Реклама генетического тестирования стала почти такой же распространенной, как реклама стирального порошка и автострахования. Всего одно-два десятилетия назад о таких объявлениях никто не слышал. Однако сегодня услуги генетического тестирования — как для животных, так и для людей — стали более многочисленными, точными, доступными по цене и удобными, чем когда-либо прежде.
«То, о чем большинство людей не знает о генетике, — это то, насколько она продвинулась в исследованиях», — говорит Криста Лафайет, генеральный директор компании Etalon Inc. из Менло-Парк, Калифорния. «Генетика — это новый смартфон. Вспомните, когда вы впервые услышали, как кто-то сказал: "Для этого есть приложение", и вы не имели ни малейшего понятия, что такое "приложение". Теперь их воспринимают как должное, и это просто общеизвестно. Именно туда движется генетика».
Первые генетические тесты для лошадей стали доступны в 1990-х годах, и в течение многих лет они использовались лишь эпизодически. Сейчас доступны десятки тестов. Большинство из них используются в племенных решениях, которые будут формировать будущие поколения лошадей, но другие дают представление о здоровье, красоте и потенциале ныне живущих лошадей. Поскольку генетические тесты становятся все более доступными по цене, роль, которую они будут играть в мире лошадей, будет расти.
Выявление наследственных заболеваний
Многие наследственные заболевания являются результатом единичных мутаций генов, которые вызывают изменения в функционировании организма. Мутация считается доминантной, если жеребенку необходимо унаследовать только одну копию дефектного гена, чтобы быть пораженным болезнью. Если мутация рецессивная, жеребенку нужно унаследовать две копии дефектного гена, по одной от каждого родителя, чтобы быть пораженным. Лошадь только с одной копией рецессивного гена является носителем — она может быть совершенно нормальной, но способной произвести пораженного жеребенка при спаривании с другим носителем. Мутация считается не полностью доминантной, если лошадь с одной копией мутировавшего гена поражена в более легкой форме, а лошадь с двумя копиями — в более серьезной.
Большинство тестов на наследственные заболевания являются породно-специфичными, и некоторые организации требуют тестирования на определенные гены перед регистрацией племенных жеребцов, чтобы ограничить распространенность определенных состояний в популяции.
Например, с 2015 года Американская ассоциация квартерхорсов (AQHA) требует, чтобы все зарегистрированные племенные жеребцы проходили панель из пяти тестов на следующие генетические заболевания:
· Дефицит ветвящего фермента гликогена (GBED) — смертельное состояние, вызванное неспособностью организма запасать гликоген, что приводит к прогрессирующей слабости и отказу органов.
· Наследственный региональный дермальный астениз лошадей (HERDA) — заболевание соединительной ткани, которое вызывает хрупкость кожи, легко рвущейся, медленно заживающей и склонной к инфекциям, так что эвтаназия часто является наиболее гуманным вариантом.
· Гиперкалиемический периодический паралич (HYPP) — характеризуется эпизодами мышечной слабости и тремора, а в тяжелых случаях — коллапсом и дыхательной или сердечной недостаточностью.
· Злокачественная гипертермия (MH) — состояние, при котором экстремальный стресс, физическая нагрузка или анестезия вызывают мышечную ригидность, лихорадку, обильное потоотделение, поверхностное дыхание и нерегулярный сердечный ритм.
· Полисахаридоз с aаккумуляцией в мышцах тип 1 (PSSM1) — вызывает аномальное накопление сахаров в мышцах, приводящее к судорогам, тремору и характерной темной моче, поскольку почки выводят продукты распада поврежденных мышц.
Примечание: хотя тестирование на PSSM1 требуется для племенных жеребцов квартеров, это заболевание было обнаружено более чем у 20 пород, включая несколько тяжелоупряжных и полукровных пород с европейскими кровными линиями, а также у американских верховых лошадей.
Кроме того, тест может определить, несут ли квартерхорсы ген синдрома нечувствительности к андрогенам, который вызывает у жеребцов женские физические черты, но он не требуется для регистрации племенных животных.
