Công nghệ sinh học động vật: Giới thiệu về công nghệ sinh học động vật

Công nghệ sinh học động vật: Giới thiệu về công nghệ sinh học động vật!

Khái niệm nuôi cấy mô động vật lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1903, khi các nhà khoa học phát hiện ra kỹ thuật phân chia tế bào trong ống nghiệm (trong ống nghiệm). Ross Harrisson đã bắt đầu kỹ thuật nuôi cấy mô động vật vào năm 1907 bằng cách sử dụng mô ếch.

Kỹ thuật này ban đầu chỉ giới hạn ở động vật máu lạnh. Tuy nhiên, các nghiên cứu tiếp theo đã đưa cả những động vật máu nóng vào quả cầu của nó. Trong những năm qua, các mô khác nhau đã được sử dụng làm nhà thám hiểm và kỹ thuật nuôi cấy mô thực sự đã trở thành xương sống của công nghệ sinh học động vật.

Các ứng dụng của nuôi cấy mô động vật:

Các công cụ công nghệ sinh học hiện đại cũng có ảnh hưởng đáng kể đến công nghệ sinh học động vật. Nhiều kỹ thuật sáng tạo liên tục được sử dụng trên khắp thế giới để cải thiện chăn nuôi. Nền tảng của phương pháp này nằm ở sự thay đổi ở các cấp độ sinh hóa và phân tử khác nhau. Những kỹ thuật này đang được chứng minh là cực kỳ hữu ích trong việc phát triển các động vật kháng bệnh, khỏe mạnh và năng suất cao hơn.

Một số lĩnh vực mà các kỹ thuật phân tử này có thể chứng minh hữu ích bao gồm:

Chăn nuôi:

Mặc dù các chương trình nhân giống truyền thống đã có từ nhiều năm nay, nhưng ứng dụng của chúng vẫn còn hạn chế. Chúng không đặc biệt lắm, vì việc nhân giống thông thường sẽ dẫn đến sự giao thoa giữa hai loài động vật nơi nhiều gen có thể được chuyển giao đồng thời.

Ở đây, một số gen có thể hữu ích trong khi những gen khác có thể gây rắc rối. Nhưng công nghệ DNA tái tổ hợp đã giúp nhân giống động vật với độ chính xác và chính xác cao. Các gen cụ thể có thể được đưa vào phôi động vật mà không gây ra sự thay đổi trong các gen khác có trong cùng một động vật.

Một trong những ứng dụng chính của kỹ thuật này là phát triển các giống bò sản xuất mới có thể sản xuất sữa bổ dưỡng hơn. Sữa của một con bò bình thường thiếu lactoferrin, một loại protein có chứa sắt, rất có ý nghĩa đối với sự phát triển của trẻ sơ sinh.

Các nhà khoa học tại Gen Pharm International, California, hiện đã phát triển giống bò Herman biến đổi gen, được tiêm vi-rút gen người cho lactoferrin. Sự sinh sản của Herman và con cháu của nó sẽ chứng tỏ là một nguồn sữa dinh dưỡng mới.

Vắc xin:

Hàng tỷ đô la được chi mỗi năm để cải thiện động vật trang trại và chăm sóc sức khỏe của chúng. Các nhà khoa học hiện đang cố gắng sử dụng công nghệ DNA tái tổ hợp để sản xuất vắc-xin cho động vật. Một loại vắc-xin cực kỳ hiệu quả đã được phát triển cho bệnh dại giả lợn (herpes-virus). Vắc-xin này được sản xuất thông thường bằng cách tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh.

Điều này có nguy cơ cao về sự sống sót của một số vi khuẩn này. Một ví dụ phổ biến về điều này là bệnh tay chân miệng (FMD) gây tử vong. Đã có nhiều trường hợp ở châu Âu nơi việc sử dụng vắc-xin FMD thực sự gây ra sự bùng phát của căn bệnh này. Các vắc-xin tái tổ hợp hiện đại không được tiêm các vi trùng này. Do đó, chúng an toàn để sử dụng và không có rủi ro như vậy.

Sản xuất vắc-xin thông thường là một vấn đề chi phí cao, khối lượng thấp. Nhưng các hệ thống sản xuất tái tổ hợp modem đã mở ra các vistas mới trong thị trường khổng lồ cho các loại vắc-xin hiệu quả. Vắc-xin tái tổ hợp cũng ghi điểm về tốc độ phát triển nhanh của chúng.

