. В этом направлении, вероятно, возможно интегрировать гены, продуцирующие антитела и другие биологически активные вещества, определяющие устойчивость животных к определенным заболеваниям [4,6,7].

В настоящее время большинство противовирусных препаратов производится с использованием первичных культур клеток из нормальных тканей различных видов домашних и лабораторных животных. При этом особое внимание уделяется усовершенствованию методов получения первичных клеточных культур и наиболее важному и трудоемкому процессу трипсинизации органов и тканей.

Получение трансгенных растений-продуцентов вакцин является одним из перспективных направлений генетической инженерии. Исследования последних лет показали, что белки различных микроорганизмов можно успешно производить в растительных системах с сохранением их иммуногенных свойств. При переносе в геном растения чужеродные гены стабильно интегрируются и передаются потомкам. В настоящее время во многих лабораториях мира на основе трансгенных растений разрабатываются вакцины против различных болезней человека и животных, многие из которых проходят клинические испытания и готовы к практическому использованию [15,16].

Распространение болезней может быть значительно ограничено при использовании трансплантации эмбрионов. Такие болезни, как блутанг, вирусная диаррея, ринотрахеит и вирусная лейкемия крупного рогатого скота были завезены в ряд стран при перевозке животных и семени. Более десяти последних лет эксперименты ведутся для того, чтобы определить, переносят ли эмбрионы патогенные факторы на своей поверхности или же болезнь проникает внутрь эмбрионов.

5.ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ

Биотехнология – это перспективное и приоритетное направление развития животноводства, направленное на скорейшее совершенствование существующих пород, видов животных и получение максимума продукции от сельскохозяйственных животных. Трансплантация эмбрионов животных привела к возникновению целого ряда новых направлений в области биотехнологии воспроизводства и вызвала необходимость шире и глубже изучить целый ряд очень интересных проблем [10,14].

В настоящее время уже расшифрован геном многих живых организмов. Впоследствии была развернута работа по выделению и синтезу отдельных генов и интеграции чужеродных генов в геном микроорганизмов, растений и животных. Уже получены и изучаются многие животные с интегрированными генами других видов, так называемые трансгенные, организмы.

Генно-инженерная селекция – отличительная черта ХХI в. Это принципиально новые методы. Если раньше породы создавались на основе комбинаторики генотипов родителей разных исходных пород, то теперь появилась возможность с помощью биотехнологии в ускоренные сроки сочетать генотипы разных видов и даже родов. Речь идет о гибридизации и преодолении бесплодия гибридов, клонировании генотипов коров-рекордисток и получении трансгенных животных с новыми качествами. [14].

Генная инженерия животных развивается в нескольких направлениях. Одно из них – получение трансгенов с генами, влияющими на процессы обмена веществ, а, следовательно, и на важнейшие хозяйственно-полезные признаки. Большое значение приобрело направление, связанное с получением трансгенов, генетически устойчивых к инфекциям.

Крупным разделом биотехнологии является клеточная инженерия. Проводятся исследования по оплодотворению яйцеклеток крупного рогатого скота вне организма. Искусственно оплодотворенные клетки, достигшие стадии бластоцисты, могут стать материалом для расширения базы трансплантации ранних эмбрионов наиболее ценных племенных особей.

Передовые информационные технологии являются важнейшим фактором развития современного биотехнологического процесса. В последние годы бурно развивается система информационного обеспечения биотехнологических исследований, включающая электронный доступ к научно-библиографическим массивам. Электронными хранилищами научных и практических биотехнологических знаний являются специализированные базы данных (БД). Сбор, накопление, хранение, обмен с мировыми базами данных информации о генотипах, нуклеотидных и аминокислотных последовательностях, генетических маркерах – все это может выполнять информационно-вычислительный центр, с применением современных технологий и компьютерных программ. Информационный материал, полученный из мирового банка данных, тщательно исследуется с помощью современных пакетов компьютерных программ, основанных на принципах молекулярной биологии, т. е. определяются гены, генные ассамблеи, отвечающие за хозяйственно ценные признаки и регуляторные участки к этим генам. Следующим шагом является классификация полученной информации и оформление поисковых ярлыков для дальнейшего использования [5].

