Пейте, дети, молоко трансгенной коровы!

06.02.200657460
Если собрать вместе всех домашних животных, которых клонировали со времени появления на свет незабвенной Долли, их хватит на большую ферму. Со стадами в десятки голов коров, коз, овец и свиней. С одной (пока) лошадью и одной (тоже пока) собакой. С прудом, в котором плавают клонированные рыбы десятка видов и квакают клонированные лягушки. И с амбаром, полным клонированных мышей, которых ловят клонированные кошки. А рядом будет небольшой – вольеров на 10-15 – зоопарк с клонированными дикими животными.

Клонированные стада

Даже без генной инженерии получение большого числа точных копий самых-самых шерстистых, мясистых, удойных, яйценоских и т.д. животных – хороший способ улучшить породу. Например, жил в Техасе бык с незатейливым именем Бык-86 и с могучим природным иммунитетом, в том числе к бруцеллезу, сальмонеллезу и туберкулезу, которые передаются от коров к человеку через плохо прожаренное мясо или недопастеризованное молоко. Его многочисленные потомки наследовали папин иммунитет – иногда, если повезет, и обычно не полностью.

Для создания новой породы, полностью сохранившей признаки прародителя, потребовались бы десятилетия обычной селекционной работы. Такой способ использовали, например, английские коннозаводчики еще в конце XVII века. Арабы, желая сохранить монополию на свою знаменитую породу лошадей, продавали на экспорт только жеребцов. Но хитроумные ференги подводили к чистопородным арабским скакунам сначала своих английских кобыл, потом – их дочерей, потом – внучек, в которых было уже три четверти арабской крови… Так они получили собственную породу практически чистокровных арабских лошадей.

Один бык, даже если он – жемчужина среди быков, с такой задачей не справится. Поэтому ученые из техасского университета A&M решили наклонировать небольшое стадо точных копий Быка-86 и с их помощью вывести новую породу. Первого теленка назвали в честь «папы»: Бык-86-2.

Бифштексы, даже приготовленные на одной и той же сковородке из животных из одного и того же стада, могут заметно различаться по вкусу. К сожалению, самих животных к этому времени уже невозможно использовать для селекции. Американская фирма «Viagen» занимается именно этим – с помощью анализа ДНК определяет качество мяса для самых дорогих ресторанов и сохраняет на племя самых вкусных свиней и коров. У будущего бифштекса отрезают кончик хвоста, вешают на него бирку и замораживают в жидком азоте. Потом гурманы-дегустаторы выбирают самые вкусные из бифштексов, а соответствующие пробирки с бирками оставляют как источник ядер для будущих клонов. Лет через двадцать можно будет получить породы животных с идеальным (и стандартным) мясом.

Но клонирование до сих пор – дело тонкое и дорогостоящее. При таком эксперименте приходится заменять ядрами клеток клонируемого животного ядра нескольких сотен яйцеклеток и вводить их в матки самок с искусственно вызванной (уколами гормонов или спариванием со стерильным самцом) ложной беременностью. Коровам и лошадям вводят по одной-две яйцеклетки, собакам и свиньям – до десяти, в зависимости от обычного числа зародышей при беременности. Из двух-трех сотен «прооперированных» яйцеклеток рождаются живыми и не умирают вскоре после рождения один щенок или жеребенок или пять-семь поросят.

А главное – клонированием для выведения новых пород нельзя добиться чего-то принципиально большего, чем обычной селекцией. Зато с помощью генной инженерии…

Привесы и надои

Первое, что приходит в голову – а давайте сделаем корову или свинью размером со слона! Или хотя бы с бегемота!

На мышах (еще в начале 1980-х) все получилось отлично: мыши с более активным крысиным геном гормона роста вырастали в два раза крупнее своих обычных родственников. Но у кроликов с тем же крысиным геном начиналось что-то вроде акромегалии: челюсти у них разрастались, как у бульдога, лапы становились мощными, а вес и скорость роста не изменились. Свиньи с человеческим гормоном роста тоже не стали крупнее – зато оказались менее жирными и более мускулистыми, так что в целом эксперимент можно считать удачным. В другом опыте, менее удачном, свиньи быстрее прибавляли в весе – зато болели целой кучей разных болезней.

А у рыб идея блестяще себя оправдала. Один из первых, тоже в 1980-х годах, успешный эксперимент провела фирма AquaBounty из штата Массачусетс. В икринки атлантического лосося ввели конструкцию из:

промотора гена антифризного белка бельдюги (он дает команду «начать копирование» при любой температуре);
освобожденной от лишних последовательностей нуклеотидов ДНК собственного гена гормона роста (за счет этого процесс копирования ДНК на РНК ускоряется и облегчается);
и концевой последовательности, снова взятой от гена бельдюжьего антифриза.

