Transzgénikus állatok előállítása A biotechnológia alapjai Pomázi Andrea
Mezőgazdasági biotechnológia A gazdasági állatok és növények nemesítése új biotechnológiai eljárások felhasználásával. Cél: jobb minőségű, jobban eltartható, kevesebb kemikália felhasználásával termelt élelmiszer. Egészségügyi kiadások és környezeti terhelés csökkentése
Egyéb kihívások, célok az állatbiotechnológia terén Humán gyógyászat Pharming for Farmaceuticals (gyógyhatású fehérjék termeltetése állatokkal) Xenotranszplantáció (emberi szervdonorok) Humán betegségek vizsgálata állati modellszervezetben Biodiverzitás megőrzése Veszélyeztetett állatfajok
Állati biotechnológia Területei: Szaporítás új módszerei Asszisztált reprodukció mesterséges termékenyítés hímivarsejt-mélyhűtés (-196 o C) Új embriológiai eljárások embrióátültetés és mélyhűtés (szuperovuláció) In vitro embrió előállítás (petesejt érlelés, termékenyítés és embrió tenyésztés) embrió manipulációk (egyedek klónozása) Transzgénikus állatok előállítása
Állatok klónozása Genetikailag azonos másolat (genetikai kópia) létrehozása Egyed klónozása (teljes egyed kópiája): A szülő és az utód teljes genomja megegyezik Embriódarabolás Sejtmagátültetés Génklónozás (egy adott gén kópiái) Egy kiválasztott gén, vagy DNS fragmentum másolatának, vagy másolatainak beépítése egy befogadó (recipiens) szervezetbe. Transzgénikus állat: genomja idegen, ember által bejuttatott DNS-t tartalmaz.
Sejtmagátültetés Átültetés injektálással Sejtmag donor: differenciálatlan (8-16 sejtes embrió) sejtekből differenciált testi sejtekből Befogadó sejt: Sejtmagjától megfosztott (enukleált) petesejt A osztódásra késztetés Vegyi, vagy elektromos behatásra a létrehozott sejt zigótaként kezd osztódni Embrió beültetés Álvemhessé tett nőstények
Sejtmag átültetés Szuperovuláltatott nőstény petesejtjeinek gyűjtése Sejtek gyűjtése és tenyésztése Sejtmag eltávolítás Injektálás Osztódásra késztetés elektromos impulzussal Beültetés a recipiensbe
Petesejt sejtmagjának eltávolítása
Sejtmag injektálása
Dolly (1997) Differenciált szöveti sejtek Sejtkultúra létrehozása Enukleálás Embriókultúra Fúzió Embrió beültetés Dolly
Transzgénikus állatok előállítása 1. Mikroinjektálás (megtermékenyített petesejtbe juttatják a DNS-t) 2. Embrionális őssejtek genetikai módosítása 3. Genetikailag módosított testi sejtek sejtmagjának átvitele
Vektorok az idegen DNS bejuttatásához Plazmidok Mesterséges kromoszómák (élesztő és emlős minikromoszóma) Nagyobb fragmentek (gén+szabályozó régió) Vírus vektorok Spermiumok (kísérleti fázis)
Az idegen DNS megnyilvánulása Minden sejtben működjék Csak bizonyos sejtekben expresszálódjon Szövet specifikus expresszió biztosítása (pl. tejelválasztó mirigyek) A beépítendő DNS darab tartalmazza azokat a szabályozó szakaszokat, amelyek felelősek a szövetspecifikus kifejeződésért
Előmag mikroinjektálása A beépíteni kívánt idegen DNS bejuttatása a megtermékenyített petesejt előmagjába (a petesejt magja és a hím ivarsejt magja még nem egyesült) Petesejtek in vitro érlelése / szuperovuláltatott nőstény petesejtjeinek gyűjtése A több száz kópiát tartalmazó DNS oldat mikroinjektálása a sejtbe A DNS fragmentek ált. több kópiában véletlenszerűen épülnek be a genomban Néhány sejtes korban embrióbeültetés az előkészített nőstényekbe Minden sejtjében transzgenikus és kiméra állatok is születhetnek
Célzott génbevitel embrionális őssejtekbe Embrionális őssejtvonal létrehozása a multipotens őssejtek szövettenyésztésével Az őssejtben a kívánt gént célzottan kicserélik és megváltozott gént hordozó sejteket hólyagcsíra stádiumú embrióba juttatják be Embrióbeültetés Kiméra utódok születése Korlátja: csak néhány fajnál alkalmazható (haszonállatoknál nem) Főleg humán betegségek modelljei (gének inaktiválása)
Embrionális őssejtek bejuttatása embrióba
A transzgenikus állatok előállításának hatékonysága Alacsony hatékonyság! Alacsony vemheselési arány Alacsony születési arány Mikroinjektálásnál alacsony hatékonyságú transzgenezis Nagyon időigényes szarvasmarhánál 100 hónap kell egy homozigóta transzgenikus állat előállításához Magas Költség
A GM állatok felhasználási lehetőségei A növekedési erély fokozása Növekedési hormon szintjének növelése De! nem a várakozásnak megfelelő eredmények Új próbálkozások sertéseknél (jobb gyarapodás, alacsonyabb zsírtartalom) Fogyasztói aggályok (szabályozható legyen a hormonszint) Bakteriális fitáz enzim sertés nyálmirigybe A növényi táplálékban lévő szerves foszfor hasznosíthatóvá válik Környezet foszfor terhelése csökken
Betegségellenálló fajták előállítása Jelentősége: visszaszoríthatja a gyógyszerek (pl. antibiotikumok), oltóanyagok alkalmazást Tejösszetétel módosítása Jelentősége: Allergén komponensek (tejcukor, ß-laktoglobulin) mennyiségének csökkentése révén allergiások is fogyaszthatják Jobb technolóiai paraméterek kialakítás, könnyebb feldolgozás (pl. к- kazein tartalom növelése) Magasabb tápérték (kazeinek Ca kötő képességének növelése)
Gyógyhatású fehérjék termeltetése Állatok bioreaktorként történő felhasználása Poszttranszlációs módosítás jó hatékonysága Sejtfeltárás nélkül kinyerhető Előny a transzgénikus baktérium és gomba sejtekkel történő fermentációhoz képest Fejlesztés és kipróbálás alatt álló termékek (példák) ß-interferon (szklerózis multiplex) Α-1-antitripszin (cisztás fibrózis)
Etika és szabályozás A transzgén nem okozhatja az állat egészségromlását, károsodását Vizsgálni kell hatásukat a természetes populációkra GM élelmiszerekkel kapcsolatos biztonsági előírások