С 1 января 2018 года Американская ассоциация пейнтхорсов будет требовать от всех племенных жеребцов прохождения генетических тестов из пяти панельного профиля AQHA плюс еще одного — на синдром летального белого окраса оверо (OLWS), который может дать жеребят, рожденных почти чисто белыми и с недоразвитыми нервами в кишечном тракте, что делает невозможным переваривание пищи и выделение кала. OLWS встречается у пейнтхорсов, а также у мустангов, споттед седдлхорсов и любых других пород, которые могут демонстрировать рисунок окраса фрейм оверо.
Так же доступны многие другие тесты на породоспецифичные состояния, включая:
· Врожденная стационарная ночная слепота (CSNB) — ограниченное или отсутствующее ночное зрение, вызванное геном, связанным с леопардовым пятнистым рисунком. Леопардовые пятна наиболее известны как определяющий породу рисунок у аппалуза и американских пони, но также могут встречаться у других пород, таких как кнабструппер, норикер и некоторые испанские мустанги.
· Буллезный эпидермолиз пограничный (JEB) — провоцирует выработку белков, которые помогают коже прикрепляться к телу, что приводит к образованию пузырей, отслоению кожи и смертельным инфекциям. JEB был впервые обнаружен у бельгийских тяжеловозов (бельгийский-JEB); форма этого состояния также встречается у сэддлбредов (сэддлбред-JEB), хотя генетическая причина различна.
· Тяжелый комбинированный иммунодефицит (SCID) — продуцирует способность организма производить белые кровяные тельца, которые играют жизненно важную роль в иммунной системе, и синдром "лавандового жеребенка" (LFS) — вызывает многие неврологические признаки. Оба этих заболевания встречаются у арабских лошадей, наряду с церебеллярной абиотрофией (CA) — вызывает гибель нейронов в мозжечке, влияющих на равновесие и координацию, и иногда встречается у других пород.
· Плоскоклеточная карцинома глаза (SCC) — тип опухоли, которая появляется на краях глаз и на третьем веке у гафлингеров.
· Синдром хрупкого жеребенка теплокровных пород (WFFS) — вызывает хрупкую кожу, которая легко рвется и медленно заживает, слабые суставы, которые могут мешать стоять, и поражения во рту.
Знание генетического статуса лошади может помочь владельцу принимать более обоснованные решения по содержанию. Например, если вы знаете, что ваша лошадь восприимчива к глазной SCC, вы можете обеспечить ее защиту от солнечного воздействия с помощью маски от мух и принять другие меры предосторожности, чтобы попытаться предотвратить это состояние или, по крайней мере, выявить его на ранней стадии. Генетическое тестирование также становится обычной частью осмотра перед покупкой лошади.
Хотя владельцы лошадей могут считать генетические тесты полезными, их основными пользователями являются заводчики. Выявляя жеребцов и кобыл с одной копией рецессивных генов, связанных с определенными заболеваниями, заводчики могут избегать спаривания носителей с другими носителями, чтобы не производить пораженных жеребят.
Но это не значит, что носителей вообще нельзя использовать в разведении — во многих породах удаление всех носителей из племенного пула значительно ограничит генетическое разнообразие. «Если бы мы исключили всех лошадей, имеющих одну копию одного из пяти заболеваний панели, мы бы, вероятно, исключили 30-40% всех американских квартерхорсов, таким образом сократив генофонд», — говорит Арне де Клоет, директор Animal Genetics в Таллахасси, Флорида.
Спаривая носителей нежелательных генов только с не-носителями, заводчики могут избегать производства жеребят с рецессивными заболеваниями, сохраняя при этом другие желательные черты, которые могут быть у этих лошадей. «Animal Genetics сообщает все результаты тестов на SCID в Общество арабских лошадей», — говорит де Клоет. «Интересно, что количество носителей, которых мы видим, почти такое же, как 15 лет назад, но количество гомозиготных [лошадей с двумя копиями мутации], которых мы видим, почти равно нулю. Это говорит о том, что люди разводили лошадей правильно. Если у меня есть жеребец с одной копией SCID, я никогда не буду скрещивать его с кобылой, у которой также есть копия SCID, и у нас никогда не будет проблем. Это позволяет лошадям со многими великолепными качествами оставаться в программе разведения».
