Animal Biotechnology: An Introduction to Animal Biotechnology

Animal Biotechnology: An Introduction to Animal Biotechnology!

Het concept van dierlijke weefselcultuur ontstond voor het eerst in 1903, toen wetenschappers de techniek van het delen van cellen in vitro (in een reageerbuis) ontdekten. Ross Harrisson maakte het begin van de techniek van de dierlijke weefselkweek in 1907 met behulp van kikkerweefsel.

Deze techniek was aanvankelijk beperkt tot koudbloedige dieren. Nader onderzoek bracht echter zelfs de warmbloedige dieren in zijn sfeer. Door de jaren heen zijn verschillende weefsels als explantaten gebruikt en de weefselkweektechniek is inderdaad de ruggengraat van de dierlijke biotechnologie geworden.

Toepassingen van dierlijke weefselkweek:

De moderne biotechnologische hulpmiddelen hebben ook een opmerkelijke invloed op de biotechnologie van dieren. Over de hele wereld worden voortdurend veel innovatieve technieken gebruikt om het vee te verbeteren. De basis van deze aanpak ligt in verandering op verschillende biochemische en moleculaire niveaus. Deze technieken blijken buitengewoon nuttig te zijn bij het ontwikkelen van ziekte-resistente, gezonde en productievere dieren.

Sommige van de gebieden waar deze moleculaire technieken nuttig kunnen zijn, zijn:

Fokken van dieren:

Hoewel traditionele fokprogramma's al vele jaren bestaan, blijft hun toepassing beperkt. Ze zijn niet erg specifiek, omdat conventioneel fokken zou resulteren in een kruising tussen twee dieren waar veel genen tegelijkertijd kunnen worden overgedragen.

Hier kunnen sommige genen nuttig zijn, terwijl andere lastig kunnen zijn. Maar de recombinante DNA-technologie heeft het mogelijk gemaakt om dieren met grote precisie en nauwkeurigheid te fokken. Specifieke genen kunnen in een dierembryo worden ingebracht zonder een verschuiving teweeg te brengen in andere genen die in hetzelfde dier aanwezig zijn.

Een van de belangrijkste toepassingen van deze techniek is de ontwikkeling van nieuwe rassen van productieve koeien die meer voedzame melk kunnen produceren. De melk van een gewone koe mist lactoferrine, een ijzerbevattend eiwit, dat belangrijk is voor de groei van baby's.

Wetenschappers van Gen Pharm International, Californië, hebben nu de transgene stier Herman ontwikkeld, die micro-geïnjecteerd is met het menselijke gen voor lactoferrine. Het fokken van Herman en zijn nageslacht zal een nieuwe bron van voedzame melk blijken te zijn.

vaccins:

Miljarden dollars worden elk jaar besteed aan het verbeteren van landbouwhuisdieren en hun gezondheidszorg. Wetenschappers proberen nu recombinante DNA-technologie te gebruiken om vaccins voor dierlijke bestanden te produceren. Een extreem effectief vaccin is al ontwikkeld voor varkenspseudo-rabiës (herpes-virus). Dit vaccin werd conventioneel vervaardigd door het doden van ziekte veroorzakende microben.

Dit liep een hoog risico op overleving van sommige van deze microben. Een bekend voorbeeld hiervan is de dodelijke mond- en klauwzeer (MKZ). Er zijn veel gevallen geweest in Europa waar het gebruik van het MKZ-vaccin daadwerkelijk een uitbraak van de ziekte veroorzaakte. De moderne recombinante vaccins worden niet met deze kiemen geïnjecteerd. Ze zijn dus veilig in gebruik en kennen een dergelijk risico niet.

Conventionele vaccinproductie is een dure, lage volume-aangelegenheid. Maar moderne recombinante productiesystemen hebben nieuwe perspectieven geopend in de enorme markt voor efficiënte vaccins. Recombinante vaccins scoren ook op hun hoge tempo van ontwikkeling.

De conventionele vaccins kunnen wel twintig tot dertig jaar aan onderzoek en experimenten duren voordat ze klaar zijn voor gebruik. Dit heeft geleid tot een tekort aan belangrijke vaccins. De modemvaccins zijn klaargemaakt in een veel kortere tijdspanne. Wat meer is, deze vaccins zijn actief, zelfs bij kamertemperatuur. Hun beweging en opslag wordt zo veel gemakkelijker.

