Современная фундаментальная наука достигла больших успехов. Результаты исследований в области генной и клеточной инженерии дали в руки специалистам новые эффективные инструменты, позволяющие влиять на наследственность животных.
Содержание статьи
Применение биотехнологий в животноводстве помогает в решении многих задач по улучшению генотипа сельскохозяйственного поголовья.
Технологии генной инженерии
Основные разделы биотехнологии представлены клеточной и генной инженериями.
Методики генной инженерии лучше всего проработаны на микроорганизмах. Существуют способы, которые позволяют целенаправленно изменять их генотип.
Главным отличием этого процесса от мутаций является то, что такие изменения поддаются планированию.
Для этого необходимо выделить из генома определенные виды генов одних животных и встроить их в цепочку генов других. К примеру, ученым уже удалось встроить в геном мыши гормон роста крысы (ген саматотропин), результатом чего стали резкое увеличение темпа роста реципиентов и повысился их конечный живой вес.
Важнейшее значение имеет возможность встраивать в организм животного интерферона (в переводе с английского интерферон – мешать или препятствовать; это такой клеточный продукт, который возникает в них в случае заражения вирусом и задерживающий процесс развития инфекции прочими вирусами). Такая технология позволяет сформировать в организме реципиента неспецифическую сопротивляемость, так как результатом его действия является интерференция вирусов (создание препятствий развития иной инфекции), которая препятствует развитию болезней и повышает уровень резистентности организма. Это позволяет согласно намеченному заранее плану перекроить геном скота и дать ему заданные заранее свойства. Разумеется, что достижение подобных результатов существующими традиционными методами заняло бы очень много времени (в течение многих поколений скота).
Также огромную важность имеет разработка и создание методик для извлечения яйцеклеток из яичников коров-доноров, с целью последующего культивирования, оплодотворения вне организма животного (in vitro) созревших ооцитов с дальнейшим их ранним развитием, а затем – пересадка (трансплантация) коровам-реципиентам. При этом все манипуляции генно-инженерного характера требуют высокой точности, так как ведутся еще на фазе зиготы.
Уже мало кто сомневается, что в ближайшем будущем с помощью генной инженерии появятся новые виды крупного рогатого скота, которые будут обладать целым рядом уникальных свойств.
В области культивирования in vitro соматических клеток животных накоплен большой положительный опыт, созданы и опробованы на практике методики хранения клеток в течение длительного времени (при низких температурах).
Активно ведутся исследования и в области культивирования генеративных клеток организма.
Все большую и большую значимость приобретает метод, дающий возможность агрегации ранних эмбрионов.
Два целых эмбриона от разных родителей объединяют и получают животных, в геноме которых присутствуют качества, которыми обладали сразу четыре родителя. Такие животные называются химеры.
Уже на данный момент ученым удалось получить как межвидовых химер (овца-коза), так и межпородных. В Федеративной Республике Германия путем соединения двух половинок эмбрионов от животных разных пород получили новую особь. В нашей стране также есть примеры получения химерного скота.
Идентификация половых хромосом, которые получают с помощью биопсии эмбриона на ранней стадии, позволяет уже тогда определить пол будущего животного. Эта методика уже сейчас применяется на скоте. Трансплантация сразу двух эмбрионов позволяет гарантированно избежать бесплодия телок (фримартинизм). Также прорабатывается возможность создания хранилища эмбрионов с определенным заранее полом для более рационального использования животноводческих генетических ресурсов.
Трансплантация эмбрионов в животноводстве. Селекция КРС
В скотоводстве современная селекционная система основывается на следующих принципах:
- точная генетическая оценка животных;
- крупномасштабное использование ценных с генетической точки зрения быков-производителей с использованием искусственного осеменения.
Однако стоит сказать, что пока процент полученных быков-производителей с сильно выраженными улучшающими породу эффектами относительно невысок.
Применение традиционных методов воспроизводства и разведения скота позволяет получать от каждой коровы в среднем от 4-х до 6-ти телят (поровну бычков и телок), вследствие чего возможность размножения ценных с генетической точки зрения маток сильно ограничена.