Получился ген, синтезирующий очень много гормона роста и работающий круглый год, а не только в теплые месяцы, как у большинства рыб. Трансгенные лососи за год выросли в 11 раз крупнее своих обычных родственников. А сейчас в прудах АкваБаунти живут и гигантские форели, тиляпии, палтусы и другие рыбы.

Но животные и рыбы, страдающие гигантизмом (или, например, овцы с мышиным геном, повысившим скорость роста шерсти), выгодны для производителей, а не для покупателей. А вот на устойчивых к болезням коровах, курах и других источниках полноценного белка мы могли бы сэкономить: болезни домашних животных обходятся нам с вами в 20% стоимости продуктов!

Генный доктор Айболит

Мы платим не только за мясо или яйца, но и за прививки, лекарства, профилактическое скармливание животным лошадиных доз антибиотиков (что совсем не полезно для потребителей), за работу ветеринаров и за потери от падежа и профилактического забоя здоровых животных.

О птичьем гриппе вы наверняка хоть что-то знаете. Неизвестно, случится ли когда-нибудь пандемия курино-человеческого гриппа-мутанта, которой нам давно угрожают эпидемиологи, но потери птицеводов всего мира от птичьего гриппа – цифра со страшным количеством нулей. Осенью 2005 ученые из Кембриджского университета и Рослинского института (того самого, где родилась Долли), начали выводить «гриппостойкую» породу кур. Для этого они собираются ввести в ДНК птиц фрагменты ДНК оболочки вируса. Если все пройдет удачно, вирус, наткнувшись на собственную ДНК в оболочке клетки, не сумеет проникнуть в нее.

Потери от мастита (воспаления вымени) у коров только в США составляют более двух миллиардов долларов в год. Включая то, что в четверти случаев болезнь не поддается лечению и животных приходится забивать – и не считая того, что мастит часто протекает в слабо выраженной форме, а от зараженного молока могут заболеть люди. Самая частая причина мастита – золотистый стафилококк. А его близкий родственник, Staphylococcus simulans, продуцирует антибиотик лизостафин, против которого S. aureus бессилен. Весной 2005 группа ученых из нескольких американских фирм и исследовательских центров под руководством Роберта Уолла опубликовала результаты своих многолетних трудов: им удалось вырастить троих коров, в вымени которых синтезируется лизостафин. Действует он на работу одной из ферментных систем, которая существует только у золотистого стафилококка, так что две другие из главных причин мастита – обычная кишечная палочка и микроб по имени Streptococcus uberis – могут вызвать мастит у лизостафиновых коров. Но эти бактерии намного лучше поддаются лечению антибиотиками, да и на них можно со временем найти подходящий ген.

Устойчивость к заболеваниям – одно из основных направлений работы генных инженеров с сельскохозяйственными животными. Например, все попытки создать вакцину от вируса лейкоза, которым заражены около 20% коров, в мире закончились неудачей. Устойчивых к этому вирусу кроликов уже вывели, так что не болеющих лейкозом коров можно ожидать через несколько лет. Ведутся работы по созданию свиней, устойчивых к гриппу, овец, устойчивых к овечьей вертячке, коров, не содержащих опасных для человека прионов, и даже креветок, устойчивых к своим креветочьим болезням. И техасская фирма ViaGen, которая держит их в экспериментальном садке, и морские «фермеры» (а разведение креветок – прибыльный бизнес, особенно распространенный на Тихоокеанском побережье США) ждут только разрешения многочисленных комитетов. Как и все остальные разработчики трансгенных животных и многие фермеры.

Вы любите ли сыр?

Больше всего (раз в десять больше, чем в женском) в коровьем молоке содержится казеинов – сходных по свойствам белков. Для производства сыра важнее всего каппа-казеин, причем лучше всего сыр получается из молока коров с определенными вариантами генов, кодирующих этот белок – с одной из примерно двух дюжин возможных форм каппа-казеина, отличающихся друг от друга одной-двумя аминокислотами. Проект «Чеддер» – работы по созданию специальных «сырных» пород коров – английские ученые начали в середине 1990-х.

Для изготовления сыра необходим животный фермент реннин, или химозин, который содержится в сычуге (четвертом отделе желудка) телят, ягнят и других жвачных животных, пока они питаются молоком. Этот фермент в кислой среде (в желудочном соке или в сквашенном молоке) разделяет молоко на творожистую массу, в которой содержится большая часть белков и жиров, и сыворотку, в которой остается вода, большая часть лактозы и немного белков.