В настоящее время генетическое тестирование требуется только для племенных жеребцов квартерхорсов, но многие заводчики также предпочитают тестировать перспективных племенных кобыл этой породы. «Существует как мудрость заводчиков, так и рыночное давление, способствующие увеличению тестирования кобыл», — говорит Сесилия Пенедо, доктор философии, директор Ветеринарной генетической лаборатории Калифорнийского университета в Дэвисе.
Даже с новой информацией, которую могут предоставить генетические тесты, племенные решения все еще требуют баланса. «Некоторые мутации сохранялись для преимущества», — говорит Кэтрин Грейвс, доктор философии, директор Лаборатории генетического тестирования и исследований животных Центра Глюка в Университете Кентукки. «Мутация PSSM1 могла дать рабочим тяжеловозам превосходные способности тянуть или нести тяжелые грузы. Мутация, которая подарила нам красивый аппалузский рисунок масти, также может быть связана с ночной слепотой, но хотим ли мы мира без аппалуз? Мы должны быть осторожны, чтобы нашей первой реакцией не было устранить все мутации. Ирония заключается в том, что генетическое тестирование дает нам новые инструменты, чтобы отменить результаты нашего собственного селекционного разведения».
Масти, рисунки и происхождение
Генетический анализ касается не только здоровья. Также доступны тесты, которые дают представление о масти, рисунках и происхождении вашей лошади — чертах, которые могут показаться очевидными на первый взгляд, но взгляд на ДНК вашей лошади может осветить удивительную информацию.
Тестирование может определить, несет ли лошадь одну, две копии или не несет ни одной копии генов, необходимых для более чем дюжины мастей и рисунков. К ним относятся:
· Основные масти: гнедая, рыжая или вороная.
· Факторы осветления: пять тестируемых генов, которые модифицируют цвет основной масти. Это шампанское, кремовое, саврасость, жемчужное и серебристое.
· Рисунки: гены, которые устраняют пигмент и производят белые волосы на теле, включая доминантный белый, серый, тобиано, сплешед уайт, оверо, сабино, леопардовый и чалость.
Тесты на масти и рисунки относительно недороги, и они могут использоваться владельцами, которые просто хотят знать, какого цвета их лошади. Многие масти могут выглядеть очень похоже — например, паломино может быть трудно отличить от серебристо-серого в яблоках гнедого, — и если происхождение лошади неизвестно, единственный способ узнать — это провести генетический тест.
Однако в основном генетические тесты на масти и рисунки используются заводчиками, которые хотят иметь возможность предсказать, какие цвета могут производить их кобылы и жеребцы. Эта возможность имеет как плюсы, так и минусы, если слишком сильный акцент на мастях или рисунках перевешивает другие желательные черты.
«Здесь есть определенная опасность», — говорит Грейвс. «Мы уже видели, как это произошло в некоторых породах. Например, если в реестре строгие требования к цвету, и лошади любого другого цвета исключаются, порода рискует стать инбредной, что может повлечь за собой такие последствия, как бесплодие или увеличение распространенности других нежелательных генетических признаков».
Эти тесты более критичны в случае рисунка фрейм оверо.
Заводчикам необходимо идентифицировать лошадей, несущих эту мутацию, чтобы избежать получения жеребенка с синдромом летального белого окраса. Есть мнение, что один из генов сплешед уайт также может производить летальных белых жеребят, но эта связь не доказана.
