Djurbioteknik: En introduktion till djurbioteknik

Djurbioteknik: En introduktion till djurbioteknik!

Begreppet vävnadskultur först framkom 1903 när forskare upptäckte tekniken att dela celler in vitro (i ett provrör). Ross Harrisson gjorde början av vävnadsodlingsteknik 1907 med användning av grodvävnad.

Denna teknik var inledningsvis begränsad till kallblodiga djur. Men efterföljande studier tog även de varmblodiga djuren in i sin sfär. Under årens lopp har olika vävnader använts som explanter, och vävnadsodlingsteknik har verkligen blivit ryggrad i djurbioteknik.

Användningar av djurvävnadskultur:

De moderna biotekniska verktygen har också haft ett anmärkningsvärt inflytande på djurbioteknik. Många innovativa tekniker används hela tiden runt om i världen för att förbättra boskapet. Grunden för detta tillvägagångssätt ligger i förändring på olika biokemiska och molekylära nivåer. Dessa tekniker visar sig vara mycket användbara för att utveckla sjukdomsresistenta, hälsosamma och mer produktiva djur.

Några av de områden där dessa molekylära tekniker kan visa sig användbara är:

Djuravel:

Även om traditionella avelsprogram har funnits i många år, är deras tillämpning fortfarande begränsad. De är inte särskilt specifika, eftersom konventionell avel skulle resultera i ett kors mellan två djur där många gener kan överföras samtidigt.

Här kan vissa gener vara användbara medan andra kan vara besvärliga. Men rekombinant DNA-teknik har gjort det möjligt att odla djur med stor precision och noggrannhet. Specifika gener kan införas i ett djurembryo utan att orsaka skift i andra gener närvarande i samma djur.

En av de viktigaste tillämpningarna av denna teknik är utvecklingen av nya raser av produktiva kor som kan producera mer näringsrik mjölk. Mjölken hos en vanlig ko saknar laktoferrin, ett järnhaltigt protein, vilket är viktigt för spädbarnsökning.

Forskare vid Gen Pharm International, Kalifornien, har nu utvecklat den transgena tjuren Herman, som har mikroinjicerats med den mänskliga genen för laktoferrin. Uppfödningen av Herman och dess avkomma kommer att visa sig vara en ny källa till näringsrik mjölk.

Vaccines:

Miljarder dollar spenderas varje år för att förbättra husdjuren och deras vård. Forskare försöker nu använda rekombinant DNA-teknik för att producera vacciner för djurbestånd. Ett extremt effektivt vaccin har redan utvecklats för svinpseudob rabies (herpesvirus). Detta vaccin tillverkades konventionellt genom att döda sjukdomstillverkande mikrober.

Detta ledde till stor risk för överlevnaden av några av dessa mikrober. Ett vanligt exempel på detta är dödlig mul- och klövsjuka (FMD). Det har förekommit många fall i Europa där användningen av MKD-vaccinet faktiskt orsakade ett sjukdomsutbrott. De moderna rekombinanta vaccinerna injiceras inte med dessa bakterier. De är sålunda säkra att använda, och innebär ingen sådan risk.

Konventionell vaccinproduktion är en kostnadseffektiv, lågvolymaffär. Men rekombinanta produktionssystem för modem har öppnat nya perspektiv på den enorma marknaden för effektiva vacciner. Rekombinanta vacciner poängerar också på deras snabba utvecklingstakt.

De konventionella vaccinerna kan ta så lång tid som tjugo till trettio års forskning och experimentera innan de är klara att använda. Detta har orsakat en brist på viktiga vacciner. Modemvaccinerna är klara i en mycket kortare tidsperiod. Dessutom är dessa vacciner aktiva även vid rumstemperatur. Deras rörelse och lagring blir sålunda mycket lättare.

Förbättrad djurfoder:

Djurfoder är en annan viktig fråga som kan lösas genom biotekniska verktyg. Vi har sett hur vissa bakterier har använts effektivt för att överskatta proteiner för medicinska tillämpningar. På liknande sätt kan animaliska proteiner som somatotropiner överuttryckas i bakterier och genereras i större kvantiteter för kommersiella ändamål.

Att ge små mängder av dessa proteiner till djur som får och kor har redan visat en ökning av djurets foderomvandlingseffektivitet. Bioteknisk manipulation kan bidra till att generera Porcine Somatotropin (PST), som inte bara förbättrar foder effektiviteten hos svin med femton till tjugo procent, men har också viktiga fördelar för människors hälsa system. PST hjälper också till att minska fettbeloppet.

Ett annat tillväxthormon - Bovine Somatotropin (BST) ges till mjölkkor för att förbättra mjölkproduktionen med upp till 20 procent. Denna hormonella behandling ökar djurets foderintag och ökar också mjölken till matningsförhållandet med fem till femton procent.

Growth Hormone Releasing Factor (GHRF) är ett annat protein som har rapporterats öka djurens fodereffektivitet. Även om detta inte är ett tillväxthormon, hjälper det djuret att öka produktionen av tillväxtproteiner (hormoner).

Den första användningen av sådan teknik följdes av rädslan för att överföra dessa hormoner till människor genom mjölk och köttprodukter. Men omfattande studier har definitivt lagt ner dessa rädslor. Test har visat att dessa proteiner inte har någon effekt på människokroppen och är därför säkra för konsumtion.

Skapa transgena djur:

Transgena får:

Dolly, fåren skapades i Skottland 1997 genom kärnteknik. Här injicerades kärnan i en "donator" bröstceller i en mottagarecell (ägg) (vars kärna hade tagits bort). Denna cell implanterades sedan till en mottaglig surrogatmamma, och den utvecklades så småningom till Dolly - "klon av givaren". Detta följdes av Pollys födelse - det transgena lammet innehållande en human gen (figur 3).

Utvecklingen av Dolly och Polly, de första klonade djuren skapade vågor över hela världen. Denna prestation är verkligen betydelsefull, eftersom den inte bara markerar en stor vetenskaplig prestation utan också banar vägen för genereringen av många andra klonade djur som bär värdefulla humana proteiner.

Transgena get:

I detta fall erhölls fostrets celler från ett trettio-årigt kvinnligt getfoster. AT III-genen, en human gen som kodar för antikroppsprotein, hakades till promotorn och injicerades i kärnan hos det nyligen befruktade ägget.

Efter avlägsnande av kärnan hos den mottagande äggcellen (enukleat tillstånd) fusionerades donoräggcellen med fetala fibroblastceller som innehöll den humana genen. Därefter överfördes det klonade embryot till en mottagande kvinnlig getmamma.

Den sålunda utvecklade kvinnliga avkomman kan producera mjölk innehållande humant protein. Detta protein kan lätt extraheras från mjölken och användas för många farmaceutiska ändamål. Utvecklingen av dessa getter med mänskliga gener är en av de första tillämpningarna av kärntransferprocessen.

PPL Therapeutics, ett brittisk-baserat företag har redan utvecklat fem transgena lamm. Företagets direktör, Dr. Alan Colman säger att dessa lamm är realiseringen av visionen att producera omedelbara flokker eller besättningar som producerar höga koncentrationer av värdefulla terapeutiska proteiner mycket snabbt. Senast har grisar också klonats med hjälp av mer innovativa kloningstekniker. Dessa grisar kan vara mycket användbara för livsmedelsindustrin.

Xenotransplantation: Organtransplantation från en art till en annan

Organtransplantation, den senaste biotech feat, har visat sig vara en kostnadseffektiv behandling för hjärta, njure, lung och andra sjukdomar. Organs från arter som grisar tros vara lovande källor till givarorgan för mänskliga. Denna praxis kallas "Xenotransplantation".

Det första xenotransplantationsexperimentet genomfördes 1905, när en fransk kirurg transplanterade skivor av en kanin njure till en human patient. De första experimenten med att transplantera chimpansyra njure till människor utfördes 1963-64. En av patienterna som fick den transplanterade njuren överlevde i nio månader.

Transplanterade hjärtklaffar från grisar används vanligtvis för att behandla olika former av svåra hjärtsjukdomar. Inkapslade djurceller ses också som en lovande avenue för forskning vid behandling av diabetes. Parkinsons sjukdom och akut smärta orsakad av vissa läkemedelsbehandlingar. Vätskor och vävnader från kor har också använts för att producera läkemedel och andra hälsoprodukter i årtionden.

Det största hindret för xenotransplantation är människokroppens immunsystem mot infektion. Ibland skapar införandet av en icke-mänsklig vävnad i människokroppen en hyperaktiv avstötning, och hela kroppen kan skära av blodflödet till donerade organet. Här återfinns bioteknik för att rädda dagen. Grisar klonas nu för att producera organ, vilket kommer att erkännas av människokroppen.

Dessa grisar utvecklas genom att mikroinjicera genetiskt material från fostrets svinskinnceller till ägg, som inte hade något genetiskt material i sig. Denna metod är känd som "Honolulu Technique", eftersom det var Teruhiko Wakayama och hans grupp vid University of Honolulu (USA) som först använde denna metod för att klona möss.

Denna teknik har lett till utvecklingen av den första manliga däggdjursklonen. Denna metod är mycket gynnad eftersom det bara innefattar överföring av fosterdonatorcellen. Andra metoder, som används vid kloning av Dolly, kräver sammansmältning av hela givarcellen med det enukleerade ägget.

Xena - den klonade svarta grisen kan vara ett steg framåt i att producera organ för transplantation. Nästa steg skulle vara att modifiera genomet av denna klonade gris, så att organen erhållna från sådana djur inte kunde ge upphov till något hot om avstötning när de användes för transplantation. Det etiska dilemmet för sådana transplantationer och sannolikheten för överföring av okända sjukdomsvirus kvarstår emellertid fortfarande att hanteras.

Embryoöverföring:

Bovin embryoöverföring är en annan metod för genetisk manipulation. Den främsta fördelen med embryoöverföring är att det ökar reproduktionskapaciteten hos användbara boskap som kor och bufflar. Sådan överföring kan också minska generationsintervallet mellan urvalssteg genom att ha en stor andel avkommor av unga givare.

I vissa fall tillåter embryoöverföring även kor och bufflar som har blivit infertila på grund av sjukdom, skada eller åldrande, för att ha avkomma. Embryo transfer (ET) tekniker har också utvecklats för kameler och kalvar. Denna studie har utförts vid National Research Center on Camel på Bikaner.