Применение трансгенных животных

26 Декабря в 15:42 4175 0


По применению трансгенных животных можно разделить на пять основных категорий: научные модели, модели для изучения болезней человека, источники для производства фармацевтических препаратов, источники ксенотрансплантантов и источники пищи. Большинство из обсуждаемых ниже областей коммерческого применения трансгенных животных в настоящее время находятся на ранних этапах исследований и разработки, за некоторыми исключениями. Так, с 2004 г. в зоомагазинах некоторых стран (США, Тайвань, Китай, Малайзия) продаются декоративные трансгенные рыбки, окраска которых обусловлена присутствием флуоресцентных белков из кораллов.

Важной вехой в истории применения трансгенных животных стал 2006 г., когда Европейское медицинское агентство (the European Medicines Agency (EMEA)) выдало первое разрешение на коммерческое использование первого рекомбинантного белка из молока трансгенного животного. Им стал рекомбинантный антитромбин III с коммерческим названием ATryn, который предназначен для профилактического лечения пациентов с врожденной антитромбиновой недостаточностью.

Научные модели. Сложность генома млекопитающих, длительные периоды взросления и размножения, трудности изучения большого числа индивидуальных животных с учетом варьирования признаков делают генетический анализ этих систем затруднительным. Трансгенная технология несет в себе большие возможности, в первую очередь, для фундаментальных исследований принципов функционирования геномов и отдельных генов. Например, линии нокаутных мышей, гомозиготных по направленно-инактивированным генам, позволяют изучать детерминируемые данными генами свойства на уровне организма. Регулируемые системы экспрессии трансгенов дают возможность исследовать тонкие механизмы воздействия продуктов того или иного гена на физиологию и эмбриональное развитие животных.

Модельные системы для изучения болезней человека. Используя целых животных, можно моделировать возникновение патологии, исследовать ее развитие и способы лечения. И хотя данные, полученные на трансгенных моделях, не всегда можно экстраполировать на человека в медицинских аспектах, они позволяют выявить ключевые моменты этиологии сложной болезни, ее молекулярные основы и подсказать пути лечения. В настоящее время на мышах смоделированы такие заболевания человека, как СПИД, болезнь Альцгеймера, артрит, мышечная дистрофия, гипертония, образование опухолей, нейродегенеративные нарушения, дисфункция эндокринной системы, сердечно-сосудистые заболевания и многие другие. Получена дрозофила с болезнью Паркинсона.

Источники для производства фармацевтических белков. Существующие методы получения в культурах клеток рекомбинантных человеческих протеинов для медицинских целей имеют ряд существенных недостатков и жестких законодательных ограничений. Одной из особенностей таких медицинских препаратов является их крайне высокая цена, обусловленная в том числе высокой стоимостью клеточного культивирования. Преодолевая эти ограничения, большое количество белков можно получать из молока трансгенных животных, несущих человеческие гены, ответственные за выработку определенного протеина, под контролем промоторов, специфичных для молочных желез. Предполагается, что выход может составить до 35 г белка из одного литра молока при относительно невысокой стоимости производства и очистки.

Человеческие белки, секретируемые в молоко, гликозилируются соответствующим образом и обладают активностью, близкой к нативным белкам человека. Экспрессия трансгенов в клетках молочных желез овец и коз не оказывала никаких побочных действий ни на самок в период лактации, ни на вскармливаемое потомство. В настоящее время многочисленные белки получены в больших количествах эффективной секрецией в молоко трансгенных мышей, кроликов, овец, свиней, коз и коров. Часть рекомбинантных белковых препаратов из молока трансгенных животных уже готовится к выходу на рынок (табл. 2.3). Первым препаратом из молока стал ATryn (человеческий антитромбин III), который в 2006 г. после 3-й фазы клинических испытаний был зарегистрирован как лекарство в Европейском союзе.

Таблица 2.3. Терапевтические белки из молока трансгенных животных, готовящиеся к выпуску на фармацевтический рынок
Терапевтические белки из молока трансгенных животных, готовящиеся к выпуску на фармацевтический рынок

Успешная регистрация препарата ATryn продемонстрировала правильность такого подхода к продукции терапевтических белков и облегчила путь на рынок другим рекомбинантным препаратам из молока трансгенных животных, а также стимулировала научную и коммерческую активность в данной области.

