Повышение продуктивности скота

Руководители животноводческих хозяйств непосредственно заинтересованы в повышении продуктивности сельскохозяйственных животных. Их конечной целью является повышение количества продукции (молока, яиц, мяса, шерсти) без увеличения затрат на содержание поголовья. Увеличение мышечной массы с одновременным снижением количества жира в организме мясных животных с незапамятных времен является целью селекционеров.

Биотехнология помогает улучшить продуктивность скота с помощью различных вариантов селекционного разведения. Для начала отбираются особи, обладающие желаемыми характеристиками, после чего, вместо традиционного скрещивания, производится забор спермы и яйцеклеток и последующее экстракорпоральное оплодотворение. Через несколько дней развивающийся эмбрион имплантируется в матку суррогатной матери соответствующего вида, но необязательно той же породы.

Иногда эмбрион делится на несколько частей, каждая из которых имплантируется отдельно. Такая форма клонирования на протяжении уже нескольких десятилетий используется для быстрого улучшения генетических характеристик сельскохозяйственных животных.

Методы геномики также используются для усовершенствования традиционных селекционных подходов. В 2003 году был официально зарегистрирован первый проверенный с помощью метода полиморфизма одного нуклеотида (SNP – single nucleotide polymorphisms) геном крупного рогатого скота мясного направления. SNP-метод используется для идентификации генных кластеров, ответственных за формирование того или иного признака, например, за поджарость животного. После чего с помощью методов традиционной селекции выводятся породы, в данном случае, отличающиеся повышенной мускулистостью. Во всем мире ведется активная работа по секвенированию геномов различных животных и насекомых. В октябре 2004 года было объявлено об успешном завершении проекта по секвенированию коровьего генома (Bovine Genome Sequencing Project). В декабре 2004 года было также успешно завершено секвенирование
генома курицы. 20 этапы развития биотехнологии

Биотехнология как наука возникла на стыке биологических, химических и технологических наук.

Голландский ученый Е. Хаувинк (1984) историю био­технологии условно разделил на пять периодов (эр).

1. Допастеровская эра (до 1865).В этот период биотехнология базировалась на процессах брожения: получении пива, вина, сыра, хлеба. Опыт получения ферментированных продуктов передавался человеком из поколения в поколение на протяжении тысячелетий, хотя о причинах брожения и о том, как оно осуществля­ется, ему еще ничего не было известно. Только в XIX в. французский ученый Луи Пастер указал на специфичес­кое воздействие микроорганизмов на субстрат, что по­служило основой для изучения физиологии микробов. Он доказал, что представители микромира отличаются не только внешним видом, но и особенностями обмена веществ.

2. Послепастеровская эра (1866-1940).Именно в этот период освоение новых биологических методов определило развитие биохимии, вирусологии, генетики, цитологии, биофи­зики и других наук. Налажено производство этанола, бутанола, ацетона, глицерола, органических кислот и вакцин. Освоено производство кормовых дрожжей из углеводородов с использованием микроорганизмов, разработана аэробная очистка канализационных вод.

В.С. Буткевич и С.П. Костычев выявили общие для дыхания и брожения стадии превращения глюкозы до пировиноградной кислоты. Доказали, что органические кислоты образуются в результате жизнедеятельности грибов, что позволило создать промышленное произ­водство лимонной кислоты. С.А. Королев и А.Ф. Войткевич разработали теоретические основы сущности микробиологических процессов при выработке, хране­нии и созревании молочных продуктов, значительно расширив представление о физиологии молочнокислых бактерий. Благодаря исследованиям В.Н. Шапошнико­ва появилась возможность промышленного производ­ства молочной кислоты, органических растворителей.

