Genové úpravy

Genově upravená hospodářská zvířata

Tradičními metodami chovu a šlechtění se v průběhu času dosáhlo výrazného zlepšení užitkovosti hospodářských zvířat. Aktivní výzkum genů souvisejících s užitkovostí a genové inženýrství představují další nové možnosti ke zvýšení užitkovosti hospodářských zvířat, ke zvýšení jejich odolnosti vůči specifickým chorobám a k využití zvířecích modelů v biomedicíně.

Technologie genového inženýrství

Technologie genového inženýrství se vyvíjely, od náhodných, časově náročných a pracných metod ke specifickým, časově úsporným, pohodlným a stabilním metodám.

 

První pokusy o genetické inženýrství se týkaly především laboratorních zvířat, jako jsou myši, kde bylo genetické inženýrství prováděno pomocí exogenních vektorů, které byly zavedeny do virů za účelem infikování buněk nebo embryí oplodněných in vitro. V té době však byly exogenní geny náhodně vkládány do genomu, což byl přístup, který měl svá omezení včetně nízké účinnosti, nežádoucího vložení genomu a někdy k přenosu zárodečných linií nedošlo nebo byl během generací umlčen. Navíc rané technologie vyžadovaly spoustu času a zdrojů a sofistikované genové inženýrství nebylo možné. V důsledku toho bylo obtížné aplikovat genové inženýrství na hospodářská zvířata.

 

Objev genových nůžek způsobil revoluci v genovém inženýrství a překonal omezení tradičních technologií. Zinc Finger Nucleases (ZFN), první nástroj pro úpravu genů, byl aplikován na hlodavce v roce 2009 (krysa) a 2010 (myš) a ukázal velký potenciál. ZFN má několik nedostatků, jako je nízká účinnost a cytotoxicita, nicméně téměř všechna omezení ZFN byla vyřešena se vznikem TALEN a CRISPR/Cas9, který byl objeven v roce 2012 a lze jej aplikovat v eukaryotických buňkách. Díky tomu se úprava genů a produkce geneticky upravených hospodářských zvířat stala snadná a rychlá.

 

Vyšší užitkovost

U skotu byl gen myostatinu (MSTN), který inhibuje růst svalů, upraven a v roce 2015 se úspěšně narodila telata se zvýšenou svalovou hmotou. Z výsledků editace genů u skotu bylo prokázáno, že mutace se přenáší na další generaci, což pokládá základ pro chov skotu s mutací genu MSTN.

 

Holštýnské plemeno skotu absorbuje hodně světla a je náchylné k vysokému tepelnému stresu. V souladu s tím byla indukována mutace genu PMEL, který určuje černou barvu chlupů, a výsledkem jsou šedé chlupy. V roce 2022 novozélandští vědci oznámili, že se úspěšně narodila telata s mutací PMEL, což ukázala skutečná změna barvy jejich chlupů. V jiné studii byl ke zmírnění tepelného stresu u skotu editován gen SLICK, který souvisí s délkou srsti.

Mutace genu PMEL chrání holštýnské krávy před tepelným stresem.

 

V roce 2011 byly vytvořeny krávy, které postrádaly beta-laktoglobulin (BLG), který je známý jako hlavní alergen v mléce a v roce 2018 bylo potvrzeno, že mléko produkované těmito kravami neobsahuje žádný beta-laktoglobulin.

        

První klonovaná prasata s mutací genu MSTN byla úspěšně vytvořena v roce 2015, kromě relativně vysoké svalové hmoty všechna prasata také vykazovala zlepšenou užitkovost. Dosud existuje mnoho studií o prasatech s mutací genu MSTN pro zvýšení svalové hmoty, zejména v Číně.

 

Mutace genu Nanos2, o kterém je známo, že podporuje diferenciaci samčích buněk a inhibuje feminizaci, má za následek narození zvířete, které u samců neprodukuje spermie. Na základě toho byl Nanos2 vyřazen u myší, prasat, koz a skotu a bylo potvrzeno, že u těchto zvířat nebyly produkovány spermie.

 

V roce 2016 byla vytvořena koza s mutací genu MSTN a byla pozorována zvýšená užitkovost. V jiné studii u kašmírové kozy byl ve stadiu somatických buněk proveden dvojitý knockout genu MSTN, který řídí množství masa a genu FGF5, který ovlivňuje délku srsti, a byla vytvořena transgenní koza.

Existuje mnoho studií o prasatech s editovaným myostatinem pro zvýšení svalové hmoty, zejména v Číně.

 

Odolnost vůči nemocem

V poslední době existují aktivní studie o zlepšení odolnosti vůči chorobám, jako je africký mor prasat (AMP), reprodukční a respirační syndrom prasat (PRRS), bovinní spongiformní encefalopatie (BSE) a tuberkulóza. Snahou genového inženýrství je vytvořit rezistenci vůči chorobám u hospodářských zvířat, což může snížit ekonomické ztráty a závislost na antibiotikách.

 

V roce 2005 byly vytvořeny krávy, které byly odolné vůči mastitidě (zánět vemene) vylučováním protizánětlivých látek z mléčných žláz. Potvrzení odolnosti krav vůči zánětu vemene bylo provedeno v Číně v roce 2014 na základě výsledků četných studií.

 

Odolnost vůči tuberkulóze byla získána tím, že byl rezistentní gen SP110 vložen do specifického místa na chromozomu 28 v somatických buňkách skotu. V roce 2015 čínská výzkumná skupina uvedla, že telata byla odolná vůči tuberkulóze v reálných infekčních testech.

