Tierbiotechnologie: Eine Einführung in die Tierbiotechnologie

Tierbiotechnologie: Eine Einführung in die Tierbiotechnologie!

Das Konzept der Tiergewebekultur entstand erstmals 1903, als Wissenschaftler die Technik der Zellteilung in vitro (in einem Reagenzglas) entdeckten. Ross Harrisson begann 1907 mit dem Froschgewebe den Beginn der Tiergewebekultur.

Diese Technik war anfangs auf kaltblütige Tiere beschränkt. Nachfolgende Studien brachten jedoch auch die warmblütigen Tiere in seine Sphäre. Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Gewebe als Explantate verwendet, und die Gewebekulturtechnik wurde tatsächlich zum Rückgrat der Tierbiotechnologie.

Anwendungen der Tiergewebekultur:

Die modernen biotechnologischen Werkzeuge hatten auch einen bemerkenswerten Einfluss auf die Tierbiotechnologie. Weltweit werden ständig innovative Techniken eingesetzt, um das Vieh zu verbessern. Die Grundlage dieses Ansatzes liegt in der Veränderung auf verschiedenen biochemischen und molekularen Ebenen. Diese Techniken erweisen sich als äußerst nützlich bei der Entwicklung krankheitsresistenter, gesunder und produktiverer Tiere.

Einige Bereiche, in denen sich diese molekularen Techniken als nützlich erweisen können, sind:

Tierzucht:

Obwohl es traditionelle Zuchtprogramme bereits seit vielen Jahren gibt, bleibt ihre Anwendung begrenzt. Sie sind nicht sehr spezifisch, da herkömmliche Züchtung zu einer Kreuzung zwischen zwei Tieren führen würde, bei der viele Gene gleichzeitig übertragen werden können.

Hier können einige Gene nützlich sein, während andere lästig sein können. Die rekombinante DNA-Technologie hat es jedoch ermöglicht, Tiere mit großer Präzision und Genauigkeit zu züchten. Spezifische Gene können in einen tierischen Embryo eingefügt werden, ohne dass andere Gene, die in demselben Tier vorhanden sind, verschoben werden.

Eine der Hauptanwendungen dieser Technik ist die Entwicklung neuer Rassen von produktiven Kühen, die mehr nahrhafte Milch produzieren können. Der Milch einer gewöhnlichen Kuh fehlt Lactoferrin, ein eisenhaltiges Protein, das für das Wachstum von Säuglingen von Bedeutung ist.

Wissenschaftler von Gen Pharm International, Kalifornien, haben jetzt den transgenen Bullen Herman entwickelt, der mit dem menschlichen Gen für Lactoferrin mikroinjiziert wurde. Die Zucht von Herman und seiner Nachkommen wird sich als neue Quelle nahrhafter Milch erweisen.

Impfstoffe:

Milliarden von Dollars werden jedes Jahr ausgegeben, um Nutztiere und deren Gesundheitsfürsorge zu verbessern. Wissenschaftler versuchen nun, die rekombinante DNA-Technologie zur Herstellung von Impfstoffen für Tierbestände einzusetzen. Für Schweinepseudo-Tollwut (Herpes-Virus) wurde bereits ein äußerst wirksamer Impfstoff entwickelt. Dieser Impfstoff wurde auf herkömmliche Weise durch Abtöten krankheitsverursachender Mikroben hergestellt.

Dies führte zu einem hohen Überlebensrisiko einiger dieser Mikroben. Ein häufiges Beispiel hierfür ist die tödliche Maul- und Klauenseuche (FMD). In Europa gab es viele Fälle, in denen die Anwendung des MKS-Impfstoffs tatsächlich zum Ausbruch der Krankheit führte. Den modernen rekombinanten Impfstoffen werden diese Keime nicht injiziert. Sie sind daher sicher zu verwenden und beinhalten kein solches Risiko.

Die konventionelle Impfstoffproduktion ist eine kostenintensive Angelegenheit mit geringem Volumen. Moderne rekombinante Produktionssysteme eröffnen jedoch neue Perspektiven auf dem riesigen Markt für effiziente Impfstoffe. Rekombinante Impfstoffe punkten auch durch ihre schnelle Entwicklung.

Die herkömmlichen Impfstoffe können zwanzig bis dreißig Jahre Forschung und Experimentieren in Anspruch nehmen, bevor sie einsatzbereit sind. Dies hat zu einem Mangel an wichtigen Impfstoffen geführt. Die modernen Impfstoffe werden in einer viel kürzeren Zeitspanne hergestellt. Diese Impfstoffe sind sogar bei Raumtemperatur aktiv. Ihre Bewegung und Lagerung wird dadurch wesentlich einfacher.

