التكنولوجيا الحيوية الحيوانية: مقدمة للتكنولوجيا الحيوية الحيوانية

التكنولوجيا الحيوية الحيوانية: مقدمة للتكنولوجيا الحيوية الحيوانية!

ظهر مفهوم ثقافة الأنسجة الحيوانية لأول مرة في عام 1903 ، عندما اكتشف العلماء تقنية تقسيم الخلايا في المختبر (في أنبوب اختبار). جعل روس هاريسون بداية تقنية زراعة الأنسجة الحيوانية في عام 1907 باستخدام أنسجة الضفادع.

اقتصرت هذه التقنية في البداية على الحيوانات ذوات الدم البارد. ومع ذلك ، جلبت الدراسات اللاحقة حتى الحيوانات ذوات الدم الحار في مجالها. على مر السنين تم استخدام الأنسجة المختلفة كما explants ، وأصبحت تقنية زراعة الأنسجة في الواقع العمود الفقري للتكنولوجيا الحيوية الحيوانية.

تطبيقات زراعة الأنسجة الحيوانية:

كان لأدوات التكنولوجيا الحيوية الحديثة تأثير ملحوظ على التكنولوجيا الحيوية الحيوانية كذلك. يتم باستمرار استخدام العديد من التقنيات المبتكرة في جميع أنحاء العالم لتحسين الماشية. الأساس لهذا النهج يكمن في تغيير في مختلف المستويات البيوكيميائية والجزيئية. تثبت هذه التقنيات مفيدة للغاية في تطوير الحيوانات المقاومة للأمراض ، والصحة ، والانتاجية.

تتضمن بعض المناطق التي يمكن أن تكون هذه التقنيات الجزيئية مفيدة فيها:

تربية الحيوان:

على الرغم من أن برامج التربية التقليدية كانت موجودة منذ سنوات عديدة ، إلا أن تطبيقها محدود. فهي ليست محددة جدا ، لأن التكاثر التقليدي قد يؤدي إلى تقاطع بين حيوانين حيث يمكن نقل العديد من الجينات في وقت واحد.

هنا ، قد تكون بعض الجينات مفيدة في حين أن البعض الآخر قد يكون مزعجا. لكن تقنية الحمض النووي المؤتلف جعلت من الممكن تربية الحيوانات بدقة ودقة كبيرة. يمكن إدخال جينات معينة في جنين حيواني دون التسبب في تحول في جينات أخرى موجودة في نفس الحيوان.

واحدة من التطبيقات الرئيسية لهذه التقنية هي تطوير سلالات جديدة من الأبقار المنتجة التي يمكن أن تنتج المزيد من الحليب المغذي. يفتقر لبن البقرة العادية إلى اللاكتوفيرين ، وهو بروتين يحتوي على الحديد ، وهو أمر مهم لنمو الرضيع.

طور علماء في شركة "جنرال فارم إنترناشونال" في ولاية كاليفورنيا ، حاليًا الثور المعدّل جينيا هيرمان ، والذي تم حقنه بشكل دقيق في الجين البشري من أجل اللاكتوفيرين. سيثبت تربية هيرمان ونسلها أنها مصدر جديد للحليب المغذي.

اللقاحات:

يتم إنفاق مليارات الدولارات كل عام لتحسين حيوانات المزرعة ورعايتهم الصحية. يحاول العلماء الآن استخدام تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف لإنتاج لقاحات للمخزون الحيواني. وقد تم بالفعل تطوير لقاح فعال للغاية لداء داء الكلب الزائفة الخنازير (فيروس الهربس). تم تصنيع هذا اللقاح بشكل تقليدي عن طريق قتل الأمراض المسببة للميكروبات.

كان هذا ينطوي على خطر كبير لبقاء بعض هذه الميكروبات. ومثال شائع على ذلك هو مرض الحمى القلاعية القاتلة (FMD). كانت هناك حالات كثيرة في أوروبا حيث تسبب استخدام لقاح الحمى القلاعية بالفعل في تفشي المرض. لا يتم حقن اللقاحات المؤتلفة الحديثة بهذه الجراثيم. وبالتالي فهي آمنة للاستخدام ، ولا تنطوي على مثل هذا الخطر.

إنتاج اللقاحات التقليدية هو قضية ذات تكلفة منخفضة ومنخفضة. لكن نظم الإنتاج الموحد المأخوذة قد فتحت آفاقاً جديدة في السوق الضخمة للحصول على اللقاحات الفعالة. اللقاحات المؤتلف يسجل أيضا على وتيرتها السريعة للتنمية.

