Ugrás a tartalomhoz

Általános állattenyésztés

Bodó Imre, Dinnyés András , Farkasné Bali Papp Ágnes, Fésüs László, Hidas András, Holló István, Horvainé Szabó Mária, Komlósi István, Kovács András, Lengyel Attila, Mihók Sándor , Nagy Nándor, Polgár J. Péter, Szabó Ferenc , Szabóné Willin Erzsébet, Tőzsér János

Mezőgazda Kiadó

A biotechnológiai módszerek gyakorlati alkalmazása

A biotechnológiai módszerek gyakorlati alkalmazása

Az új biotechnológia azáltal válik az állatnemesítés katalizátorává, hogy módszerei és elvei szerves alkotóelemeivé fejlődnek a hagyományos nemesítési programoknak. Ezzel létrejönnek az előfeltételek olyan tudományos-technikai „szintáttörések” számára, amelyek új minőségi színvonalra emelhetik és gyors fejlődési pályára irányíthatják állattenyésztésünket. Hazánk számára különösen fontos lenne, hogy a szarvasmarha állomány gyors minőségi fejlesztéséhez a kutatás korszerű biotechnológiai módszerekkel járuljon hozzá. A biotechnológiához tágabb értelemben kapcsolódó biotechnikai eljárások, mint az embrióátültetés, felezés, fagyasztás már ma is nagy gyakorlati jelentőséggel bírnak, a nemzetközi tenyészállat-kereskedelemben általánosan elfogadottá váltak. A magasabb technikai felkészültséget igénylőin vitro embrióelőállítás, magátültetéses klónozás, embriószexálás gyakorlati elterjedését technikai tényezők is korlátozzák.

A legfőbb akadályt azonban a magas fajlagos költséghez viszonyított alacsony tenyészállat érték jelenti. Bizonyos esetekben már megéri e módszerek használata, és új technikákkal, például ultrahangos petesejtkinyeréssel kombinálva az értékes genetikai anyagú „lombikborjak” előállítása napjainkban válik széles körben is gazdaságossá.

Hazánkban ennek elterjedése szintén indokolttá válhat, amennyiben a tenyészállatok genetikai értékének gyors fejlesztése, az olcsóbb mesterséges termékenyítés mellett ezt gazdaságossá teszi.

A gyakorlati felhasználás jelenlegi és jövőbeli területei közül a következőket ismertetjük részletesebben:

• nukleusznemesítési stratégia,

• heterózistenyésztés és a klónozás,

• transzgenikus haszonállatok felhasználása.

Nukleusznemesítési stratégia

A csúcsegyedeket előállító és a termelőgazdaságok integrációja igen fontos. Erre jó példa az évek óta megvalósuló „nukleusznemesítési stratégia”: Általánosságban ez a legnagyobb tenyészértékű egyedeket magába foglaló törzs- (nukleusz-, elit-)állományban a korszerű módszerek segítségével végzett tenyészértékbecslés, szelekció és célpárosítások révén előállított apa- és anyaállatok, illetve ezek spermájának és embrióinak tervszerű hasznosítása, a termelőüzemek árutermelő állományaival szoros együttműködésben. A nukleusztenyészetek a nemesítés hazai és nemzetközi integrációjának katalizátoraként működnek, állandó emelőiként a hatékony, versenyképes állatitermék-előállításnak.

Egy ilyen integrált rendszer jó alapot nyújt a MOET-eljárás (multiple ovulation andembryotransfer = szuperovulációra és embrióátültetésre alapozott tenyésztés) alkalmazására, valamint a jövőben a fentiekben részletezett új technológiák bevezetésére. A származás (célpárosítás), a sajátteljesítmény, az édes és féltestvérek termelése, valamint az ivadékvizsgálati adatok integrált elemzése teremti meg az alapját a kielégítő megbízhatóságú előszelekciónak, ily módon a fiatal embriódonorok hasznosításával lerövidíthető a generáció-intervallum, és növelhető a szelekciós haladás időegységre vetített mértéke. A legnagyobb tenyészértékű apa- és anyaállatok célpárosításából származó nőivarú egyedek már az ivarérettség elérésekor petesejteket szolgáltathatnak, amelyek ultrahangos petesejtkinyeréssel, majd in vitro termékenyítéssel is hasznosíthatók.

Becslések szerint optimálisan működtetett nukleusztenyészetekben a tejzsír- és a tejfehérje-mennyiségben mért genetikai színvonal 20 év elteltével mintegy 55%-kal múlhatja felül a hagyományos (mesterséges termékenyítésre alapozott) tenyésztési rendszerben elért színvonalat.

A nukleusztenyészetekben a szelekciós rendszerbe be lehet és kell kapcsolni a reprodukciós paramétereket, továbbá a takarmányhasznosítás és meghatározott betegség (pl. masztitisz) rezisztenciamutatóit.

Heterózistenyésztés, a klónozás előnyei és kockázata

A sejtvonalra alapozott sejtmagátültetések genetikai módosítások nélkül is új perspektívákat nyitnak, noha a jelenlegi eredmények még igen alacsony hatékonyságot tükröznek. A módszer révén várhatóan az eddigieknél lényegesen nagyobb létszámú klónok hozhatók létre, kisebb költséggel. Felnőtt egyedek szöveteit használva kiindulási alapul a létrehozott klónozott utódok neme, genotípusa, várható termelési paraméterei ismertek.

Először az állattenyésztés gyakorlatában a bizonyítottan nagy termelési értékű heterozigóta egyedek kedvezőtulajdonságai is megismételhetővé válnának (heterózistenyésztés). Egy adott környezetben csúcstermelést mutató egyedből kiindulva ehhez a környezethez leginkább illeszkedő, homogén termelőállományt lehetne létrehozni.

A nagy értékű genotípusok (pl. sajtgyártásnál előnyös „kazein tejet” termelő ún.

kappakazein genotípusú egyedek vagy transzgenikus egyedek) gyors elszaporítása válna lehetővé. A nemzetközileg keresett genotípusok elszaporításával az egyedek exportja az országnak okozott genetikai veszteség nélkül oldható meg, és génbanki megőrzésre is jut belőle. Az anyai hatások és a környezet/genotípus kölcsönhatások vizsgálatát lényegesen megbízhatóbbá és olcsóbbá teheti a klónok használata.

A tenyészértékbecslés megbízhatósága javulhat és a szükséges idő lerövidülhet (újszülött szöveteiből mintavétel klónozáshoz), valamint a nőivar genetikai értékének kiaknázása is fokozódhat.

A klónozás állattenyésztési felhasználása, különösen szarvasmarha- és sertésfajokban számos előnnyel járhat a termelési szint gyors emelése és a termékek egységes minősége terén.

A genomikai eredmények közvetlen bevezetése a tenyésztési programokba különösen fontos lehet. Ugyanakkor azonban az emberi fogyasztásra való felhasználás előtt további hatásvizsgálatok szükségesek a klónozási technológia biztonságos voltának bizonyítására, és fogyasztói elfogadtatásához. Japánban és az Egyesült Államokban e vizsgálatok megnyugtató eredményt hoztak, így engedélyezték a klónozott állatok és termékeik emberi fogyasztását. Az európai engedélyezés azonban még évekbe telhet.

Fontos kérdés a sejtmagátültetéses klónozás várható kockázata és ennek megelőzése. Hangsúlyozni szükséges, hogy nincs két teljesen egyforma iker, hiszen az ikreket embrionális fejlődésük során, illetve életük folyamán eltérő környezeti hatások érik, különböző mutációk jöhetnek létre. A sejtmagátültetéssel előállított embriók nemcsak a donorsejt genetikai anyagát tartalmazzák, hanem citoplazmájukban a recipiens petesejtek esetenként különböző mitokondriális DNS-e is megtalálható.

A klónozással nagy mennyiségben lehet elszaporítani egyes egyedek genetikai anyagát, így az állomány genetikai variabilitása drasztikusan csökkenhet. Ez az állomány alkalmazkodóképességét csökkenti és értékes gének elvesztéséhez vezethet. A homogén genotípusú állomány nemcsak termelésében, de fertőzésekre való érzékenységében is egységes, ami óriási veszteségekhez vezethet. A genetikai diverzitás csökkenése elkerülhető, amennyiben a klónozott teheneket faktoriális párosításokban különböző bikák spermájával termékenyítik. Így a beltenyésztettség minimalizálható a genetikai előrehaladás lassítása nélkül. További megoldást jelent a génbankok létrehozásának gyorsítása, különös tekintettel a petesejtek mélyhűtésére, mert ez lehetőséget nyújt a klónozás esetleges káros hatásainak kiküszöbölésére. Génmegőrzési szempontból lehetővé válna az egyedek reprodukálása ivarsejtek helyett szöveti sejtekből is, így megnyílik a lehetőség a mélyhűtött szövetekből álló génbankok létrehozására. Ez idős, terméketlen egyedek esetében, illetve veszélyeztetett fajtákban nyitna új lehetőségeket.