3. Эра антибиотиков (1941-1960).Спустя 12 лет после открытия зеленой кистевидной плесени Penicillium notatum, продуцирующей антибио­тик, Александр Флеминг - автор открытия писал: «Не стоит трудиться ради того, чтобы получить пеницил­лин». Однако с началом Второй мировой войны возник­ла острая потребность в этом препарате. Англичане X. Флори и Э. Чейн (Оксфордский университет) полу­чили очищенный от примесей желтый порошок пени­циллина и успешно испытали его на мышах, предвари­тельно зараженных патогенными бактериями. Получение пенициллина (в 1945 г. его производство достигло уже 0,5 т) стало важ­ным этапом в становлении современной биопромыш­ленности, а главные лица (А. Флеминг, X. Флори и Э. Чейн), участвовавшие в его создании, получили в 1945 г. Нобелевскую премию.

Вместе с тем, хотя биотехнологические процессы в основном связаны с микроорганизмами, уже в эти годы не менее существенную роль сыграло использование клеток животных и растений.

С начала 50-х годов XX в. вирус полиомиелита для производства вакцины выращивается в культурах кле­ток млекопитающих. Именно в эти годы линии культур клеток человека стали незаменимыми для выделения и выращивания ряда других вирусов, при производстве вы­сокоспецифических белков (антител и интерферонов), в исследованиях рака и в противовирусной химиотерапии.

В этот же период широко используется культура рас­тительной ткани, техника которой была значительно усовершенствована в 1937 г. В том же году Р. Готре раз­работал метод культивирования недифференцирован­ной ткани моркови. Отделенный от родительского рас­тения каллюс он фрагментировал и культивировал в но­вой культуральной среде, содержащей гормон роста - ауксин. Такие культуры тканей можно сохранять в течение десятилетий. В 1954 г. в Германии получена культура из отдельных растительных клеток. Позже по­добные методы получили должное развитие. В 1957 г. специалисты добились образования у культуры корней и стеблей, предварительно обработав каллюс раститель­ными гормонами.

В 1960 г. Э. Коккинг разработал метод ферментатив­ного получения протопластов, слияние которых, минуя половое размножение, позволяет получать разнообраз­ные гибриды (соматическая гибридизация).

В 1943 г. С.Э. Лурия и М. Дельбрук определяют нали­чие настоящих мутантов и мутаций среди бактерий. Этот год является годом становления генетики бактерий зарождения, а впоследствии - развития генной инжене­рии.

Начиная с 30-х годов XX в. в Советском Союзе актив­но работают научные школы академиков Н.П.Дубини­на, С.И. Алиханяна, И.А. Раппопорта, Ю.А. Овчинни­кова, К.Г. Скрябина, Е.Д. Свердлова, И.Г. Атабекова, В.Г. Дебабова, Г.К.Скрябина и др., исследующие воп­росы генетики популяций, эволюционной, радиацион­ной и космической генетики, генетические основы селекции, различные аспекты химического мутагенеза и его применение для изучения строения гена, а также в области селекции сельскохозяйственных культур и про­мышленных микроорганизмов.

4. Эра управляемого биосинтеза (1961-1975).Производство аминокислот посредством микробных мутантов имеет наибольшее значение среди возможных способов их получения.

Советский Союз производил свыше 1 млн. т микроб­ного белка. Была создана целая микробиологическая индустрия под руководством В. А. Быкова. Это позволя­ло выпускать полноценные сбалансированные корма для выращивания птицы и скота.

Химический синтез аминокислот достаточно эффек­тивен. В нем, как правило, используется непищевое сы­рье, достигается высокая концентрация продукта, воз­можна организация непрерывного производства при высокой автоматизации. Однако наряду с преимуще­ствами синтез имеет ряд недостатков. Для его проведе­ния необходима сложная аппаратура, ему свойственна многостадийность процесса. Кроме того, в результате синтеза образуются рацемические формы аминокислот. При микробном синтезе перечисленные недостатки уст­раняются.

Не менее важным достижением биотехнологии в этот период было получение чистых ферментов, промыш­ленное использование иммобилизованных ферментов и клеток. Первые шаги в этом направлении были сделаны значительно раньше: Дж. Нельсон, Е. Гриффин (1916) адсорбировали инвертазу на угле; Дж. Пфанмюллер, Г. Шлейх (1939) для обработки шкур адсорбировали протеолитические ферменты на древесных опилках; Н. Грубхофер, Д. Шмейтон (1953) впервые применили ковалентное связывание. Термин «иммобилизованные ферменты» был узаконен в 1971 г. на первой конферен­ции по инженерной энзимологии, состоявшейся в Хенникере (США). Немалый вклад в этом направле­нии внесли советские ученые И. В. Березин, К. Мартинек, В. В. Можаев, Р. В. Петров, В. Т. Иванов и др.