Целью трансплантации эмбрионов на ранних стадиях развития является ускорение процессов размножения ценных коров-доноров и их потомков.
Для этого, соблюдая определенную систему, in vitro оплодотворяют яйцеклетки и вымывают зиготы (эмбрионов на 7-8 день), которые затем пересаживаются коровам-реципиентам. От одного донора можно получить от 10 до 20 эмбрионов в год. Их можно заморозить и в нужный момент осуществить пересадку. Сама методика пересадки уже хорошо отработана на практике и позволяет ускорить темпы селекции КРС в десять, а то и 20 раз.
При помощи трансплантации эмбрионов можно не только проводить селекционную работу, но и бороться с различными инфекциями (лейкоз, бруцеллез).
У заболевших коров здоровая, не беременная матка подавляет размножение болезнетворных бактерий, что дает возможность получать здоровой молодняк даже от инфицированных коров.
С помощью методов трансплантации можно также спасти от вымирания и редкие виды пород животных путем пересадки эмбрионов от животных, находящихся на грани исчезновения, реципиентам других пород.
Таким образом, к примеру, в Австралии была спасена ангорская порода овец.
Получение идентичных близнецов или клонирование из соматических клеток
В США, применяя методы микрохирургии, научились получать клетки из внутренней части плаценты. Каждое соматическое ядро трансплантируется прямиком в яйцеклетку, из которой предварительно удаляется собственное ядро. В этом случае из яйцеклеток получаются близнецы, идентичные донору соматических клеток.
Перспективы развития биотехнологий в животноводстве
Применение биотехнологий и селекция в крупных масштабах в скотоводстве пока находятся на этапе становления, однако повышение эффективности их освоения даст возможность резко увеличить продуктивность КРС. Это быстро, надежно и выгодно.
Практически любое стадо (любого размера и породы) с помощью биотехнологий за 3–5 лет можно превратить в мясо-молочное предприятие самого современного уровня.
Преимущества трансплантации эмбрионов при селекционной работе с конкретным поголовьем проявляются наиболее эффективно, если в комплексе с этой методикой применять мясной откорм и голштинизацию. С этой целью самую малопроизводительную часть дойного стада, которую впору выбраковывать, покрывают быками-производителями мясной породы. Телок, полученные от непродуктивных по удоям коров, можно использовать в качестве «суррогатных» матерей, которым пересаживают лучшие донорские эмбрионы от отечественных и зарубежных производителей. В среднем от таких телок можно за год получить от 30 до 35 яйцеклеток. Из всех пересаженных зародышей приживается примерно половина.
Сегодня приобрести эмбрионы можно на рынках большого количества стран мира, причем безо всяких ограничений ветеринарного характера.
Можно подобрать выбрать голштинскую породу по цвету масти (красно- или черно-пестрая, в зависимости от ориентированности для северного, центрального или южного региона страны). Если нужна мясная порода – тут тоже выбор широк: лимузин, шароле, герефорд, абердин-ангус и так далее.
Для целей элитарного и элитного скотоводства племенное поголовье молодняка лучше всего покупать на исторической родине, то есть на рынках тех стран, где он был выведен. Быстрые успехи по голштинизации некоторых стран (Голландия, Венгрия, Дания, Германия) не гарантируют крепкий породный типом сложения и, в большинстве случаев, по этому показателю уступают государствам-родоначальникам. К примеру, рост голштина из Европы в холке значительно меньше канадского, как, впрочем, и удой.
Состояние сферы трансплантации эмбрионов в российском и зарубежном скотоводстве
В период с 1980-го по 1991-ый годы в России эффективность и объемы ежегодных трансплантаций эмбрионов достигли 8 тысяч пересадок (среднеевропейский уровень). Однако полноценного биотехнологического «вливания» генетического материала мирового уровня в молочное поголовье России так не произошло.
В итоге осталась «трансплантация для трансплантации», которая не имеет широкого практического применения и плохо финансируется.