Diervoeding verbeteren:

Diervoeding is een ander belangrijk punt van zorg dat kan worden aangepakt via biotechnologische hulpmiddelen. We hebben gezien hoe bepaalde bacteriën efficiënt zijn gebruikt om proteïnen tot overexpressie te brengen voor medicinale toepassingen. Evenzo kunnen dierlijke eiwitten zoals somatotropinen tot overexpressie worden gebracht in bacteriën en in grotere hoeveelheden worden gegenereerd voor commerciële doeleinden.

Het geven van kleine hoeveelheden van deze eiwitten aan dieren zoals schapen en koeien heeft al een toename laten zien in de voederconversie-efficiëntie van het dier. Biotechnologische manipulatie kan helpen bij het genereren van varkenssomatotropine (PST), dat niet alleen de voerefficiëntie bij varkens met vijftien tot twintig procent verbetert, maar ook belangrijke voordelen heeft voor de menselijke gezondheidssystemen. PST helpt ook om vetafzettingen te verminderen.

Een ander groeihormoon - Bovine Somatotropin (BST) wordt aan melkkoeien gegeven om hun melkproductie met maar liefst twintig procent te verbeteren. Deze hormonale behandeling verhoogt de voeropname van het dier en verbetert ook de verhouding tussen melk en voer met vijf tot vijftien procent.

De Growth Hormone Releasing Factor (GHRF) is een ander eiwit waarvan is gemeld dat het de voerefficiëntie van dieren verhoogt. Hoewel dit geen groeihormoon is, helpt het het dier bij het verhogen van de productie van groei-eiwitten (hormonen).

Het eerste gebruik van dergelijke technologie werd gevolgd door de angst om deze hormonen via melk en vleesproducten over te dragen aan mensen. Uit uitgebreide studies is echter afdoende gebleken dat deze angsten tot rust zijn gekomen. Tests hebben aangetoond dat deze eiwitten geen enkel effect hebben op het menselijk lichaam en dus veilig zijn voor consumptie.

Transgene dieren maken:

Transgene schapen:

Dolly, het schaap werd in 1997 in Schotland gecreëerd door de nucleaire overdrachtstechniek. Hier werd de kern van een 'donor' borstkliercel geïnjecteerd in een ontvangende cel (ei) (waarvan de kern was verwijderd). Deze cel werd vervolgens in een receptieve surrogaatmoeder geïmplanteerd en uiteindelijk ontwikkelde deze zich tot Dolly - de 'kloon van de donor'. Dit werd gevolgd door de geboorte van Polly - het transgene lammetje dat een menselijk gen bevat (Fig. 3).

De ontwikkeling van Dolly en Polly, de eerste gekloonde dieren creëerden golven over de hele wereld. Deze prestatie is inderdaad belangrijk, omdat het niet alleen een grote wetenschappelijke prestatie markeert, maar ook de weg effent voor de generatie van vele andere gekloonde dieren, die waardevolle menselijke eiwitten bevatten.

Transgene geit:

In dit geval werden de foetale cellen verkregen van een dertig dagen oude vrouwelijke geitenfoetus. Het AT III-gen, een menselijk gen dat codeert voor anti-stollingsproteïne, werd verslaafd aan de promotor en geïnjecteerd in de kern van het nieuw bevruchte ei.

Na het verwijderen van de kern van de ontvangende eicel (ontkernde toestand), werd de donoreicel gefuseerd met foetale fibroblastcellen die het menselijke gen bezitten. Vervolgens werd het gekloonde embryo overgebracht naar een ontvangende vrouwelijke geitenmoeder.

Het aldus ontwikkelde vrouwelijke nageslacht is in staat om melk te produceren die menselijk eiwit bevat. Dit eiwit kan gemakkelijk uit de melk worden gehaald en voor talrijke farmaceutische doeleinden worden gebruikt. De ontwikkeling van deze geiten met menselijke genen is een van de eerste toepassingen van het nucleaire overdrachtsproces.