يمكن أن تستغرق اللقاحات التقليدية ما بين عشرين إلى ثلاثين سنة من البحث والتجريب قبل أن تكون جاهزة للاستخدام. وقد تسبب هذا في نقص في اللقاحات الهامة. يتم إعداد لقاحات المودم في فترة زمنية أقصر بكثير. ما هو أكثر من ذلك ، هذه اللقاحات نشطة حتى في درجة حرارة الغرفة. وبالتالي تصبح حركتها وتخزينها أسهل بكثير.

تحسين تغذية الحيوان:

تعتبر التغذية الحيوانية مصدر قلق رئيسي آخر يمكن معالجته من خلال أدوات التكنولوجيا الحيوية. لقد رأينا كيف تم استخدام بكتيريا معينة بكفاءة للإفراط في التعبير عن البروتينات للتطبيقات الطبية. وبالمثل ، يمكن التعبير عن البروتينات الحيوانية مثل somatotropins في البكتيريا وتوليدها بكميات أكبر لأغراض تجارية.

إن إعطاء كميات صغيرة من هذه البروتينات للحيوانات مثل الأغنام والأبقار أظهر بالفعل زيادة في كفاءة تحويل الأعلاف الحيوانية. يمكن أن يساعد التلاعب في التكنولوجيا الحيوية في توليد Porcine Somatotropin (PST) ، الذي لا يحسن كفاءة الأعلاف في الخنازير بنسبة 15 إلى 20٪ فحسب ، بل له أيضًا فوائد مهمة لأنظمة صحة الإنسان. يساعد PST أيضًا على تقليل ترسبات الدهون.

يتم إعطاء هرمون نمو آخر - Bovine Somatotropin (BST) إلى الأبقار الحلوب لتحسين إنتاج الحليب بنسبة تصل إلى 20 في المائة. هذا العلاج الهرموني يزيد من استهلاك العلف الحيواني ، ويعزز أيضا نسبة الحليب إلى الغذاء بنسبة تتراوح بين خمسة وخمسة عشر في المائة.

إن عامل إطلاق هرمون النمو (GHRF) هو بروتين آخر تم الإبلاغ عنه لزيادة كفاءة تغذية الحيوانات. على الرغم من أن هذا ليس هرمون نمو ، إلا أنه يساعد الحيوان في زيادة إنتاج بروتينات النمو (الهرمونات).

وأعقب الاستخدام الأولي لهذه التكنولوجيا الخوف من نقل هذه الهرمونات إلى البشر من خلال الحليب ومنتجات اللحوم. ومع ذلك ، وضعت الدراسات الشاملة بشكل قاطع هذه المخاوف للراحة. أثبتت الاختبارات أن هذه البروتينات ليس لها أي تأثير على جسم الإنسان ، وبالتالي فهي آمنة للاستهلاك.

خلق الحيوانات المعدلة وراثيا:

الأغنام المعدلة وراثيا:

دوللي ، تم إنشاء الأغنام في اسكتلندا في عام 1997 من قبل تقنية نقل النووية. هنا تم حقن نواة الخلية الثديية "المانحة" في خلية مستقبلة (بيضة) (تمت إزالة النواة منها). ثم تم زرع هذه الخلية في أم بديلة متقبلة ، وتطورت في نهاية المطاف إلى دوللي - "نسخة من المتبرع". وأعقب ذلك ولادة بولي - الحمل المعدلة وراثيا التي تحتوي على جين بشري (الشكل 3).

لقد خلق تطور دوللي وبولي ، أول حيوان مستنسخ ، موجات في جميع أنحاء العالم. هذا العمل الفذ ذا أهمية كبيرة لأنه لا يمثل فقط إنجازا علميا عظيما ، بل إنه يمهد الطريق أيضا لتوليد العديد من الحيوانات المستنسخة الأخرى التي تحمل بروتينات بشرية ذات قيمة.

الماعز المعدلة وراثيا:

في هذه الحالة ، تم الحصول على الخلايا الجنينية من جنين ماعز يبلغ من العمر ثلاثين يومًا. تم ربط جين AT III ، وهو جين بشري بشري مضاد للتخثر ، إلى المروج ، وحقنه في نواة البويضة الملقحة حديثًا.

بعد إزالة نواة خلية البويضة المتلقية (الحالة الشفافة) ، تم دمج خلية البويضة المانحة مع الخلايا الليفية الجنينية التي تمتلك الجين البشري. في وقت لاحق ، تم نقل الجنين المستنسخة إلى الأم الماعز أنثى المتلقي.

النسل الأنثوي الذي تم تطويره قادر على إنتاج الحليب المحتوي على بروتين بشري. يمكن استخراج هذا البروتين بسهولة من الحليب واستخدامه في أغراض صيدلانية عديدة. إن تطوير هذه الماعز مع الجينات البشرية هو أحد التطبيقات الأولى لعملية نقل الأسلحة النووية.

طورت شركة PPL Therapeutics ، وهي شركة مقرها المملكة المتحدة ، خمسة من الحملان المعدلة وراثيا. يقول مدير الشركة ، الدكتور ألان كولمان ، إن هذه الحملان هي إدراك "الرؤية المستقبلية لإنتاج قطعان أو قطعان فورية تنتج تركيزات عالية من البروتينات العلاجية القيمة بسرعة كبيرة. في الآونة الأخيرة ، تم استنساخ الخنازير باستخدام تقنيات استنساخ مبتكرة. هذه الخنازير يمكن أن تكون مفيدة جدا لصناعة الأغذية.

زرع الأعضاء: زرع الأعضاء من واحدة إلى أخرى

أثبتت زراعة الأعضاء ، وهي أحدث التقنيات الحيوية ، أنها معالجة فعالة من حيث التكلفة لأمراض القلب والكلى والرئة والأمراض الأخرى. ويعتقد أن الأعضاء من الأنواع مثل الخنازير تعتبر مصادر واعدة للأعضاء المانحة للإنسان. يشار إلى هذه الممارسة باسم "زرع الأعضاء".

أجريت أول تجربة لزراعة الأعضاء في عام 1905 ، عندما قام جراح فرنسي بنقل شرائح من كرنب الأرانب إلى مريض بشري. أجريت التجارب الأولى لزرع شمبانزي الكلى في البشر في 1963-1964. واحد من المرضى الذين تلقوا الكلى المزروعة نجوا لمدة تسعة أشهر.

تُستخدم عادةً صمامات القلب المزروعة من الخنازير لعلاج أشكال مختلفة من أمراض القلب الحادة. وينظر أيضا إلى الخلايا الحيوانية المغلفة باعتبارها وسيلة واعدة للبحوث في علاج مرض السكري. مرض باركنسون والألم الحاد الناجم عن بعض العلاجات الدوائية. كما استخدمت السوائل والأنسجة من الأبقار لإنتاج الأدوية وغيرها من المنتجات الصحية منذ عقود.

العقبة الرئيسية أمام زراعة الأعضاء هي جهاز المناعة في الجسم البشري ضد العدوى. في بعض الأحيان ، يؤدي إدخال الأنسجة غير البشرية إلى جسم الإنسان إلى ظهور رفض مفرط ، وقد يؤدي الجسم كله إلى قطع تدفق الدم إلى العضو المتبرع به. هنا مرة أخرى ، خطوات التكنولوجيا الحيوية في إنقاذ اليوم. يتم الآن استنساخ الخنازير لإنتاج الأعضاء ، والتي سيتم التعرف عليها من قبل جسم الإنسان.

يتم تطوير هذه الخنازير عن طريق حقن المادة الوراثية الدقيقة من خلايا جلد الخنزير الجنينية في البيض ، والتي لا تحتوي على مواد وراثية خاصة بها. وتعرف هذه الطريقة باسم "تقنية هونولولو" ، حيث كان Teruhiko Wakayama ومجموعته في جامعة هونولولو (الولايات المتحدة الأمريكية) الذي استخدم هذه الطريقة لأول مرة لاستنساخ الفئران.

وقد أدت هذه التقنية إلى تطوير أول ذكر للثدييات. هذه الطريقة مفضلة للغاية لأنها لا تتضمن سوى نقل خلية المانحة الجنينية. الطرق الأخرى ، مثل تلك المستخدمة في استنساخ دوللي ، تتطلب اندماج الخلية المانحة بأكملها مع البويضة منزوعة النواة.

زينا - الخنزير الأسود المستنسخ يمكن أن يكون خطوة إلى الأمام في إنتاج أعضاء للزرع. الخطوة التالية ستكون تعديل جينوم هذا الخنزير المستنسخ ، بحيث لا يمكن للأعضاء التي يتم الحصول عليها من مثل هذه الحيوانات أن تشكل خطرا على الرفض عند استخدامها للزرع. ومع ذلك ، فإن المعضلة الأخلاقية لمثل هذه الزرع واحتمال نقل فيروسات غير معروفة لا يزال يتعين معالجتها.

نقل الأجنة:

نقل الجنين البقري هو أسلوب آخر للتلاعب الوراثي. الميزة الرئيسية لنقل الأجنة هي أنه يزيد من القدرة التناسلية للماشية المفيدة مثل الأبقار والجاموس. كما يمكن أن يؤدي هذا الانتقال إلى تقليل فترة التوليد بين خطوات الاختيار من خلال وجود نسبة كبيرة من سلالات المتبرعين الشباب.

في بعض الحالات ، يسمح نقل الأجنة حتى للأبقار والجاموس التي تم تحويلها إلى عقم بسبب مرض أو إصابة أو شيخوخة ، لتكون ذرية. كما تم تطوير تقنيات نقل الأجنة للجمال والعجول. وقد أجريت هذه الدراسة في المركز القومي للبحوث على الجمل في بيكانير.