Сушеный порошок из слизистой оболочки желудка грудных телят с середины прошлого века начали заменять протеиназами, полученными из плесневых грибов рода Mucor. В 1980-х ген, кодирующий натуральный животный химозин, встроили в любимый объект микробиологов и генных инженеров – кишечную палочку Escherichia coli. Сейчас желудками телят и козлят пользуются только там, где сохранилось натуральное хозяйство и сыр продолжают готовить в домашних условиях. Но и генноинженерному химозину подрастает смена.

Ген, кодирующий химозин, в клетках вымени тоже есть – только он, как и множество не нужных в данной ткани генов, заблокирован, а разблокировать такие гены – задача слишком сложная. Проще вставить новый. Первые в мире овцы с коровьим химозином в вымени родились в 1995 – во Всероссийском НИИ животноводства. При скисании молока их пра-пра-правнучек творожный сгусток образуется сам собой, а дальше сыр можно делать по любой из традиционных технологий. Правда, съедать его приходится самим сотрудникам института.

Нокаутированные мыши

Генная инженерия млекопитающих – очень сложное дело еще и потому, что из нескольких тысяч обработанных яйцеклеток зародыши развиваются всего из нескольких сотен, из них половина не приживается в матке, из оставшихся эмбрионов большая часть гибнет на разных стадиях беременности… В общем, в грамм добыча – в год труды. А если у единственного теленка, родившегося от целого стада коров, получивших трансгенных зародышей, трансген встроится не туда или не станет работать по любой из десятков причин – всю работу придется начинать сначала.

Относительно легко манипулировать с генами можно на культурах эмбриональных клеток: в одной пробирке их помещается несколько миллионов, отбор удачных делается на автоматизированных проточных флуориметрах, и так далее. В результате трудоемкость получения трансгенного животного уменьшается в тысячи раз.

Мышиные эмбриональные клетки получены полвека назад, человеческие – в 1998, обезьяньи – в 2004, а с остальными животными пока ничего не получается. В результате большинство чудес генной инженерии животных сделаны именно в опытах на мышах. Нокаутируем (отключаем) нужный ген – и получаем мышей с болезнью, вызванной нарушением работы соответствующего фермента. Вставляем другой ген – и мыши вырастают в два раза крупнее, или в два раза умнее, или живут в полтора раза дольше обычных… Если вам захочется получить синюю мышку с рогами – звоните в одну из множества специализированных фирм. Скорее всего, за N миллионов у.е. и за пару лет они сделают первую пару прародителей будущей чистой линии.

А в животноводстве настоящие чудеса начнутся, когда ученые сумеют получить линии эмбриональных клеток коров, овец, кур и других вкусных и полезных животных. Надеюсь, что скоро.

Еда – это не главное

В литре коровьего молока содержится идеальная для роста костей пропорция фосфора и кальция. Питательных веществ в нем в 3-5 раз больше, чем в женском: по 30-35 граммов белков и жиров и 50 г сахара – лактозы.

У многих взрослых людей фермент лактаза не вырабатывается, и от молока в кишках у них начинается брожение (как микробиологическое, так и в переносном смысле). Нокаутировать (отключить) в коровьем геноме один из генов, отвечающих за синтез лактозы, или добиться мутации, делающей фермент неактивным – дело недалекого будущего.

У многих детей молочные смеси на основе коровьего молока вызывают аллергию из-за бета-лактоглобулина: в женском молоке этого белка почти нет. Нокаутировать у коровы или козы нужный ген или модифицировать его так, чтобы белок перестал быть аллергенным – тоже фантастика самого ближнего прицела.

В коровьем молоке по сравнению с человеческим в десятки раз меньше лактоферрина, поэтому в молочные смеси для «искусственников» приходится добавлять соединения железа – хотя железо в лактоферрине совсем не самое важное.

Народный метод лечения насморка и простуды закапыванием в нос грудного молока не лишен оснований. В человеческом молоке содержится в 3000 раз больше, чем в коровьем, лизоцима, который разрушает стенки бактерий лучше любого антибиотика. А лактоферрин – это вообще кладезь биологически активных свойств. Он убивает микробов и грибков, стимулирует действие фагоцитов, натуральных киллеров (это такие лимфоциты, а не то, что вы подумали) и цитолитических (растворяющих чужеродные клетки) Т-лимфоцитов, ослабляет воспалительные процессы и усиливает противовирусную активность системы иммунитета – и много что еще, в том числе подавляет рост раковых опухолей и метастазов.

Лактоферрин, выделенный из коровьего молока, продают примерно по $2000 за грамм. Из женского – немного дороже: и из-за большей цены исходного сырья, и потому, что человеческий лактоферрин активнее коровьего. Зато дети-«искусственники» в 10 раз реже болеют гастроэнтеритом, если получают каплю раствора лактоферрина в день.

