Elena Rice, Mark Cigan and Mandy Schmidt dla Progressive Dairy
Większość ludzi uważa opiekę nad zwierzętami za moralną odpowiedzialność. Ale dla rolników jest to coś więcej. Podstawowym celem rolnika jest pielęgnowanie i ochrona zwierząt. Ich utrzymanie zależy od współczucia innym żywym stworzeniom. Zdrowe zwierzę to zwierzę produktywne.
Wydajność stada mlecznego jest wypadkową potencjału genetycznego i wpływu środowiska, w mniejszym lub większym stopniu. Na przykład choroby rozprzestrzeniające się przez klatki dla cieląt dotykają wszystkich zwierząt, nie zważając na ich potencjał genetyczny. Cielę o wartości Net Merit 200 USD (NM $) choroba możne dotknąć tak samo, jak elitarną matkę przyszłego dawcy o wartości 1000 USD NM $.
Syndrom oddechowy u cieląt (BRD- Bovine Respiratory Disease) jest jedną z najczęstszych i najbardziej kosztownych chorób dotykających przemysł mleczarski i wołowy. Nawet najbardziej skrupulatni hodowcy cieląt mogą paść ofiarą fatalnych objawów BRD: ekstremalnych trudności w oddychaniu, wysokiej gorączki oraz wydzieliny z nosa i / lub oka.
Pomimo naszych najlepszych starań, jako opiekunów zwierząt z nowoczesną medycyną, BRD nadal dewastuje populacje cieląt, powodując znaczne upadki. Straty ekonomiczne występują również w wyniku zmniejszenia przyrostu masy ciała, kosztów leczenia, kosztów pracy i zmniejszenia wydajności produkcji w późniejszym okresie życia.
Wielkie nadzieje, związane ze zwiększaniem odporności zwierząt na BRD i podobne choroby, pokładane są w nowych technologiach takich, jak edycja genów. Edycja genów jest najczystszym i najzdrowszym sposobem zmniejszenia cierpienia zwierząt z powodu chorób. W rezultacie szczepienia dla zwierząt gospodarskich i podawanie antybiotyków można znacznie zmniejszyć. Zwierzęta mogą mieć wyższą jakość życia przy mniejszej liczbie chorób i niepotrzebnego cierpienia. Będą również osiągać lepsze wyniki przy mniejszej liczbie wyzwań środowiskowych ograniczających potencjał genetyczny. Nigdy w historii hodowli zwierząt nie było lepszej okazji, aby pomóc zwierzętom dobrze funkcjonować w stanie naturalnym.
Supermocne dziedziczenie Mendla
Ludzie udomowili zwierzęta w celu produkcji żywności tysięce lat temu. Jeszcze przed latami 60-tymi XIX wieku, kiedy Gregor Mendel wprowadził pojęcie dziedziczenia genetycznego, rolnicy nieświadomie wybiórczo kojarzyli zwierzęta w celu uzyskania preferowanych cech genetycznych. Najzdrowsi i najbardziej produktywni rodzice tworzyli jako swoje potomstwo, najbardziej niezawodne źródło pożywienia.
Nowoczesna technologia z testami genomowymi pozwala na korelację widocznej wydajności z lokalizacjami kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) zwierzęcia. Na przykład zidentyfikowano geny, które zwiększają produkcję mleka i negatywnie wpływają na płodność. Nowoczesne programy hodowlane mogą mieć strategiczne znaczenie przy podejmowaniu decyzji, które geny należy wprowadzić do stada.
Prawdopodobnie najbardziej wpływowym narzędziem ewolucji genetycznej bydła mlecznego była „dobra staromodna” sztuczna inseminacja (A.I.). Ojcowie są intensywnie wybierani pod kątem preferowanych cech. Tylko najbardziej pożądani „nosiciele cech genetycznych” tworzą następne pokolenie. Edycja genów nie jest rewolucyjną koncepcją w porównaniu do wpływu sztucznej inseminacji i selekcji genomowej. Jest to po prostu ewolucja tego, co już robią rolnicy: dążenie do bezpiecznego i wydajnego żywienia świata.