Veszélyeztetett fajok megmentésére is felhasználható a klónozási technológia. A közelmúltban született klónozott gaur borjú szarvasmarha recipiens petesejtek és recipiens tehén felhasználásával „készült”, ezzel demonstrálva a fajok közötti magátültetésben rejlő lehetőségeket. További kutatások szükségesek a fajok közötti klónozás lehetőségeinek jobb megismeréséhez, valamint a gén/sejt és élőhely megőrzési programok összehangolására.

A gyorsan fejlődő testi sejtes klónozási területen nehéz pontos előrejelzéseket adni, mivel a technikai haladás folyamatosan nyitja meg az új alkalmazási lehetőségeket. Wilmut a történelmi helyzetet ahhoz hasonlítja, mint amikor a mesterséges termékenyítést szarvasmarhában a nemi úton átvitt betegségek megelőzésére kívánták felhasználni, a genetikai lehetőségek felismerése nélkül. Napjaink állattenyésztése elképzelhetetlen a mesterséges termékenyítés nélkül, és ez igaz lehet a jövőben az embriómanipulációs módszerekre is.

A módszer újdonsága miatt még számos kérdés vár tisztázásra, különösen a felhasználható sejtvonalak típusa, a genetikai újraprogramozás és „bevésődés” (imprinting), a különböző eredetű mitokondriumok keveredése, valamint a donor egyed életkorának genomra gyakorolt hatásával kapcsolatban. A fajok közötti különbségek meglepően nagyok lehetnek. Ezt demonstrálja a kromoszómákon található ún. telomer szakaszok rövidülése klónozást követően: juhban („Dolly-ban”) születés után kimutattak telomer rövidülést, ami általában csak öregedéssel párhuzamosan jelentkezik; szarvasmarhában és egérben azonban nem találtak ilyen jelenségre.

Transzgenikus haszonállatok felhasználása

Az állat-biotechnológia esetében nagy lehetőségek rejlenek a transzgenikus emlősök felhasználásában. A génterápia a káros hatású, „defekt” gének kicserélését vagy kifejeződésének gátlását kívánja megvalósítani. A „gén-farming” olyan transzgenikus állatok hasznosítását veszi tervbe, amelyek meghatározott géntermékeket: pl. inzulint, növekedési hormont stb. programozottan produkálnak, illetve tejükben, húsukban a kívánt összetételű termékeket állítják elő.

A transzgenikus egerek, patkányok humán betegségmodellekként használhatóak; nyulak, juhok és szarvasmarhák pedig mint bioreaktorok, a tejükben vagy vérükben kiválasztott anyagokkal csökkenthetik a gyógyszeripar költségeit. A transzgenikus állatok képesek tejben emberi eredetű fehérjét termelni (pl. a véralvadásban fontos szerepet játszó IX. faktor). A jövőben az emlősejtek glikolizációs génjeinek változtatása révén aktívabb és stabilabb orvosi célú fehérjék termelése várható.

A genetikailag módosított termelési paraméterekkel bíró egyedek tejének, húsának közvetlen felhasználása szintén lehetségessé válhat 5–10 éven belül, feltéve, ha a jelenlegi biztonságossági vizsgálatok megnyugtató eredménnyel zárulnak. A magasabb tejtermelésű, tejérzékenyek számára is fogyasztható tejet termelő vagy izmoltabb egyedek előállításához szükséges gének megismerése haszonállatokban is gyors ütemben halad.

