Изменение физиологического статуса лабораторных и сельскохозяйственных животных

Одними из первых указаний на возможность использования трансгеноза для изменения физиологических параметров и физической конституции организма животных были результаты работ по экспрессии трансгенов гормонов, контролирующих рост млекопитающих: рилизинг-фактора гормона роста (GRF), соматостатина и самого гормона роста (growth hormone, GH). Гормон роста индуцирует образование в печени инсулиноподобного фактора роста I (IGF-I), который, в свою очередь, ускоряет пролиферацию клеток. Повышенное внутриклеточное содержание GH крысы, быка или человека в клетках трансгенных мышей сопровождалось ускорением их роста через три недели после рождения, рост стабилизировался через 12 недель, когда размер мышей в два раза превышал обычный. К аналогичному эффекту приводила экспрессия у трансгенных мышей гена GRF человека, находящегося под контролем промотора гена металлотионеина, который стимулировал эндогенное образование GH, что сопровождалось повышением внутриклеточного уровня IGF-I-мРНК и ускорением роста трансгенных животных.

Увеличение уровня экспрессии GH у трансгенных мышей обусловливает и ряд других физиологических реакций организма. Например, под действием трансгена GH отмечены ингибирование биосинтеза эндогенного GH и дегенерация соматотропных клеток гипофиза, в норме продуцирующих этот гормон. Экспрессия приводила, кроме того, к изменению половых различий в строении печени, ослаблению фертильности самок и преждевременному старению трансгенных животных.

Результаты таких опытов легли в основу целого направления прикладных исследований, в которых были предприняты попытки изменения физиологического статуса сельскохозяйственных животных путем гормональных воздействий, опосредованных трансгенами. Были получены трансгенные овцы и свиньи, однако результаты оказались не вполне удовлетворительными из-за вышеупомянутых побочных эффектов GH. Решение этой проблемы, по-видимому, лежит на пути создания трансгенных животных с регулируемой экспрессией трансгенов. М. Мак-Грейну с соавторами недавно удалось получить гигантских мышей с помощью трансгена GH быков, экспрессирующегося под контролем регуляторной области крысиного гена З-энолпируваткарбоксикиназы, для которого характерна тканеспецифическая экспрессия в печени и почках. Авторам удалось управлять экспрессией трансгена путем изменения содержания углеводов и белков в пищевом рационе мышей. Такой же подход был успешно применен для получения полноценных трансгенных свиней, которые характеризовались ускоренным увеличением веса и существенным уменьшением содержания жира в тканях.

Другое направление биотехнологии, в котором используется трансгеноз, – изучение возможности биосинтеза чужеродных белков в клетках молочных желез млекопитающих с последующей их секрецией в молоко. Идея этого подхода заключается в применении молочных желез крупных сельскохозяйственных животных в качестве биореакторов для биосинтеза биологически активных пептидов и белков. Предполагалось, что в результате экспрессии трансгенов в клетках молочных желез удастся синтезировать рекомбинантные белки, претерпевшие правильные посттрансляционные модификации (в частности гликозилирование), что, как правило, не удается делать в других генетических системах.

Уже в первых опытах с трансгенами тканевого активатора плазминогена (tPA) человека, интегрированными в геном в виде кДНК, была показана возможность специфической экспрессии его в молочных железах мышей, причем содержание функционально активного tPA составляло около 0, 1 мг на 1 мл. Похожие результаты были получены с трансгенами фактора IХ коагуляции крови, a1-антитрипсина, g-интерферона, фолликулостимулирующего гормона и интерлейкина 2 человека, а также ряда других белков, имеющих значение для биотехнологии.

Во всех вышеперечисленных направлениях исследований усилия были сосредоточены на получении трансгенных животных-биореакторов, секретирующих в молоко белковые продукты экспрессии трансгенов, что предполагает их дальнейшую очистку. В отличие от этого в других исследованиях предпринимались попытки изменения формулы и питательных свойств молока. В частности, Дж. Симмонсу с соавторами удалось получить экспрессию гена b-лактальбумина овец в молочных железах трансгенных мышей. Авторы не исключали принципиальной возможности сделать состав молока крупных сельскохозяйственных животных более пригодным для новорожденных детей или людей, обладающих повышенной чувствительностью к лактозе.