В литре молока обычной коровы содержится 0,02 г лактоферрина. В литре молока многосисечного (то есть, извините, многотысячного) стада корпорации Gene Farm – 1 грамм человеческого лактоферрина. Все они – потомки быка по кличке Герман, который родился в 1990 году в Голландии, и его менее знаменитых (потому что уже не первых) братьев и сестер.

В 1996 году такой же бык родился в Южной Корее, и корейское лактоферриновое стадо понемногу растет. А осенью 2005 началась реализация программы «БелРосТрансген»: специалисты Института животноводства Национальной академии наук Беларуси и Института биологии гена РАН ввели ста козам яйцеклетки с геном человеческого лактоферрина, и в мае 2006 собираются принимать роды. Правда, уже сейчас они плачут о том, что на селекционную работу и получение полноценного стада денег нет и пока не предвидится…

Рогатые и пернатые биореакторы

«Фарминг» – это фармакологическая фабрика на ферме. Эпителий вымени можно заставить синтезировать любой белок.

В год человечество потребляет 100 кг так называемого белка C, который предотвращает образование тромбов и необходим при инфаркте, инсульте, тромбофлебите и т.д. Ухоженная корова дает в год 10 тонн молока. Если концентрация белка C в нем будет всего 2 г/л, а эффективность очистки – 50%, то десяток коров обеспечат этим лекарством всех нуждающихся. А полученный из молока трансгенных коз препарат антитромбин-3 американской фирмы Transgenics недавно закончил клинические испытания и практически готов к использованию в медицине.

Больным гемофилией, наоборот, жизненно необходимы инъекции «фактора Кристмаса» (F-9) – белка, который запускает каскадный механизм свертывания крови (по $40 000 за грамм). А еще один эффективный фактор свертывания крови, F-8, в пересчете на грамм обойдется в $2 900 000! Обеспечить каждым из этих белков всех гемофиликов земли может одна пара трансгенных буренок. И так далее. В мире десятки фирм занимаются созданием животных-биореакторов с генами и белками, нацеленными на излечение разных болезней.

А еще один источник полноценных белков, часть из которых можно заменить лечебными – это яйца. До недавнего времени главным недостатком пернатых биореакторов была слишком малая концентрация нужных белков – промышленное производство при этом было бы нерентабельным.

Осенью 2005 одновременно две фирмы преодолели этот барьер. Калифорнийская Origen Therapeutics получила моноклональные антитела к раку предстательной железы в количестве 1-3 мг на яйцо. К тому же противораковая активность этих антител оказалась в 10-100 раз большей, чем у антител, полученных обычным методом, с помощью химерных клеток. А британская Oxford Biomedica в сотрудничестве с американской компанией Viragen и Рослинским институтом получила в белке трансгенных яиц антитела против одного из видов рака кожи – меланомы.

Для селекции кур нужно меньше времени, чем для выведения рогатых биореакторов – коз и тем более коров. Себестоимость производства лечебных куриных белков будет невысокой: главное – создать трансгенную породу, а дальше с целой биофабрикой будет не больше хлопот, чем с обычной птицефермой. Это позволяет надеяться, что пернатые биореакторы смогут соревноваться не только с рогатыми, но и с традиционными методами получения вакцин, антител и других белков для нужд медицины.

ЗАМЕТКИ НА ПОЛЯХ

Аромат свинофермы – это не самый главный недостаток свиного навоза. Свиньи усваивают лишь небольшую часть содержащихся в растительной пище соединений фосфора, а непереваренные фосфаты загрязняют почву, реки и озера – в частности, способствуя размножению сине-зеленых водорослей. Еще в 2001 году ученые из фирмы MaRS Landing в канадской провинции Онтарио встроили в геном свиней ген фермента фитазы, выделенный из кишечной палочки – причем связали его с генами ферментов слюнных желез, так что фитаза содержится только в слюне. В результате фосфатов в навозе стало на 30% меньше.

Первую мышь, светящуюся из-за гена зеленого флуоресцентного белка (GSP) медузы, создали в 1998 г. «Чайников» светящиеся животные и растения радуют, как всё блестящее. А для профессионалов GSP – не более чем вспомогательный инструмент, позволяющий отработать методику внедрения генов в хромосомы, а при введении целевого гена – выяснить, попал ли он в нужное место.

Но если народу нравится… Тайваньская компания Taikong летом 2003 порадовала аквариумистов сияющими зеленым светом рыбками Danio rerio с поэтическим названием «Night Pearl» (Ночная Жемчужина). Еще одна модификация все той же данио светится красным: ей «подсажен» ген одного из морских кораллов. Стоят такие рыбки около $17 за штуку.


Александр Чубенко, интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/
Опубликовано в журнале «Популярная механика» № 1-2006

Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей