В рамках проекта Уральского федерального аграрного исследовательского центра УрО РАН команда генетиков, эмбриологов, биологов и ветеринаров разрабатывает технологию редактирования генома крупного рогатого скота. Результат был достигнут через три года: ученым удалось получить животное с заранее заданными характеристиками.
Идея проекта заключается в том, чтобы направить передовые разработки на создание животных с улучшенными признаками в короткие сроки — путем непосредственного внесения небольших изменений в геном. Участниками экспериментов были черно-пестрые коровы голштинизированной породы, распространенной на Урале породы молочного скота.
Ученые работали с участками ДНК, ответственными за предрасположенность к лейкемии комолых (безрогих) и выработку гипоаллергенного молока. Специалисты использовали технологию CRISPR/Cas9, позволяющую изменять фрагменты ДНК. Без инновационных технологий улучшение характеристик коров происходит традиционно, за счет племенной работы, а на это уходит несколько десятков лет.
«Разработка методики пересадки искусственно выращенного эмбриона с генной коррекцией животному — масштабный и очень трудоемкий процесс. За несколько лет проведена огромная исследовательская работа по подбору донорского материала, его подготовке к редактированию, выполнен серьезный биоинформатический анализ, создана система внесения изменений в геном на основе CRISPR/Cas9 , и его улучшенная версия, упакованная в аденоассоциированный вирус (AAV). На каждом этапе что-то не работало, не работало, и мы тщательно искали причину. Залогом успеха проекта стала замечательная команда», — Анна Кривоногова, руководитель проекта.
Выбрав участок ДНК, экспериментаторы искали способ заблокировать тот участок генома, который не был нужен. Важно было добиться того, чтобы модифицированный участок исчез не только у модифицированного животного, но и у его потомства. «Эмбрион изменяется уже на стадии одной клетки, но в организме есть защитный механизм, который постоянно сканирует ДНК и устраняет обнаруженные в ней повреждения. Этот механизм помогает организмам выживать, но также мешает им работать с изменениями в генах. Нужно было не только «сломать участок генома», но и сделать это так, чтобы защитный механизм этого не заметил», — объясняет Анна Кривоногова.
Первый теленок, созданный по этой технологии, уже родился, и сейчас команда наблюдает за его развитием. Это женщина; имя ей еще не придумали, и пока у нее заблокирован только один ген — предрасположенность к лейкемии. Успех на этом этапе дает надежду на то, что можно будет разводить целые стада животных с измененными генами.
Лейкемия является одним из наиболее распространенных инфекционных заболеваний крупного рогатого скота во всем мире. Запрещено использовать молоко от больных коров, а это напрямую влияет на эффективность любого животноводческого предприятия. Рогатые животные часто ранят друг друга и персонал. Чтобы избежать этого, телятам удаляют рога в младенчестве, но такое серьезное вмешательство становится для них стрессом. А отсутствие аллергенного белка в молоке позволяет не только использовать его аллергикам, но и делать из него детские смеси и диетические продукты.