Наконец, подтверждение происхождения лошади было одним из первоначальных применений генетического тестирования и остается одним из самых распространенных. Ряд племенных организаций требует, чтобы происхождение жеребят было подтверждено до их регистрации. Эти тесты требуют предоставления образцов волос, вырванных у жеребенка, а также у его отца и матери. Если отец не определен, то образцы могут быть представлены от всех возможных отцов.
Сравнивая наследуемые черты в ДНК, эти тесты могут подтвердить происхождение жеребенка с эффективностью более 99%; неправильный отец также может быть исключен со 100% вероятностью. «Мы сравниваем генетический профиль образца гривы или хвостового волоса, представленного в наши базы данных профилей отца и матери», — говорит Грейвс. «Мы проверяем родителей и отправляем эти отчеты в реестры». Однако эти тесты не раскрывают породу отдельной лошади.
Владельцы, желающие зарегистрировать своих лошадей, являются наиболее частыми пользователями услуг по генетическому тестированию лошадей. «Тест ДНК для проверки происхождения представляет собой наибольшее количество тестируемых образцов», — говорит Пенедо. «Большинство реестров пород лошадей теперь требуют тестирования ДНК для регистрации, что означает сотни тысяч лошадей, ежегодно тестируемых по всему миру».
Что будет дальше?
Как и многие другие технологии, генетическое тестирование становится быстрее, доступнее и дешевле. «Стоимость секвенирования всего генома лошади снижается», — говорит Грейвс. «Сегодня это можно сделать примерно за 8000–10 000 долларов. Скоро, возможно, в течение 10 лет, это будет стоить всего около 1000 долларов. В тот момент средний владелец лошади сможет секвенировать весь геном своей лошади».
Проблема, говорит Грейвс, будет заключаться в том, чтобы определить, как лучше всего использовать эту информацию. «Нам предстоит еще много работы, прежде чем мы это узнаем», — говорит она. «Нам нужно создать карты каждой породы лошадей. Это позволит нам искать желаемые рабочие качества или генетические аномалии у лошади, имеющей хронические проблемы со здоровьем».
Могут ли в будущем появиться генетически модифицированные «суперлошади»? Возможно, с помощью новой технологии под названием «редактирование генов», которую Пенедо описывает как использование «молекулярных ножниц» для вставки, удаления или замены последовательностей ДНК в лаборатории. «Я могу представить, что это будут пробовать на лошадях, но учитывая стоимость, это вряд ли станет стандартной практикой», — говорит она. Однако одно применение этой технологии, которое она предвидит, «будет заключаться в исправлении последовательности ДНК в раннем эмбрионе от ценных родителей, пораженных генетическим дефектом, при преимплантационном генетическом тестировании эмбриона. Ожидается, что дефектный ген можно будет заменить нормальным геном, и тогда "отредактированный" эмбрион можно будет имплантировать».
Тем временем количество доступных специфичных тестов — как на заболевания, так и на другие аспекты здоровья и физиологии лошади скорее всего продолжит расти по мере того, как исследователи узнают больше о генетике лошадей. «Это постоянно развивающаяся область», — говорит де Клоет. «Так же, как и с человеческой генетикой, она будет меняться и развиваться в количестве доступных тестов и в отношении того, как проводится тестирование. У нас есть программное обеспечение и вычислительные возможности, чтобы пройти и просмотреть миллиард нуклеотидов всего за пару дней».
Чтобы помочь в дальнейших исследованиях, Etalon Diagnostics предлагает несколько тестов на такие состояния, как лордоз («провисшая спина»), которые находятся на «стадии открытия» — то есть, хотя есть некоторые свидетельства генетических факторов этих состояний, результаты этих специфичных тестов еще не полностью подтверждены исследованиями.
Цель Etalon — получить обратную связь от владельцев, чтобы помочь поддержать исследования. Лафайет признает, однако, что этот подход все еще находится в стадии разработки: «Поскольку такая платформа для исследований, обеспечивающаяся связью с владельцами лошадей, никогда раньше не использовалась, то мы должны постоянно корректировать наши методы, исследования и подходы в предоставлении информации».