Во многих странах постсоветского пространства практическая трансплантация эмбрионов исчезла из-за отсутствия элитного племенного генофонда, общего падения уровня благосостояния крестьянских хозяйств и отсутствия государственного интереса к достижениям биотехнологий в области скотоводства.
В настоящее время в нашей стране есть всего три бригады зарегистрированных эмбриологов, которые осуществляют в год 200 трансплантаций, в среднем извлекая эмбрионы у двух коров в месяц. Для сравнения скажем, что, например, во Франции таких групп 30, и за год они проводят более 30 тысяч трансплантаций эмбрионов, получая эмбрионы у 460 коров-доноров каждый месяц. Эти же цифры в североамериканских странах (Канаде и США) превышают сотни тысяч ежегодно.
Информации о состоянии дел в области трансплантаций эмбрионов по другим странам Содружества Независимых Государств просто нет. Видимо, Министерства сельского хозяйства этих государств просто стыдятся оглашать свои «достижения» в этой сфере. Неужели все так плохо в области биотехнологий для воспроизводства племенного поголовья у нас и наших соседей? Может, применение интенсивных скотоводческих технологий нам просто не под силу?
Межгосударственной координацией научных исследований в сфере получения и пересадок эмбрионов, а также пропагандированием современных методик и обменом опытом занимается Международное общество по трансплантации эмбрионов, в которое входят 900 действительных членов из 33-х государств мира.
В период с 1980-го по 1991 годы, во время становления советской отрасли по трансплантации эмбрионов КРС, была поставлена цель – выйти на передовой мировой уровень в сфере прогрессивных биотехнологий воспроизвожства племенного поголовья скота, причем при производстве эмбрионов нередко использовались матки-доноры из выбракованного коровьего поголовья среднего уровня продуктивности.
Свои национальные ассоциации по трансплантации в скотоводстве есть во всех передовых странах, включая Японию, Канаду, Германию, США, Францию и Италию. Данные, предоставленные Международным обществом по трансплантации эмбрионов (IETS), говорят о том, что еще в 2002 году в мире было проведено 538 312 успешных трансплантаций эмбрионов КРС (это только официально зарегистрированных), из числа которых 15 процентов (83 329) эмбрионов было оплодотворено методом in vitro. Больше всего трансплантаций повели в Северной Америке – 35 процентов от общего количества мировых трансплантаций. На долю Южной Америки пришлось 22 процента, на страны Европы и Азии – по 17 процентов. Доля Океании составила 6 процентов, а Африки – 3. Около 48 процентов эмбрионов были пересажены в виде свежеполученных, остальные 52 процента – после предварительной заморозки.
Сегодня в мире для увеличения поголовья мясных пород КРС трансплантация эмбрионов применяется очень широко. Приведем некоторые цифры: в США доля пересадок эмбрионов мясных пород скота составляет 58 процентов, в Мексике – 90 процентов, в Аргентине – 87 процентов, в Бразилии – 86 процентов, в Японии – 84 процента от общего числа трансплантаций эмбрионов в этих странах.
Величина канадских запасов эмбриогенетического материала достигает более 65 тысяч замороженных эмбрионов. Стоит сказать, что по их экспорту Канада находится на первом месте в мире. Например, в 2002 году на экспорт ушли 13 664 эмбриона, из которых 33 процента – эмбрионы мясных пород. Канада также является мировым лидером по количеству трансплантированных эмбрионов с известным заранее полом (4762 ТЭ). Ее доля в мировом количестве пересадок методом in vitro составляет 18 процентов (14 596 ТЭ).
В 23-х странах Европы на начало двадцать первого века средний уровень учтенного производства эмбрионов высокого качества превысил 100 тысяч в год. Из этого количества около 40 тысяч трансплантируются свежими, а 50 тысяч — после заморозки.
Конечно, не все европейские страны могут похвастаться достаточным уровнем применения трансплантаций. В некоторых странах такая работа только налаживается (например, в Словакии, Португалии, Норвегии, Греции). Но даже в тех странах, где показатели активности в этой сфере нулевые (например, Литва), признается необходимость и эффективность применения таких биотехнологий.