Другим источником продукции рекомбинантных белков является кровь трансгенных животных. Получены трансгенные бычки, продуцирующие биспецифичные антитела человека в своей крови. Эти антитела после очистки из сыворотки были очень стабильны и соответствующим образом стимулировали Т-клеточное уничтожение раковых клеток.

Получение трансгенных цыплят открыло возможность использовать яйца, содержащие немало запасных белков для накопления нужных рекомбинантных белков - активных компонентов лекарственных средств. В этом случае белки можно получать в больших количествах, и их производство будет дешевым, так как сырьем для этого является всего лишь птичий корм. В институте Рослин, где была клонирована Долли, разработаны 2 линии трансгенных кур с перспективой на коммерческое применение.

Одна из линий несет яйца с антителами miR24 в яичном белке, с помощью которых можно будет лечить злокачественную меланому - форму рака кожи, другая производит человеческий интерферон в-1a, который может быть использован для остановки внутриклеточного размножения вирусов. Разрешение на клинические испытания препарата против рака на основе куриных яиц уже получено. В настоящее время продолжаются работы по увеличению выхода рекомбинантных белков, как на стадии производства, так и на стадии очистки.

Чтобы обезопасить рекомбинантные продукты, руководство, разработанное в США и Европейском союзе для получения ГМ-животных, требует контролировать здоровье трансгенных животных, проверять корректность полученных трансгенных конструкций, характеризовать очищенный рекомбинантный белок, а также провести новую трансгенную линию через несколько поколений.

В России также ведутся разработки в области получения трансгенных животных для биопродукции важных белков.

Например, существует государственная программа, нацеленная на создание фармакологического производства человеческого лактоферрина путем секреции в молоко коз. Сильные антибактериальные свойства лактоферрина, содержащегося в грудном молоке, защищают новорожденных детей от инфекций, поэтому получение молока с лактоферрином в больших количествах может стать новой отраслью производства детского питания.



Трансгенные животные как источники ксенотрансплантантов для человека. Хронический дефицит человеческих органов для трансплантации вынуждает ученых искать другие альтернативные источники тканей. Только в США в базе данных United Network for Organ Sharing на 2006 г. зарегистрировано более 80 тыс. чел., нуждающихся в пересадке органов.

Решением этой проблемы могла бы быть пересадка человеку органов животных. Так, например, органы свиньи подходят человеку по своему строению, размеру и многим биохимическим показателям, но такие пересадки невозможны, так как эти органы будут немедленно отторгнуты иммунной системой пациента.

В настоящее время ряд исследовательских центров работают над выведением генетически модифицированных свиней, органы которых могут быть использованы для трансплантации. Необходимыми условиями для успешной ксенотрансплантации являются:
1) преодоление иммунологических барьеров (гистосовместимость),
2) недопущение переноса патогенов от донорного животного человеку,
3) анатомическая и физиологическая совместимость донорного органа с человеческим.

С помощью соматического ядерного переноса получены животные, у которых супрессирован пока первый иммунологический барьер - реакция отторжения немедленного типа (гиперактивное отторжение). ГМ-свиньи синтезировали человеческие регуляторы комплемента (RCAs) и/или не имели генов 1,3-a-galactosyltransferase (a-gal), кодирующих фермент, ответственный за выработку на поверхности клеток свиньи углеводных антигенов, которые приводят к гиперактивному отторжению.

Первые эксперименты по пересадке свиных трансгенных почек и сердца нечеловекообразным приматам (павианы) с иммунной супрессией показали отсутствие реакции отторжения немедленного типа, но выживаемость пересаженных органов составляла всего 2-6 месяцев. Работы по получению свиней-ксенотрансплантеров с множественными трансгенами, критичными для преодоления других иммунологических барьеров, продолжаются.