 

Syndrom isoleucyl-tRNA syntetázy (IARS), recesivní genetické onemocnění, které postihuje japonský černý skot, byl korigován v bovinních somatických buňkách a byla přenesena klonovaná embrya s použitím korigovaných somatických buněk jako dárců. V roce 2017 byla po genetickém testování plodu zjištěna mutace IARS.

 

Nedávno bylo úspěšně vyprodukováno první genově upravené tele s rezistencí vůči hlavnímu virovému patogenu, viru bovinní virové diarrhoe (BVDV). Což je jedním z významných virových onemocnění ovlivňujících zdraví a růst skotu na celém světě.

 

PRRS způsobuje významné ekonomické ztráty prasečímu průmyslu. Je známo, že CD163 je buněčný receptor schopný zprostředkovat infekci virem PRRS. V roce 2015 bylo v USA vytvořeno prase s mutací CD163 a bylo potvrzeno, že je odolné vůči PRRS. Později byly podobné výsledky oznámeny ve Spojeném království v roce 2018 a v Číně v roce 2019.

 

Biomedicína

Nejpopulárnější částí oboru biomedicíny je vytváření xenotransplantačních zvířat, zejména prasat, pomocí genového inženýrství. V roce 2002 byl proveden výzkum xenotransplantace pomocí prasat s knockoutem genu GGTA1, o kterém je známo, že způsobuje akutní imunitní odmítnutí a působí jako alergen v mase.

Prasata jsou z mnoha důvodů nejvhodnějším kandidátem na úpravu genů pro biomedicínu.

 

S příchodem nástrojů pro editaci genů se stalo relativně snadné produkovat specifická genově upravená zvířata. V roce 2015 výzkumná skupina v USA odstranila prasečí endogenní retrovirus (PERV) a úspěšně produkovala klonovaná prasata. V lednu 2022 se prasečí srdce s různými řízenými geny stalo celosvětově první orgánovou xenotransplantací u člověka.

 

Editace genů u hospodářských zvířat může být použita pro model lidského genetického onemocnění. Například modely prasat s onemocněním DMD (Duchennovou svalovou dystrofií) lze použít pro výzkum příčiny nebo k vývoji léčebných postupů. V roce 2021 výzkumná skupina v Číně upravila DMD exon 51, aby vytvořila genetická onemocnění DMD podobná lidským. Úspěšně produkovali mutovaná selata, u nichž byl projev onemocnění velmi podobný jako u lidí.

 

Výsledkem studií kardiovaskulárních onemocnění na prasatech je upravený gen PCSK9, o kterém je známo, že kontroluje hladiny LDL cholesterolu. Čínští vědci navíc v roce 2018 oznámili, že potlačili gen APOE a vytvořili miniaturní prase modelu arteriosklerózy. V poslední době bylo také provedeno několik studií neurologických onemocnění (Alzheimerova, Parkinsonova a Huntingtonova choroba) prostřednictvím úpravy genů prasat.

 

Americký úřad pro potraviny a léčiva (FDA)

Americký úřad pro potraviny a léčiva (FDA) používá zkrácený termín IGA (záměrné změny genomu) k popisu genetických modifikací u zvířat. IGA zahrnuje modifikaci genomové DNA pomocí moderních molekulárních technologií, které náhodně nebo cíleně mění sekvencování DNA. V jiných částech světa se určité produkty moderních molekulárních technologií označují jako GMO neboli geneticky modifikované organismy.

 

K dnešnímu dni schválila FDA pět případů IGA u zvířat (tab. 1), z toho dva pro použití jako potraviny a tři jako léčiva. Pro schválení, musí být dodržovány přísné předpisy, schvalovací proces trvá mnoho let a je nákladný. FDA se snaží najít přístup založený na riziku a zaměřuje se na rovnováhu mezi regulačními povinnostmi a potřebou dostat inovativní produkty na trh efektivně.

 

Tabulka 1. Seznam hospodářských zvířat schválených americkou FDA pro záměrné změny genomu (IGA)

Druh	Rekombinantní DNA	Použití	Důvod
Losos	opAFP-GHc2	potraviny	pro zlepšení růstu
Prase	pPL657	potraviny léčiva	k odstranění alfa-gal cukru
Králík	Bc2371	léčiva	k produkci hemofilie A nebo B pomocí inhibitorů
Kuře	hLAL	léčiva	k produkci hemofilie A nebo B pomocí inhibitorů
Koza	Bc6	léčiva	k produkci antitrombinu

 

 

Nedávno FDA oficiálně oznámila stanovení nízkého rizika pro marketing produktů z hovězího dobytka s upraveným genomem pro krátkou srst, aby odolal tepelnému stresu. Navíc FDA udělila výzkumníkům z Washingtonské státní univerzity první souhlas svého druhu používat genově upravená prasata k výživě lidi. Kromě toho v roce 2020 americká FDA oznámila, že vepřové maso vyrobené z prasat s potlačeným GGTA1 může být povoleno jako potravina pro lidi s alergeny. To by mohlo být výchozím bodem pro použití prasat vyprodukovaných pomocí genového inženýrství pro výrobu masa v budoucnu.

 

Existuje striktní rozdíl mezi předchozími schváleními FDA pro IGA u zvířat a současnými případy. V předchozích případech byly do zvířat vkládány exogenní geny, zatímco v současných případech se genetická úprava provádí na existujících genech zvířat. Očekává se, že pokračující schvalování IGA u zvířat přispěje k budování důvěry veřejnosti a poslouží jako inovativní kroky ve vývoji nových potravin.

 

© 2024