Precyzyjne „modyfikacje genetyczne”
Edycja genów to zaawansowana metoda hodowli, w której naukowcy dokonują precyzyjnych poprawek kodów genetycznych. Moc polega na przyspieszaniu rozwoju nowych odmian zwierząt i roślin. Te odmiany w większości przypadków już istnieją w przyrodzie. Jednak wprowadzenie ich do aktualnie dostępnego materiału genetycznego organizmów zajęłoby dużo czasu.
Wykorzystując analogię do uproszczonego punktu widzenia, edycję genów można traktować jako funkcję „znajdź i zamień” używaną na komputerach do korygowania błędów pisowni w dokumentach tekstowych. Nici genetyczne mają linie kodu „zapisane” w DNA, które informują komórkę, jak się zachować. Zamiast zmieniać litery w dokumencie słownym, edycja genów wyszukuje i modyfikuje określone nukleotydy, które składają się na DNA.
Funkcjonalność genów, którą czasem mogą upośledzać naturalnie występujące mutacje genetyczne, można poprawić dzięki edycji genów. Poprawki mogą pomóc w wyłączeniu szkodliwych genów i skorygowaniu mutacji odpowiedzialnych za rozwój choroby.
Usunięcie fragmentu DNA odpowiedzialnego za interakcję z wirusem i umożliwienie jego przenoszenia lub replikacji może ostatecznie pozwolić komórkom na bycie wolnymi od wirusów. W sytuacjach, w których pożądana modyfikacja usuwa część kodu genetycznego, proces samoleczenia komórkowego automatycznie naprawia przerwy w DNA.
Jedną z technik edycji genów jest CRISPR-Cas9 (regularnie zgrupowane, przeplatane krótkie powtórzenia palindromowe i białko 9 związane z CRISPR). Ta technika została zaadaptowana z naturalnie występującego systemu edycji genów występującego w mikroorganizmach. Jest to kombinacja białka Cas9, które tnie DNA, i programowalnego kwasu rybonukleinowego (RNA), zwanego „przewodnikiem RNA”. Te RNA można zaprojektować w celu znalezienia dokładnych części genomu.
Edycje DNA mogą być zawarte w komórkach materiału genetycznego, takich jak komórki plemników lub zarodki. Zmiany wprowadzone w genach zostaną przekazane potomstwu. Przyszłe pokolenia odziedziczyłyby lepszy przepisany kod genetyczny poprzez naturalną hodowlę.
Tworzenie zmian lub pożądanych mutacji za pomocą CRISPR może być bardzo podobne do mutacji DNA, które już występują w naturze. Edycja genów pomaga biologii robić to, co dzieje się normalnie, tylko trochę szybciej.
Sukces hodowli zwierząt
W ciągu ostatnich kilku lat dokonano znaczących przełomów w badaniach nad edycją genów w przestrzeni hodowli zwierząt. Technologia stała się na tyle zaawansowana, że z powodzeniem może być stosowana u żywych zwierząt.
Przez dziesięciolecia producenci wieprzowiny walczyli z wirusem zespołu rozrodczo-oddechowego świń (PRRSv). Świnie, które zachorują na tę chorobę, mają ekstremalne trudności z rozmnażaniem się, powolny wzrost i wysoką śmiertelność. Miliony świń giną co roku z powodu tej choroby lub skutków ubocznych, co kosztuje amerykański przemysł wieprzowy setki milionów dolarów rocznie. Szczepienia nie były skuteczne w zapobieganiu lub leczeniu PRRSv.