Методы генной и клеточной инженерии позволяют значительно увеличить многообразие животного мира, сделать его более богатым. Словом, генная и клеточная инженерия будет занимать все более значительное место в селекции животных ХХ I веке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Крупнейшим достижением ХХ века является формирование науки – биотехнологии сельскохозяйственных животных с ее основными разделами генной и клеточной инженерии. В исторически короткие сроки были разработаны методы выделения генов и их синтез, стала реальной задачей рассмотрение всего генома организма, интеграция чужеродного гена и получение на этой основе трансгенных животных с генами, регуляторами обмена веществ и продуктивности животных. Созданы новые индивидуумы устойчивые к инфекционным заболеваниям и трансгенные животные, продуценты биологически активных веществ для медицины и пищевой промышленности. Разработаны технологические приемы искусственного осеменения сельскохозяйственных животных, которые, позволили создать новые генотипы животных.

Развитие биотехнологии и ее практическое применение в скотоводстве открывает огромные перспективы в воспроизводстве высокоценных животных. Этим методом можно получить большое число потомков (более 100) от коров-доноров с высоким генетическим потенциалом.

Трансплантация эмбрионов позволяет существенно повысить интенсивность селекции коров, проверить их по качеству потомства, и создать банки-хранилища эмбрионов. Кроме того, трансплантация эмбрионов помогает бороться с некоторыми формами бесплодия коров. Метод трансплантации замороженных эмбрионов является более эффективным и менее опасным приемом в экспорте и импорте племенного скота за счет экономичности и более жесткого ветеринарного контроля.

Развитие трансплантации эмбрионов дало огромный толчок для развития целого ряда связанных с ней отраслей биотехнологии, таких, как получение однояйцевых близнецов, клонов выдающихся животных, потомства желательного пола, химерных животных. Генная инженерия, базирующаяся на достижениях метода трансплантации эмбрионов, позволяет выводить новые виды, типы, породы животных с заданным генотипом.

Значение и роль биотехнологии как науки, возникшей на стыке молекулярной и клеточной биологии, значительно возросли благодаря безграничным возможностям применения ее методов в различных сферах хозяйственной деятельности человека.

ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2010 года, утв. председателем правительства РФ В.В.Путиным от 24.04.2012.
   
2. 
   Перечень критических технологий Российской Федерации, утв. Указом Президента Российской Федерации от 7 июля 2011 г. № 899.
   
3. 
   Алмагамбетов К.Х. Основы биотехнологии: учеб. пособие. Астана: Изд-во НЦБ МОН РК, 2016.200 с.
   
4. 
   Божков А.И. Биотехнология. Фундаментальные и промышленные аспекты. Харьков: 2015.364 с.
   
5. 
   Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. М.: Мир, 2020.589 с.
   
6. 
   Войнов Н.А., Волова Т.Г., Зобова Н.В. Современные проблемы и методы биотехнологии: эл. учеб. пос. / Н.А. Войнов, Т.Г. Волова, Н.В. Зобова и др.; под ред. Т.Г. Воловой. Красноярск: ИПК СФУ, 2019.418 с.
   
7. 
   Волова Т.Г. Биотехнология. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2019.252с.
   
8. 
   Елинов Н.П. Основы биотехнологии.С. - Пб.: "Наука", 2018.601 с.
   
9. 
   Загоскина Н.В. Биотехнология: теория и практика: учеб. пособие для вузов. / М.: Оникс, 2019.496с.
   
10. 
    Жукова Е. А. - Роль науки в создании образов биотехнологий/ Сборник материалов форума «Биотехнология и Общество», ассоциированное мероприятие II международного конгресса «ЕвразияБио», М.: Когито-Центр, 2010, С 63.
    
11. 
    Калашникова Е.А., Шевелуха В.С., Воронин Е.С. Биотехнология. М: Высшая школа, 2015.
    
12. 
    Кирпичников М.П., Каныгин П.С. – Биоэкономика: история вопроса, текущее состояние в мире/ Вестник Совета Федерации, М., 2019.
    
13. 
    Ревин В.В. Введение в биотехнологию: от пробирки до биореактора: учеб. пособие. / Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2006. 256 с.
    
14. 
    Россихин В.В. Биотехнология: введение в науку будущего. Харьков: "Колорит", 2015.288с.
    
15. 
    Тихомирова Л.И. Основы биотехнологии: опорный конспект лекций: учеб. пособие. / Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2013.79 с.
    
16. 
    Шмид Р. Наглядная биотехнология и генетическая инженерия. / Р. Шмид; пер. с нем.2-е изд. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.324 с.