Недавние исследования показали, что риск передачи человеку свиных ретровирусов чрезвычайно мал, это открывает путь для доклинических испытаний свиных ксенотрансплантантов. Кроме того, этот факт позволяет использовать свиной эндогенный ретровирус (PERV) в качестве вектора для эффективной доставки экзогенной ДНК в клетки. После селекции такие клетки могут стать родоначальниками трансгенных свиней-ксенотрансплантеров, полученных соматическим ядерным переносом. Также в рамках программы получения свиней для трансплантации несколько компаний занимаются выведением пород свиней с размерами органов, близкими к человеческим.

Следует отметить, что, несмотря на многолетние исследования, пересадка человеку органов свиньи все еще является отдаленным проектом.

Трансгенные животные, служащие источником пищи, еще очень далеки от коммерческого использования, хотя очень много различных вариантов уже создано. Например, в геном свиней удалось встроить несколько ускоряющих рост генов, которые также оказывают влияние на качество мяса, делая его более постным и нежным. Эта работа начата более 10 лет назад, однако в силу определенных негативных морфологических и физиологических изменений, наблюдавшихся у животных, этот вариант не был коммерциализован. Скорее всего, негативные изменения в данных трансгенных свиньях были обусловлены несовершенством использованной генетической конструкции, так что работы в этом направлении продолжаются.

Предложено также большое количество модификаций молока крупного рогатого скота, заключающихся в добавлении новых белков либо в манипуляциях над эндогенными протеинами. Например, были созданы животные, продуцирующие молоко для детского питания, по своему составу максимально приближенное к материнскому молоку человека. Другой пример -недавно ученые из Новой Зеландии получили коров с повышенным содержанием в молоке казеина.

Использование такого молока должно повысить продуктивность сыроваренного производства. Еще несколько групп исследователей работают над снижением содержания в молоке лактозы. Конечной целью является создание молока, пригодного для употребления в пищу людьми с лактозной непереносимостью.

Пока ближе всех на пути к коммерциализации находятся фитазные трансгенные свиньи (экосвиньи, enviropigs), целью создания которых было резкое уменьшение навозного загрязнения окружающей среды. Эта линия несет ген бактериальной фитазы под транскрипционным контролем тканеспецифичного промотора слюнных желез.

Секретируемая рекомбинантная фитаза позволяет свиньям расщеплять растительные фитаты (инозитол гексафосфат, ИГФ - наиболее распространенная нерастворимая форма органического фосфора почвы), что уменьшает выход загрязняющих окружающую среду фекальных токсичных соединений фосфора (до 75 %). Ожидается выход этих свиней на рынок в следующие несколько лет.

С учетом предполагаемого повышения потребности в рыбопродуктах ГМ-рыба может приобрести большое значение как продукт питания. Наиболее вероятно, что первым ГМ-животным на продовольственном рынке станет быстрорастущая семга (Salmo salar), в геном которой встроен ген гормона роста чавычи (Oncorhynchus tschawytscha). Такая семга растет в 3-4 раза быстрее нетрансгенных аналогов, что значительно уменьшает время выращивания. Еще, по крайней мере, 8 искусственно выращиваемых видов рыбы генетически модифицированы с целью ускорения роста. Ген гормона роста в порядке опыта встроили в геномы таких рыб, как белый амур, радужная форель, тиляпия и сом. Во всех случаях трансгены выделяли из геномов рыб других видов.

Трансгенные домашние любимцы. Пока что самым успешным случаем коммерциализации трансгенных животных можно считать декоративных рыбок. Трансгенная аквариумная рисовая рыбка Oryzias latipes, яркая зеленая окраска которой обусловлена встроенным геном зеленого флуоресцентного белка из медуз, продвигается на рынок тайваньской компанией Taikong.

Под торговой маркой GloFish в США продаются (5 дол./шт.) разноцветные рыбки-зебры Danio rerio, окрашенные флуоресцентными белками кораллов. При соответствующем освещении красные, зеленые и желтые рыбки начинают ярко флуоресцировать, хотя природная окраска D. rerio скромного серого цвета. В Европе, Канаде и Австралии трансгенные рыбки запрещены, видимо, вследствие общих предубеждений против трансгенных животных. Дискуссии сторонников и противников трансгенных животных продолжаются.

Н.А. Воинов, Т.Г. Волова
Похожие статьи
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы