ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

В настоящее время одной из центральных является проблема оценки уровня опасности генетических и средовых факторов (физических, химических и биологических), обладающих мутагенным, канцерогенным и тератогенным эффектами для живых организмов, включая человека.

Основным подходом для решения данной проблемы следует считать генетический мониторинг: долгосрочное слежение за состоянием генетической отягощенности популяций человека и животных.

Предполагаем прямую зависимость между интенсивностью загрязнения окружающей среды и частотой разных форм патологий, имеющих более или менее выраженную генетическую компоненту: наследственные (или хромосомные) болезни, аномалии развития, спонтанные аборты, мертворожденные и т.п. Генофонд домашних животных включает достаточный генетический груз (мутационный и сегрегационный) рецессивных, скрытых в гетерозиготе, и доминантных (в т.ч. и хромосомных) мутаций, возникающих в каждом поколении de novo. Генетические аномалии занимают значительное место в патологии. В международный список летальных дефектов включено 46 аномалий у крупного рогатого скота (шифр А), 18 - у свиней (шифр С), 10 - у лошадей (шифр В), свыше 40 - у овец (шифр d), 45 - у кур (шифр Е), 6 - у индеек (шифр f), 3 - у уток (шифр i). Основная их часть обусловлена рецессивными аутосомными генами (Визнер, Вилер, 1979).

Процесс оптимизации взаимодействия антропогенных влияний и окружающей cреды базируется на оценке и прогнозировании изменений генетического груза и генетических процессов в сельскохозяйственных популяциях. Влияние окружающей среды и генетико-селекционных факторов на генетический статус и "генетическое" здоровье животных доказано как на организменном, так и на популяционном уровнях, и подтверждается как наукой, так и практикой. Животное (как биологический вид) отвечает на изменение экогенетической обстановки тремя комплексами альтернативных реакций:

1 - фертильность (на организменном или популяционном уровне) или стерильность;

2 - изменение экспрессивности (как в норме, так и при патологии) и пенетрантности генов; 3 - изменение генома и его последствия (на молекулярном, клеточном, организменном, популяционном уровнях и т.д.).

Оценка отдаленных (в т.ч. и "отставленных") эффектов этих последствий - задача трудная, но важная. Индуцированный мутагенез ведет к увеличению частоты наследственных аномалий и дефектов. Профилактика наследственных аномалий основана на том, что часть из них вызывается вновь возникающими мутациями в зародышевых клетках родителей, а другая часть возникла раньше - в предыдущих поколениях. Частота доминантных аномалий практически совпадает с частотой спонтанного мутирования. Любая популяция животных насыщена вредными рецессивными генами, которые являются продуктом как спонтанного, так и, не в меньшей степени, индуцированного процесса; последний опасен прежде всего с точки зрения популяционного прогноза. Устранение (жесткий контроль) мутагенных (химических, физических и биологических) факторов является одним из наиболее эффективных популяционно-генетических методов, что не всегда возможно по причине социально-экономических соображений.

Наряду с традиционными методами селекционно-генетической профилактики актуальным является использование маркеров мутаций. Такими маркерами могут быть мономорфные ферменты, хромосомы.

Цитогенетические методы позволяют выявить структурно-числовые мутации кариотипа, ведущие к снижению плодовитости, продуктивности, племенной ценности. Установленные возрастные изменения уровня хромосомных мутаций у свиней, норок, крупного рогатого скота, овец поставили на повестку дня вопрос организации в животноводстве (в т.ч. и свиноводстве) службы генетического мониторинга (контроля) за частотой вредных мутаций как во временном аспекте (по годам, в ряду поколений), так и в пространстве (в разных породах, линиях, популяциях и т.п.).

Хромосомные аномалии (хромосомные и геномные мутации) - удобный "объект" мониторинга, при этом возможны как массовые обследования, так и селективный скрининг (например, групп риска). Количественные изменения в хромосомных наборах (полиплоидия, гаплоидия, анеуплоидия) и нарушения пространственной организации хромосомных наборов в связи с отсеивающей ролью отбора происходят в каждом поколении de novo, что дает возможность оценить изменения спонтанного и индуцированного мутагенеза в процессе хозяйственной деятельности человека.

Сопряженность мутагенеза в соматических и половых клетках позволяет по уровню хромосомных мутаций в соматических клетках прогнозировать уровень мутантных гамет, т.е. репродуктивные качества животных. При цитогенетическом мониторинге и скрининге важно как выявление генетического брака, так и генетического риска, которые базируются на оценке хромосомной нестабильности в соматических клетках (in vivo, in vitro). Показатели анеуплоидии, полиплоидии и ассоциаций хромосом, отражая уровень общей резистентности, выступают в качестве фактора адаптации к неблагоприятным условиям внешней и внутренней среды; их можно использовать при оценке мутагенной и тератогенной активности окружающей среды на основе предложенных ранее моделей, дающих вероятностную оценку генетического риска.

При цитогенетическом мониторинге при суммарном воздействии загрязнителей среды следует использовать экспресс-методы тестирования: сестринские хроматидные обмены (СХО), хромосомные абберации, микроядерный тест.

Репродуктивная функция и мониторинг предусматривает оценку влияния внешних факторов на:

- частоту нарушений внутриутробного развития (мертворождаемость, аборты, врожденные дефекты);

- соотношение полов;

- признаки репродукции: плодовитость (потенциальная, фактическая и при рождении); длительность периода между опоросами и сервис-периода (от отъема до плодотворной случки), возраст 1-го осеменения, число опоросов;

- признаки роста и развития: масса гнезда в 21 день (условная молочность) и при отъеме;

- признаки жизнеспособности: общее количество рожденных поросят (в т.ч. жизнеспособных), сохранность поросят в 21 день и при отъеме.

Регистрация большинства из перечисленных признаков репродуктивной функции у свиней не представляет проблемы: она является составной частью зооветеринарного учета.

При возрастающем загрязнении биосферы мутагенами не исключена генетическая адаптация популяций домашних животных. Ранее предложена интегральная оценка фитнеса свиней на ранних этапах онтогенеза по комплексу информативных признаков: 1 - плодовитости (потенциал размножения и пренатальной жизнеспособности); 2 - массе гнезда в 21 день и при отъеме (потенциал постнатальной жизнеспособности); 3 - сохранности поросят в 21 день и при отъеме (потенциал постнатальной жизнеспособности). Масса гнезда при отъеме явилась интегральным, результирющим признаком, отразившим адаптивный потенциал свиноматок, причем наилучшая приспособленность к широкому диапазону средовых факторов - у особей со средней выраженностью признака (Х ±d), т.н. "адаптивная норма". В то время как приспособленность особей, резко отклоняющихся от популяционной средней (т.н. "крайних" фенотипов, формирующих генетический груз), резко снижена: у них чаще встречаются врожденные пороки развития, болезни. Установлено, что приспособленность связана с генетическим разнообразием и уровнем гетерозиготности: у адаптивной нормы она эволюционно оптимальная, в то время как крайние варианты связаны с пониженной или повышенной частотой редких генотипов.

Генетический мониторинг болезней является прямым методом оценки наследственных болезней у потомков непораженных родителей (доминантные и сцепленные с полом). "Сторожевыми" фенотипами могли бы быть: у свиней - порфирия (С ₁₁), волчья пасть (С ₄), гемофилия (С ₁₉), врожденный тремор А111 (сцепление с полом), желтуха новорожденных (С ₁₄); у крупного рогатого скота - пробатоцефалия (баранья голова (А ₄₀), двухсторонняя непроходимость носа (А ₂₂), черепнолицевые дефекты (волчья пасть, заячья губа, А ₂), сцепленные с полом летальные факторы (А ₂₁, А ₁₇ - аномалии передних конечностей, А ₂₈ - зональная безшерстность, А ₃₃ - анадонтия и безшерстность); у овец - серая окраска (Д ₆), недоразвитие и отсутствие ушей (Д ₂), отсутствие ости (Д ₄); у лошадей - сцепленный с полом летальный ген (В ₃) и фредериксборгский летальный фактор "белая леталь" (В ₂); у кур - коротконогость (Е ₁), отсутствие оперения (Е ₂₉), атрезия яйцевода (Е ₃₁); летальный фактор белых корнишей (Е ₆), а также и сцепленные с полом летальные (Е ₇, Е ₂₂, Е ₂₃, Е ₂₄) факторы.

Генетический мониторинг может проводиться по анализу белков и ферментов.

Источником полиморфизма белков сужит полиморфизм генов, который обеспечивается мутационным процессом. Современные иммуногенетические и молекулярно-генетические исследования популяций млекопитающих используют следующие методики: одномерный и двухмерный электрофорез белков сыворотки крови, исследования недостаточности ферментов эритроцитов, молекулярный анализ гемоглобинопатии, определение длины рестрикных участков ДНК, секвенирование генов, что позволяет обнаруживать 25% генных мутаций, в том числе мономорфные редкие варианты белков.

Иммуногенетика свиней достаточно разработана: установлена связь групп крови и белкового полиморфизма с устойчивостью к болезням: аллели локусов групп крови f ^b и l ^bcgi связаны с высоким уровнем естественной резистентности, а аллели f ^a и l ^edfhkm с низкой резистентностью и пониженной жизнеспособностью; установлена связь типов фермента фосфогексоимеразы (РН i) и локуса Н-системы групп крови с чувствительностью к синдрому злокачественной гипертермии (МН ^s), а носителей группы Н ^а Н ^а к синдрому острого стресса (Рse); а аллотипы (аллоантигены сывороточных белков) lрр связаны с артериосклерозом свиней.

Иммуногенетический мониторинг позволит выявлять редкие варианты мономорфных белков (мутации) и редкие гетерозиготные варианты полиморфных белков и комбинаций групп крови (сегрегации и рекомбинации), которые связаны с пониженным адаптивным потенциалом и пополняют генетический груз популяции. В настоящее время предложено большое число систем для идентификации генетически обусловленных форм белков. Большинство спонтанных мутаций белков и ферментов кодоминантны, что позволяет проследить популяционную динамику мутирования во времени и в пространстве.

В конечном итоге интегральная оценка состояния популяции свиней позволит определить их генетический груз, выявить высокоадаптивных животных и оценить генетический риск для популяций человека.