W 2015 r. zespół naukowców z Genus plc i Uniwersytetu w Missouri podjęli współpracę, celem zbadania tej choroby. Odkryli u świń białko o nazwie CD163, którego potrzebuje wirus, aby przetrwać w zwierzętach. Korzystając z CRISPR-Cas9, z powodzeniem dokonali edycji genu, który sprawia, że białko CD163 występuje w miocie świń. Kiedy wystawili miot na działanie PRRSv, wszystkie prosięta pozostały zdrowe.
Podczas, gdy nadal czynione są postępy w nadziei, że geny odporne na PRRSv, ratujące życie, będą dostępne dla ochrony świń na całym świecie, priorytetem Genus jest bezpieczeństwo i zdrowie ludzkie, a firma jest zobowiązana do zapewnienia, że edycja genów stworzy pożądaną cechę i nie tworzy żadnych nieoczekiwanych cech.
Genus stara się o zatwierdzenie przez FDA (Agencja ds. Żywności i Leków) i będzie spełniać wszystkie wymogi FDA w zakresie badań i bezpieczeństwa, a także wymagania innych organów regulacyjnych na rynkach na całym świecie. Jeśli osiągnie komercjalizację odpornych na choroby świń po edycji genów, wdroży stały system monitorowania zwierząt poddanych edycji genów.
Potencjał dla przemysłu mleczarskiego
Zastosowanie edycji genów w przemyśle mleczarskim koncentruje się na zmniejszeniu wpływu śmiertelnych chorób. BRD jest złożoną, ale powszechną i kosztowną chorobą bydła. Obejmuje szeroką gamę objawów płucnych, od przewlekłych do śmiertelnych chorób układu oddechowego.
Zdarzenia w życiu młodego cielęcia, które powodują stres, takie jak odsadzanie lub transport, mogą predysponować cielęta do interakcji między ich mechanizmami obronnymi a czynnikami zakaźnymi. Początkowy patogen, taki jak wirus, może zmienić układ odpornościowy i nieimmunologiczny cielęcia, aby umożliwić powstanie toksyny bakteryjnej w dolnych drogach oddechowych.
Obecnie opracowywany projekt Genus polega na edycji genu, który umożliwia interakcję z jedną z toksyn związanych z BRD. Chociaż ten projekt jest wciąż w fazie badań, to znaczące kroki w kierunku eliminacji BRD przyniosłyby ogromne korzyści dla dobrostanu zwierząt w przemyśle mleczarskim i stabilności gospodarczej.
Istnieje ogromna chęć zrozumienia i poprawy odporności na wiele chorób zwierząt gospodarskich. Innowacje na taką skalę muszą być oparte na pracy zespołowej wszystkich aspektów branży. Na poziomie gospodarstwa dokładne gromadzenie danych dotyczących wydajności i zdarzeń zdrowotnych ma kluczowe znaczenie dla korelacji cech genetycznych. Uchwycenie tego, co rolnicy widzą po stronie krów w spójnym formacie w oprogramowaniu do zarządzania stadem, pomaga znaleźć cechy genetyczne. Osoby odpowiedzialne w gospodarstwie za odchów cieląt, monitorowanie kojców porodowych i właściciel stada mają ogromną moc wpływania na kolejny przełom biotechnologiczny.
Rolnicy są świadomi, że świat chce, aby zwierzęta były zdrowsze. Chcą także, aby rosnąca populacja ludzi była karmiona bezpiecznymi i zrównoważonymi dostawami żywności, pomimo zmniejszających się zasobów. Edycja genów zaspokaja oba te elementy. Jest to innowacja w zakresie hodowli zwierząt, przynosząca obopólne korzyści konsumentom na całym świecie.
Mark Cigan jest dyrektorem ds. rozwoju cech w Genus plc.
Mandy Schmidt jest specjalistą ds. usług genetycznych bydła mlecznego w Ameryce Północnej dla ABS Global.
Elena Rice jest Dyrektorem Naukowym i Szefem Działu Badań i Rozwoju w Genus plc.
Originally published on Progressive Dairy