PPL Therapeutics, een in het Verenigd Koninkrijk gevestigd bedrijf, heeft al vijf transgene lammeren ontwikkeld. De directeur van het bedrijf, Dr. Alan Colman, zegt dat deze lammeren het besef zijn 'van de visie om instantvlokken of kuddes te produceren die zeer snel hoge concentraties waardevolle therapeutische eiwitten produceren. De laatste tijd zijn varkens ook gekloond met behulp van meer innovatieve kloneringstechnieken. Deze varkens zouden zeer nuttig kunnen zijn voor de voedingsindustrie.

Xenotransplantatie: orgaantransplantatie van de ene soort naar de andere

Orgaantransplantatie, de nieuwste biotech-prestatie, is een kostenefficiënte behandeling gebleken voor hart-, nier-, long- en andere ziekten. Organen van soorten zoals varkens worden verondersteld veelbelovende bronnen van donororganen voor de mens te zijn. Deze praktijk wordt 'Xenotransplantatie' genoemd.

Het eerste xenotransplantatie-experiment werd uitgevoerd in 1905, toen een Franse chirurg plakjes van een konijnennier in een menselijke patiënt transplanteerde. De eerste experimenten met het transplanteren van chimpansee-nieren in mensen werden uitgevoerd in 1963-64. Een van de patiënten die de getransplanteerde nier ontving, overleefde negen maanden lang.

Getransplanteerde hartkleppen van varkens worden vaak gebruikt voor de behandeling van verschillende vormen van ernstige hartziekten. Ingekapselde dierlijke cellen worden ook gezien als een veelbelovende onderzoeksrichting bij het behandelen van diabetes. De ziekte van Parkinson en de acute pijn veroorzaakt door bepaalde medicamenteuze therapieën. Vloeistoffen en weefsels van koeien worden ook al decennia lang gebruikt om medicijnen en andere gezondheidsproducten te produceren.

Het grootste obstakel voor xenotransplantatie is het immuunsysteem van het menselijk lichaam tegen infectie. Soms zorgt de introductie van een niet-menselijk weefsel in het menselijk lichaam voor een hyperactieve afstoting en kan het hele lichaam de bloedstroom naar het gedoneerde orgaan afsnijden. Ook hier komt de biotechnologie binnen om de dag te redden. Varkens worden nu gekloond om organen te produceren, die door het menselijk lichaam worden herkend.

Deze varkens zijn ontwikkeld door genetisch materiaal van foetale varkensleercellen te micro-injecteren in eieren, die geen eigen genetisch materiaal hadden. Deze methode staat bekend als de 'Honolulu Techniek', omdat het Teruhiko Wakayama was en zijn groep aan de Universiteit van Honolulu (VS) die deze methode als eerste gebruikte om muizen te klonen.

Deze techniek heeft geleid tot de ontwikkeling van de eerste mannelijke zoogdierkloon. Deze methode is zeer geliefd omdat het alleen de overdracht van de foetale donorcel betreft. Andere methoden, zoals die gebruikt bij het kloneren van Dolly, vereisen de fusie van de gehele donorcel met het ontkernde ei.

Xena - het gekloonde zwarte varken kan een stap voorwaarts zijn in het produceren van organen voor transplantatie. De volgende stap zou zijn om het genoom van dit gekloonde varken te modificeren, zodat de organen verkregen van dergelijke dieren geen gevaar van afstoting zouden kunnen vormen bij gebruik voor transplantatie. Het ethische dilemma van dergelijke transplantaties en de waarschijnlijkheid van overdracht van onbekende ziektevirussen moeten echter nog worden aangepakt.

Embryo-overdracht:

Runderembryo-overdracht is een andere techniek van genetische manipulatie. Het belangrijkste voordeel van embryotransfer is dat het de reproductiecapaciteit van nuttig vee, zoals koeien en buffels, verhoogt. Een dergelijke overdracht kan ook het generatie-interval tussen selectiestappen verminderen door een groot percentage nakomelingen van jonge donoren te hebben.

In sommige gevallen maakt embryotransfer zelfs koeien en buffels mogelijk die onvruchtbaar zijn geworden door een ziekte, verwonding of veroudering, om nageslacht te hebben. Embryo transfer (ET) -technieken zijn ook ontwikkeld voor kamelen en kalveren. Deze studie is uitgevoerd in het National Research Centre on Camel in Bikaner.