Különösen izgalmas fejlemények várhatók a rezisztencianemesítést szolgáló géntranszfer-programokban. Számos élvonalbeli kutatóhelyen keresik annak genetikai és biotechnológiai lehetőségeit, hogy gének identifikálásával és átvitelével egyes fertőző és parazitás betegségek elleni védekezés hatékonyságát minőségileg magasabb színvonalra emelhessék. Ennek egyik első demonstrációjaként testi sejtes klónozás segítségével a skóciai Roslin Intézetben (a szerző által vezetett csoportnak) sikerült PRP-gén „kiütött”, prion betegségnek genetikailag ellenálló bárányt létrehozni.

A xenotranszplantációs területet élénk érdeklődés kíséri, és a közelmúlt klónozási sikerei új lehetőségeket nyitottak genetikailag módosított sertések előállítására, amelyek szerveit emberben ideiglenes szervátültetésekhez lehetne felhasználni. A jövendő felhasználás nem csak a klónozási eredményeken múlik, mivel ebben a fajban a genomban található endogén retrovírusok potenciális hatását, esetleges veszélyeit is meg kell ismerni.

A közelmúlt eredménye sejtvonalba minikromoszómás génbevitellel és magátültetéses klónozással olyan borjak előállítása, amelyek vérükben részben humán immunoglobulinokat termelnek. Ennek a jelentősége rendkívüli lehet, mert ilyen állatokkal humán ellenanyagokat lehet majd termelni gyógyszerrezisztens fertőzések, autoimmun betegségek és rákbetegség gyógyítására.

Emberi sejtek klónozással való újraprogramozása és totipotens embrionális őssejtek előállítása lehetőséget adna a sejtdifferenciáltatásra, és különböző szövetpótlási kezelésekre. Ennek révén számos betegségben, így többek között Alzheimer- és Parkinson-kórban, cukorbetegségben és gerincvelő-sérülések esetében lehetne gyógymódot találni. Ezen technológiák kipróbálására ugyancsak szükség lesz állatmodellekre, és valószínűleg nemcsak hagyományos laborállatokban.

A transzgenikus állatállományok menedzselése a jövő állattenyésztőit új kihívások elé állítják majd, de egyben vonzó új munka és fejlődési lehetőségeket nyitnak a mezőgazdaságban.

A jövő egyik módszere a molekuláris állattenyésztés, a hagyományos nemesítés molekuláris biológiai úton felgyorsított és hatékonyabbá tett módszere lesz. A funkcionális genomika kulcsot ad az állattenyésztők és az állatorvos-tudomány kezébe az állati termelés és egészségügyi státusz együttes javításához. A genetika és a környezet kölcsönhatásának jobb megértése révén a termelési környezethez jobban alkalmazkodó egyedek lesznek előállíthatóak, illetve a körülményeket az állatok igényeihez illeszthetjük. Az állatkísérletekben elért eredmények a humán orvoslásban is hasznosíthatóak lesznek, és az egészségmegőrzés és gyógyítás genetikai alapokra helyezésével a tüneti kezeléseket a problémák alapvető megoldása helyettesítheti majd.

Mindezek eléréséhez számos alapkutatás szükséges, állat modelleken. A korszerű biotechnológiai módszerek, így többek között a sejtmag-átültetéses klónozás lehetőséget ad a génműködés jobb megértésére és a hatékonyabb genetikai manipulációkra. A genetikailag módosított, biotechnológiai úton létrehozott állati szervezet belső és külső homeosztázisában döntőszerepet tölt be a környezet, amelyben életfolyamatai lezajlanak. Az ökológiai faktorok hatásainak és a genetikailag módosított tulajdonságok kölcsönhatásainak kísérletes vizsgálata döntőszerepet játszhat a biotechnológia biztonságosságának és gyakorlati használhatóságának meghatározásában. Fontos annak meghatározása, hogy a genetikailag módosított egyedek testösszetétele, élettani folyamatai és a külső környezetre adott reakciói mennyiben térnek el a megszokottól, és hogy ennek van-e egészségügyi kockázata az egyedre vagy az abból készült termékeket fogyasztó emberekre nézve.

Az előrehaladáshoz interdiszciplináris szemlélet szükséges, a hagyományos állatnemesítési genetikára építve, a szaporodásbiológiai biotechnológia módszereit alkalmazva, az ökológiai szempontokat figyelembe véve érhető el egy új, állat- és környezetbarát, ugyanakkor versenyképes állati termék-előállító rendszer.