Verbesserung der Tierernährung:

Tierernährung ist ein weiteres wichtiges Anliegen, das durch biotechnologische Instrumente angegangen werden kann. Wir haben gesehen, wie bestimmte Bakterien effizient zur Überexpression von Proteinen für medizinische Anwendungen verwendet wurden. In ähnlicher Weise können tierische Proteine ​​wie Somatotropine in Bakterien überexprimiert und für kommerzielle Zwecke in größeren Mengen erzeugt werden.

Die Verabreichung kleiner Mengen dieser Proteine ​​an Tiere wie Schafe und Kühe hat bereits zu einer Steigerung der Futterverwertungseffizienz des Tieres geführt. Biotechnologische Manipulationen können helfen, Schweines Somatotropin (PST) zu erzeugen, das nicht nur die Futtereffizienz in Schweinen um 15 bis 20 Prozent verbessert, sondern auch wichtige Vorteile für die Gesundheitssysteme des Menschen bringt. PST hilft auch, Fettablagerungen zu reduzieren.

Ein weiteres Wachstumshormon - Bovine Somatotropin (BST) - wird Milchkühen verabreicht, um ihre Milchproduktion um bis zu 20 Prozent zu verbessern. Diese hormonelle Behandlung erhöht die Futteraufnahme des Tieres und erhöht das Verhältnis von Milch zu Futter um fünf bis fünfzehn Prozent.

Der Wachstumshormon-Freisetzungsfaktor (GHRF) ist ein weiteres Protein, von dem berichtet wurde, dass es die Futtereffizienz von Tieren erhöht. Obwohl dies kein Wachstumshormon ist, unterstützt es das Tier dabei, die Produktion von Wachstumsproteinen (Hormonen) zu steigern.

Nach dem ersten Einsatz dieser Technologie befürchtete man, diese Hormone durch Milch und Fleischprodukte auf den Menschen zu übertragen. Umfangreiche Studien haben diese Befürchtungen jedoch endgültig beruhigt. Tests haben gezeigt, dass diese Proteine ​​keine Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben und daher für den Verzehr unbedenklich sind.

Transgene Tiere erzeugen:

Transgene Schafe:

Dolly, das Schaf, wurde 1997 in Schottland durch die nukleare Übertragungstechnik geschaffen. Hier wurde der Kern einer "Donor" -Mammazelle in eine Empfängerzelle (Ei) injiziert (deren Kern entfernt worden war). Diese Zelle wurde dann in eine aufnahmebereite Ersatzmutter implantiert und entwickelte sich schließlich zu Dolly - dem "Klon des Spenders". Es folgte die Geburt von Polly - dem transgenen Lamm, das ein menschliches Gen enthält (Abb. 3).

Die Entwicklung von Dolly und Polly, den ersten geklonten Tieren, erzeugte Wellen auf der ganzen Welt. Dieses Kunststück ist in der Tat von Bedeutung, da es nicht nur eine große wissenschaftliche Leistung darstellt, sondern auch den Weg für die Erzeugung vieler anderer geklonter Tiere ebnet, die wertvolle menschliche Proteine ​​tragen.

Transgene Ziege:

In diesem Fall wurden die fötalen Zellen von einem dreißig Tage alten weiblichen Ziegenfötus erhalten. Das AT III-Gen, ein menschliches Gen, das ein Anti-Gerinnungsprotein kodiert, wurde an den Promotor gebunden und in den Kern des frisch befruchteten Eies injiziert.

Nach dem Entfernen des Kerns der Empfänger-Eizelle (entkernter Zustand) wurde die Spender-Eizelle mit fötalen Fibroblastenzellen fusioniert, die das menschliche Gen besitzen. Anschließend wurde der geklonte Embryo in eine weibliche Ziegenmutter übertragen.

Die so entwickelte weibliche Nachkommenschaft ist in der Lage, Milch zu produzieren, die menschliches Protein enthält. Dieses Protein kann leicht aus der Milch extrahiert und für zahlreiche pharmazeutische Zwecke verwendet werden. Die Entwicklung dieser Ziegen mit menschlichen Genen ist eine der ersten Anwendungen des Kerntransferprozesses.

PPL Therapeutics, ein britisches Unternehmen, hat bereits fünf transgene Lämmer entwickelt. Der Direktor des Unternehmens, Dr. Alan Colman, erklärt, diese Lämmer verwirklichen die Vision, Sofortherden oder Herden zu produzieren, die sehr schnell wertvolle therapeutische Proteine ​​in hoher Konzentration produzieren. In letzter Zeit wurden auch Schweine mit innovativeren Klontechniken geklont. Diese Schweine könnten für die Lebensmittelindustrie sehr nützlich sein.

Xenotransplantation: Organtransplantation von einer Spezies zur anderen

Die Organtransplantation, die neueste Biotech-Leistung, hat sich als kosteneffiziente Behandlung von Herz-, Nieren-, Lungen- und anderen Erkrankungen erwiesen. Man nimmt an, dass Organe von Spezies wie Schweine vielversprechende Quellen von Spenderorganen für den Menschen sind. Diese Praxis wird als "Xenotransplantation" bezeichnet.

Das erste Xenotransplantationsexperiment wurde 1905 durchgeführt, als ein französischer Chirurg Scheiben einer Kaninenniere in einen menschlichen Patienten transplantierte. Die ersten Versuche zur Umpflanzung von Schimpansennieren in den Menschen wurden 1963-64 durchgeführt. Einer der Patienten, die die transplantierte Niere erhielten, überlebte neun Monate.

Transplantierte Herzklappen von Schweinen werden üblicherweise zur Behandlung verschiedener Formen schwerer Herzkrankheiten verwendet. Eingekapselte Tierzellen gelten auch als vielversprechender Forschungsbereich zur Behandlung von Diabetes. Parkinson-Krankheit und die durch bestimmte medikamentöse Therapien verursachten akuten Schmerzen. Flüssigkeiten und Gewebe von Kühen werden seit Jahrzehnten zur Herstellung von Medikamenten und anderen Gesundheitsprodukten verwendet.

Das größte Hindernis bei der Xenotransplantation ist das Immunsystem des menschlichen Körpers gegen Infektionen. Manchmal führt die Einführung eines nicht-menschlichen Gewebes in den menschlichen Körper zu einer hyperaktiven Abstoßung, und der gesamte Körper kann den Blutfluss zum gespendeten Organ unterbrechen. Auch hier setzt die Biotechnologie ein, um den Tag zu retten. Schweine werden jetzt geklont, um Organe zu produzieren, die vom menschlichen Körper erkannt werden.

Diese Schweine werden durch Mikroinjektion von genetischem Material aus fötalen Schweinehautzellen in Eier entwickelt, die kein eigenes genetisches Material hatten. Diese Methode ist als "Honolulu-Technik" bekannt, da Teruhiko Wakayama und seine Gruppe an der University of Honolulu (USA) diese Methode zuerst zum Klonen von Mäusen verwendeten.

Diese Technik hat zur Entwicklung des ersten männlichen Säugetierklons geführt. Diese Methode ist sehr beliebt, da nur die Übertragung der fötalen Spenderzelle erfolgt. Andere Verfahren, wie das beim Klonen von Dolly angewendete Verfahren, erfordern die Fusion der gesamten Spenderzelle mit dem entkernten Ei.

Xena - das geklonte schwarze Schwein könnte ein Schritt nach vorne bei der Herstellung von Organen für die Transplantation sein. Der nächste Schritt wäre, das Genom dieses geklonten Schweins so zu verändern, dass die Organe, die von solchen Tieren erhalten werden, bei der Transplantation keine Abstoßungsgefahr darstellen. Das ethische Dilemma solcher Transplantate und die Wahrscheinlichkeit der Übertragung unbekannter Krankheitsviren müssen jedoch noch angegangen werden.

Embryotransfer:

Der Transfer von Rinderembryonen ist eine weitere Technik der genetischen Manipulation. Der Hauptvorteil des Embryotransfers besteht darin, dass er die Fortpflanzungsfähigkeit von Nutzrindern wie Kühen und Büffeln erhöht. Eine solche Übertragung kann auch das Erzeugungsintervall zwischen den Auswahlschritten verkürzen, indem ein großer Prozentsatz an Nachkommen junger Spender vorliegt.

In einigen Fällen ermöglicht der Embryotransfer sogar Kühen und Büffeln, die aufgrund einer Krankheit, Verletzung oder Alterung unfruchtbar gemacht wurden, Nachkommen zu haben. Embryotransfer (ET) -Techniken wurden auch für Kamele und Kälber entwickelt. Diese Studie wurde im National Research Centre on Camel von Bikaner durchgeführt.