Các vắc-xin thông thường có thể mất đến hai mươi đến ba mươi năm nghiên cứu và thử nghiệm trước khi chúng sẵn sàng để sử dụng. Điều này đã gây ra sự thiếu hụt các loại vắc-xin quan trọng. Các vắc-xin modem được thực hiện trong một khoảng thời gian ngắn hơn nhiều. Hơn nữa, những vắc-xin này đang hoạt động ngay cả ở nhiệt độ phòng. Chuyển động và lưu trữ của họ do đó trở nên dễ dàng hơn nhiều.

Cải thiện dinh dưỡng động vật:

Dinh dưỡng động vật là một mối quan tâm lớn khác có thể được giải quyết thông qua các công cụ công nghệ sinh học. Chúng tôi đã thấy làm thế nào một số vi khuẩn đã được sử dụng một cách hiệu quả để biểu hiện quá mức protein cho các ứng dụng y tế. Tương tự, các protein động vật như somatotropin có thể được biểu hiện quá mức ở vi khuẩn và được tạo ra với số lượng lớn hơn cho mục đích thương mại.

Cung cấp một lượng nhỏ các protein này cho động vật như cừu và bò đã cho thấy sự gia tăng hiệu quả chuyển đổi thức ăn của động vật. Thao tác công nghệ sinh học có thể giúp tạo ra porcine Somatotropin (PST), không chỉ cải thiện hiệu quả thức ăn ở lợn từ 15 đến 20% mà còn có lợi ích quan trọng đối với hệ thống sức khỏe của con người. PST cũng giúp giảm tiền gửi chất béo.

Một loại hormone tăng trưởng khác - Bovine Somatotropin (BST) được cung cấp cho bò sữa để cải thiện sản lượng sữa của chúng lên tới hai mươi phần trăm. Điều trị nội tiết tố này làm tăng lượng thức ăn của động vật, và cũng tăng tỷ lệ sữa cho thức ăn từ năm đến mười lăm phần trăm.

Yếu tố giải phóng hormone tăng trưởng (GHRF) là một loại protein khác đã được báo cáo để tăng hiệu quả sử dụng thức ăn của động vật. Mặc dù đây không phải là hormone tăng trưởng, nhưng nó hỗ trợ động vật tăng sản xuất protein tăng trưởng (hormone).

Việc sử dụng ban đầu của công nghệ như vậy được theo sau bởi nỗi sợ chuyển các hormone này cho con người thông qua các sản phẩm sữa và thịt. Tuy nhiên, các nghiên cứu sâu rộng đã kết luận khiến những nỗi sợ hãi này được nghỉ ngơi. Các thử nghiệm đã chứng minh rằng các protein này không có bất kỳ tác dụng nào đối với cơ thể con người, và do đó an toàn cho tiêu dùng.

Tạo động vật biến đổi gen:

Cừu chuyển gen:

Dolly, cừu được tạo ra ở Scotland vào năm 1997 bằng kỹ thuật chuyển giao hạt nhân. Tại đây, nhân của tế bào động vật có vú 'người hiến' đã được tiêm vào tế bào người nhận (trứng) (nhân đã bị loại bỏ). Tế bào này sau đó được cấy vào người mẹ thay thế dễ tiếp nhận và cuối cùng nó đã phát triển thành Dolly - 'bản sao của người hiến tặng'. Tiếp theo đó là sự ra đời của Polly - cừu chuyển gen có chứa gen người (Hình 3).

Sự phát triển của Dolly và Polly, những động vật nhân bản đầu tiên đã tạo ra làn sóng trên toàn thế giới. Chiến công này thực sự có ý nghĩa, vì nó không chỉ đánh dấu một thành tựu khoa học vĩ đại, mà còn mở đường cho việc tạo ra nhiều động vật nhân bản khác, mang protein có giá trị của con người.

Dê chuyển gen:

Trong trường hợp này, các tế bào của thai nhi được lấy từ một bào thai dê ba mươi ngày tuổi. Gen AT III, một loại protein chống đông máu mã hóa gen người đã được nối với chất kích thích và tiêm vào nhân của trứng mới được thụ tinh.

Sau khi loại bỏ nhân của tế bào trứng người nhận (điều kiện được mã hóa), tế bào trứng của người hiến đã được hợp nhất với các tế bào nguyên bào sợi của thai nhi sở hữu gen người. Sau đó, phôi được nhân bản đã được chuyển thành một con dê cái mẹ.

Do đó, con cái phát triển có khả năng sản xuất sữa có chứa protein của con người. Protein này có thể dễ dàng được chiết xuất từ ​​sữa và được sử dụng cho nhiều mục đích dược phẩm. Sự phát triển của những con dê có gen người là một trong những ứng dụng đầu tiên của quá trình chuyển giao hạt nhân.