Впервые с помощью биотехнологии в эти годы был получен биогаз, налажено производство бактериальных полисахаридов.

5. Эра новой биотехнологии (после 1975).Новая эра биотехнологии отсчитывает свое время с открытия Д. Уотсоном и Ф. Криком строения молекулы ДНК (1953). Только после этого началось использова­ние генной и клеточной инженерии для получения агентов биосинтеза. Главными объектами исследований становятся живая клетка и молекула ДНК. Учеными различных стран созданы искусственные генетические структуры, запрограммированные на конкретные при­знаки. Первые работы с рекомбинантными молекулами ДНК в бывш. СССР были проведены в 1974 г. группой ученых во главе с академиком А. А. Баевым, а затем получили известность труды академиков Ю. И. Овчинни­кова и М. В. Иванова и их учеников. Первые публика­ции по результатам этих работ появились в 1975 г. Со­зданы бактериальные штаммы-продуценты всех типов интерферонов, продуценты гормона роста человека и ряда сельскохозяйственных животных, проинсулина че­ловека, интерлейкина-2 и т. д.

Не менее важное направление, сформировавшееся в эти годы, - получение гибридов, моноклональных ан­тител, гибридов из протопластов и меристемных куль­тур, трансплантация эмбрионов. В 1975 г. Дж. Эдельман и Р. Портер путем гибридизации соматических клеток получили гибридомы, секретирующие моноклональные антитела. В Болгарии разработан метод выращивания фруктов и овощей без косточек.

Метод слияния клеток открывал возможность слить воедино даже совершенно различные микроорганизмы, включая клетки растений, животных и человека. Фузия (соматическая гибридизация) клеток, а именно так был назван метод их «слияния», создала перспективу для получения самой разной ком­бинации генов «родительских» пар. Так, клетки челове­ка, синтезирующие антитела, но неспособные к быстро­му росту и размножению, сливали с активно растущими раковыми клетками. В результате были получены новые клетки, способные к интенсивному росту и синтезу ан­тител. Поскольку результаты подобных экспериментов хотя и прогнозируемы, но не всегда предсказуемы, в 1974 г. было наложено вето на проведение эксперимен­тов, которые могли бы привести к возникновению опас­ных для человека последствий; многие из запретов поз­же удалось снять. Однако в 1975 г. было подписано меж­дународное соглашение, запрещающее разработку и внедрение «биологического оружия».

Едва развившись, дерево генной инженерии начало давать плоды. Так, выделение и внедрение генов карли­ковости обеспечило стремительное распространение по всему миру короткостебельных неполегающих сортов злаков, способных давать урожай зерна до 100 т/га. С помощью методов генной инженерии удалось создать ряд трансгенных растений (кукуруза, соя, сорго, рис, подсолнечник) и др. Одним из приоритетных направле­ний биотехнологии становится создание более продук­тивных штаммов микроорганизмов для традиционных микробиологических процессов. Интенсивно развивается новое направление в биотехнологии - иммобилиза­ция ферментов и клеток на специальных носителях, что обеспечивает многократное их использование.

Крупным международным событием стал конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития», успешно прошедший в Москве в 2002 г. и приобрет­ший статус постоянно действующего. Итоги I и II (2003) Международных конгрессов по проблемам био­технологии показали явный прогресс в развитии этой науки, которая все больше приобретает отраслевое зна­чение.

Но, несмотря на эти успехи, эра новой биотехноло­гии только начинается. То, что ей подвластно, поража­ет, ибо она в состоянии изменить саму жизнь.

Объектами биотехнологических исследований являются клетки и ткани, а также биополимеры участвующие в процессах метаболизма и передачи наследственной информации.