Спрос на генетическое тестирование уже велик и, вероятно, будет продолжать расти в ближайшие годы по мере развития технологии и появления новых тестов. Уже сейчас, говорит Лафайет, такие лаборатории, как ее, получают все возможные виды запросов от людей, которые хотят получить больше информации о своих лошадях: «Большие, маленькие, дикие и карманные пони, всех мастей, всех дисциплин. Люди хотят знать все: от цвета и здоровья до скорости и аллюра. Людям интересно говорить и узнавать больше о своих лошадях».
Тестирование рабочих качеств и темперамента
В то время как генетические тесты на заболевания, масти и происхождение могут предоставить ДНК-доказательство состояния, те, кто ищет гены, связанные с рабочими качествами, дают менее определенную информацию. То, как эти гены экспрессируются, может зависеть от тренировки, окружающей среды и других факторов.
Например, тестирование рабочих качеств, направленное в основном на чистокровных верховых, рассматривает множественные гены, чтобы попытаться предсказать скорость, выносливость и общий потенциал успеха лошади на скачках. Один фактор, который анализируют эти тесты, — это ген миостатина, который контролирует количество развиваемой мышечной массы. Другие компоненты тестов могут предсказать рост жеребенка во взрослом состоянии, а также то, будет ли он лучше выступать на грунтовых дорожках или травяных.
Тестирование аллюров выявляет мутацию в гене DMRT3, которая влияет на способность лошади выполнять аллюры. Мутация рецессивна — лошади с двумя копиями гена одинаковы у исландских лошадей, пасо фино, теннесси вокинг хорсов и других аллюрных пород. Эффекты от наличия только одной копии мутации изменяются в зависимости от породы, но эти лошади в целом выполняют боковые аллюры с меньшей скоростью и легкостью.
Однако наличие конкретного «рабочего» гена не является гарантией. В конце концов, у многих скаковых бриллиантов были единокровные братья и сестры, которые не состоялись на скачках. Время от времени лошадь со скромной родословной покоряет недостижимые высоты. ДНК — это только часть уравнения.
Другой тест, описанный его производителем как «любопытство против бдительности», анализирует мутацию, которая влияет на допаминовые рецепторы в мозге лошади. Лошади с двумя копиями рецессивного гена определяются как более любопытные — то есть более склонные проявлять интерес и приближаться к новым объектам. Лошади только с одной или без копий гена более бдительны или менее склонны исследовать свое окружение.
«Упрощенный пример этого может быть таким: лошади, которых тестируют положительно на "любопытство", могут превзойти тех, у кого его нет, скажем, в троеборье», — говорит Криста Лафайет, генеральный директор Etalon Inc., которая добавляет, что реальная полезность теста будет известна только тогда, когда владельцы начнут интерпретировать результаты. «Будет интересно посмотреть, что скажут об этом владельцы и обнаружат ли они корреляцию между любопытством/бдительностью и определенными видами активностей».
Ответы о происхождении (породности)
При всем том, что генетическое тестирование лошадей расширилось за эти годы, один тип тестов пока недоступен. «У нас еще нет теста, который мог бы сказать нам, какая порода или смесь пород присутствует в отдельной лошади», — говорит Кэтрин Грейвс, доктор философии из Центра Глюка в Университете Кентукки. «Мы были бы очень популярны, если бы могли предложить этот тест, потому что мы получаем запросы на него много раз за день».
Сложность заключается в том, что многие современные породы происходят от одного и того же исходного поголовья, и у исследователей еще собрано недостаточное количество генетических профилей отдельных лошадей разных пород, чтобы можно было их различить. «В то время как идентификация породы чистокровных лошадей делается просто, определение вклада пород у помесных лошадей — это гораздо более комплексная проблема», — говорит Сесилия Пенедо, доктор философии из Калифорнийского университета в Дэвисе. «Возможно, в ближайшем будущем это ограничение может быть преодолено за счет тщательного отбора маркеров ДНК для тестов на породный состав, чтобы они стали более информативными и аккуратными».