PPL Therapeutics, một công ty có trụ sở tại Anh đã phát triển năm con cừu chuyển gen. Giám đốc của công ty, Tiến sĩ Alan Colman nói rằng những con cừu này là sự hiện thực hóa 'tầm nhìn để tạo ra đàn hoặc đàn ngay lập tức tạo ra nồng độ cao protein có giá trị rất nhanh. Muộn, lợn cũng đã được nhân bản bằng cách sử dụng các kỹ thuật nhân bản cải tiến hơn. Những con lợn này có thể rất hữu ích cho ngành công nghiệp thực phẩm.

Xenotransplantation: Cấy ghép nội tạng từ loài này sang loài khác

Ghép tạng, kỳ công công nghệ sinh học mới nhất, đã được chứng minh là một phương pháp điều trị hiệu quả về chi phí cho các bệnh về tim, thận, phổi và các bệnh khác. Các cơ quan từ các loài như lợn được cho là nguồn cung cấp nội tạng đầy hứa hẹn cho con người. Thực hành này được gọi là 'Xenotransplantation'.

Thí nghiệm xenotransplantation đầu tiên được thực hiện vào năm 1905, khi một bác sĩ phẫu thuật người Pháp ghép những lát thận thỏ vào một bệnh nhân người. Các thí nghiệm đầu tiên ghép thận tinh tinh vào người được tiến hành vào năm 1963-64. Một trong những bệnh nhân được ghép thận đã sống sót sau 9 tháng.

Van tim ghép từ lợn thường được sử dụng để điều trị các dạng bệnh tim nặng khác nhau. Các tế bào động vật đóng gói cũng được xem là một con đường đầy hứa hẹn của nghiên cứu trong điều trị bệnh tiểu đường. Bệnh Parkinson và cơn đau cấp tính do một số phương pháp điều trị bằng thuốc. Chất lỏng và mô từ bò cũng đã được sử dụng để sản xuất thuốc và các sản phẩm y tế khác trong nhiều thập kỷ.

Trở ngại chính cho xenotransplantation là hệ thống miễn dịch của cơ thể con người chống lại nhiễm trùng. Đôi khi, việc đưa mô không phải người vào cơ thể người sẽ tạo ra sự đào thải quá mức và toàn bộ cơ thể có thể cắt đứt dòng máu chảy đến cơ quan được hiến tặng. Ở đây một lần nữa, công nghệ sinh học bước vào để tiết kiệm trong ngày. Lợn hiện đang được nhân bản để sản xuất nội tạng, sẽ được cơ thể con người công nhận.

Những con lợn này được phát triển bằng cách siêu nhỏ vật liệu di truyền từ tế bào da heo của thai nhi thành trứng, không có vật liệu di truyền của riêng chúng. Phương pháp này được gọi là 'Kỹ thuật Honolulu', vì chính Teruhiko Wakayama và nhóm của ông tại Đại học Honolulu (Hoa Kỳ) là người đầu tiên sử dụng phương pháp này để nhân bản chuột.

Kỹ thuật này đã dẫn đến sự phát triển của bản sao động vật có vú nam đầu tiên. Phương pháp này rất được ưa chuộng vì nó chỉ liên quan đến việc chuyển tế bào của người hiến tặng thai nhi. Các phương pháp khác, giống như phương pháp được sử dụng trong nhân bản của Dolly, đòi hỏi sự hợp nhất của toàn bộ tế bào của người hiến với trứng được mã hóa.

Xena - con lợn đen nhân bản có thể là một bước tiến trong việc sản xuất các bộ phận để cấy ghép. Bước tiếp theo sẽ là sửa đổi bộ gen của con lợn nhân bản này, để các cơ quan thu được từ những con vật đó không có nguy cơ bị từ chối khi được sử dụng để cấy ghép. Tuy nhiên, tình trạng khó xử về đạo đức của các ca cấy ghép như vậy và xác suất truyền virut bệnh chưa biết vẫn còn phải giải quyết.

Phôi được chuyển hóa:

Chuyển phôi bò là một kỹ thuật khác của thao tác di truyền. Ưu điểm chính của chuyển phôi là nó làm tăng khả năng sinh sản của gia súc có ích như bò và trâu. Chuyển như vậy cũng có thể làm giảm khoảng cách thế hệ giữa các bước lựa chọn bằng cách có một tỷ lệ lớn con cháu của các nhà tài trợ trẻ.

Trong một số trường hợp, chuyển phôi thậm chí cho phép bò và trâu bị vô sinh do bệnh, chấn thương hoặc lão hóa, có thể sinh con. Kỹ thuật chuyển phôi (ET) cũng đã được phát triển cho lạc đà và bê. Nghiên cứu này đã được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu quốc gia về lạc đà tại Bikaner.