Экономические показатели производства и трансплантации эмбрионов
Себестоимость одного эмбриона напрямую зависит от того, сколько их получают за один успешный эмбриосбор (обычно от 7-ми до 12-ти). Поэтому, например, в США эта цена колеблется от 52-х до 101-го доллара за один качественный эмбрион. Себестоимость стельности при этом получается от 86-ти до 169-ти долларов. Извлечение эмбрионов и сама их трансплантация из расчета 7–12 штук будет стоить владельцу коровы-донора от 470-ти до 960-ти долларов, из которых в 60 долларов обойдется двухразовое осеменение, от 200-т до 300-т долларов будет стоить вымывание эмбрионов (вместе с суперовуляцией), в 210-ть – 600 долларов встанет криоконсервирование (от 30 до 50 долларов за один зародыш) и, наконец, сама трансплантация – от 75 до 95 долларов.
В себестоимость полученного таким методом теленка (от 528 до 902 долларов), кроме стоимости эмбрионов, включаются расходы на содержание коров-реципиентов (от 400 до 650 долларов) с учетом обычного процента приживляемости в районе 60. Затраты на подращивание молодняка до продажи (от 650-ти до 900-т долларов) доводят его цену до одной тысячи долларов.
Сказать, что это дешево, конечно нельзя, однако покупка молодняка племенной породы в живом виде все равно обходится в два, а то и в три раза дороже.
Так как к цене такого теленка добавляются так называемые «биотехнологические» преференции, существующие в некоторых странах. Ну, а если взять проблемы транспортировки – либо живой скот, либо невесомые зародыши – выбор становится очевиден. Кроме того, транспортировка зародышей практически исключает риск инфекционного заражения.
Себестоимость одного зародыша в зарубежных странах-производителях колеблется от 90-та до 170 долларов, в условиях нашей страны – вдвое дешевле. Однако себестоимость отечественного эмбриона не может быть менее 50 долларов, так как это приведет к ухудшению качества сбора эмбрионов вследствие экономии на одноразовых инструментах, гонадотропинах, на оплате труда квалифицированных специалистов труда и так далее.
Рыночная стоимость зародыша устанавливается хозяином донора и зависит от селекционных достоинств быка или коровы. Эта надбавка за генетику может во много раз быть больше себестоимости эмбриона. К примеру. в странах с развитой отраслью животноводческих биотехнологий рыночная цена замороженных эмбрионов может колебаться от 150-ти до 2 000 долларов – за молочные породы, и от 100-а до 500-т долларов – за мясные. При этом гарантированная приживляемость находится на уровне 50-ти процентов.
При подобной рентабельности для хозяина коровы или быка уникальной продуктивности, при условии, что они зарегистрированы в определенной породной ассоциации, продажа зародышей может быть очень прибыльным бизнесом.
Именно поэтому для собственного производства эмбрионов очень важно, чтобы коровы-доноры сами обладали высокими племенными качествами. Для их получения придется вложить немалые средства для импорта довольно дорогих эмбрионов. Затем телок, появившихся на свет после трансплантации этих зародышей в дальнейшем снова необходимо использовать для воспроизводства, а с быками нужно принимать участие в национальных оценочных программах по качеству производителей.
Специалисты подсчитали, что эффект от трансплантации эмбрионов в плане селекции будет хорошо заметен, если с помощью этого метода обновлять не меньше одного процента стада в год. Для крупных скотоводческих предприятий, на которые и нужно делать ставку, это означает не менее 10 тысяч трансплантаций в год. При таком объеме закупок импортных зародышей затрещит по швам любой сельскохозяйственный бюджет. Поэтому самый разумный выход – это выращивание не менее 500-та голов своих коров-доноров.
Источник: https://goferma.ru/zhivotnovodstvo/obshhie-dannye/transplantatsiya-embrionov-v-zhivotnovodstve.html