Назва реферату: Розвиток біотехнології відтворення сільськогосподарських тварин
Розділ: Біологія
Розвиток біотехнології відтворення сільськогосподарських тварин
У тваринництві комплекс методів біотехнології передбачає як використання існуючих, так і конструювання бажаних генотипів із заданими ознаками, що забезпечують вищу продуктивність тварин та прискорені темпи їхнього відтворення. Найяскравішим прикладом використання в практиці розроблених наукою методів біотехнології є штучне осіменіння сільськогосподарських тварин, яке за кордоном назвали «відкриттям сторіччя» в сільському господарстві. Цей метод, розроблений випускником Харківського університету І.І. Івановим, забезпечує швидке та якісне поліпшення всього масиву поголів'я, дає змогу використовувати в сотні разів меншу кількість плідників, що в свою чергу значно зменшує затрати на їхнє утримання. Метод штучного осіменіння нині широко застосовують у всіх країнах з інтенсивним веденням галузі, але, на жаль, необхідно констатувати, що в нашій країні значно послабла увага до цього прогресивного методу, внаслідок чого зменшилося застосування штучного осіменіння тварин не тільки у вівчарстві і свинарстві, а й у скотарстві.
У повоєнний період у науково-дослідних інститутах (НДІ) і вищих навчальних закладах України склалися наукові школи визнаних вітчизняних вчених-біотехнологів — І.В. Смирнова та О.В. Квасницького. Наукові розробки І.В. Смирнова щодо виявлення властивостей сперматозоїдів ссавців зберігати біологічну повноцінність після швидкого заморожування є золотим скарбом біологічної науки, відкриттям світового рівня. О.В. Квасницький, працюючи в Полтаві у НДІ свинарства (тепер Інститут свинарства УААН — ІС, який носить його ім'я), розробив метод трансплантації ембріонів кролів, овець і свиней та у 1950 р. одержав перших у світі поросят-трансплантатів. Однак широке застосування у виробництві цього біотехнологічного методу почалось значно пізніше, тільки після того, як він був поєднаний з методикою викликання суперо-вуляції у самиць. Піонерські роботи з гормональної стимуляції множинної овуляції у корів і овець з використанням сироватки жеребих кобил були проведені М.М. Завадовським у 30-х роках минулого століття в Асканії-Новій (тепер Інститут тваринництва степових районів ім. М.Ф. Іванова «Асканія-Нова» — Національний науковий селекційно-генетичний центр з вівчарства УААН — ІТСР) і в подальшому сприяли розробці і становленню методу трансплантації ембріонів сільськогосподарських тварин.
Цей метод не замінює штучного осіменіння тварин, а доповнює його. Нині трансплантацію ембріонів включено до багатьох програм з розведення і селекції тварин у різних країнах світу, тому що вона дає змогу інтенсивно використовувати генетичний потенціал видатних самиць-рекордисток, прискорює створення високопродуктивних селекційних стад і родин, спрощує розповсюдження цінних генотипів, зокрема експорт і імпорт тварин, сприяє поліпшенню ветеринарно-профілактичної роботи. Найефективніше практичне застосування методу трансплантації ембріонів виявилось у скотарстві. Перше теля-трансплантат в Україні було одержано нехірургічним методом у Харкові у 1983 р. у дослідному господарстві «Українка» НДІ тваринництва Лісостепу і Полісся (тепер Інститут тваринництва УААН — IT) під керівництвом Ф.І. Осташка, а трохи пізніше — в Українському інституті фізіології і біохімії сільськогосподарських тварин (нині Інститут біології тварин УААН — ІБТ) у 1985 р. (Б.В. Смолянинов та ін., 1985). Академік УААН Ф.І. Осташко розробив і впровадив у виробництво: теорію кріоушкоджень і кріопротекції біологічних клітин; теорію фортифікації мембранного апарату клітин ліпідними сполуками; маноцервікальний метод штучного осіменіння тварин; Харківську технологію асептичного одержання, кріоконсервації та використання сперми плідників; Харківську технологію асептичного одержання, мікрохірургії, кріоконсервації та трансплантації ембріонів. О.Д. Бугров разом зі своїми учнями на основі теоретичних і експериментальних досліджень розробив Українську технологію трансплантації ембріонів великої рогатої худоби для племзаводів і племпідприємств, що відповідає світовим стандартам. Вона забезпечує надійний організаційний рівень роботи, високий рівень супер-овуляції (10-15 жовтих тіл), 96,1% запліднюваності яйцеклітин, отримання 12-15 ембріонів і яйцеклітин, із них 6-8 повноцінних ембріонів, багаторазове (до 13 разів) використання корів як донорів, надійне (до 95%) вилучення ембріонів, їхній повний пошук, мікрохірургічний розподіл, заморожування, запобігання мікробній контамінації зародків, отримання 5-33 телят від донора, приживлення ембріонів на рівні 40-55% (ОД. Бугров та ін., 1999). За цією технологією пересаджено понад 7 тис. ембріонів, отримано 3015 телят-ембріотрансплантатів (О.Д. Бугров, І.В. Ткачова, 2006) У цілому в Україні отримано понад 10 тис. телят-трансплантатів (О.Д. Бугров та ін., 2005), зокрема фахівцями тільки однієї лабораторії трансплантації ембріонів Головного селекційного центру (ГСЦ) проведено понад 4000 ембріопересадок у 38 господарствах України (В.В. Мадисон, Л.В. Мадисон, 1997), а пересадкою глибоко заморожених ембріонів абердин-ангуської породи американської селекції створено кілька репродукторів тварин цієї породи (В.П. Буркат та ін., 2004). Однак застосування методу трансплантації ембріонів обмежується рядом факторів, які недостатньо вивчені і багато з них є суперечливими, а саме: непередбачува-ність результатів множинної овуляції, визначення ролі багатьох чинників, які безпосередньо або опосередковано впливають на результати приживлення ембріонів тощо. Зважаючи на це, а також, що трансплантація ембріонів є невід'ємною ланкою та заключним етапом застосування всіх методів клітинної і генної інженерії у тваринництві, над удосконаленням цього методу працюють в IT та ІБТ. І хоча Україна була і є лідером серед країн пострадянського простору за кількістю пересадок ембріонів від племінних тварин, однак за останні 5-7 років попит на ембріотрансплантацію різко знизився через економічні чинники, зокрема відсутність механізмів компенсації затрат з боку державних структур, що практикується в багатьох країнах з розвинутим скотарством (Л.В. Мадисон, В.В. Мадисон, 2004). В ІС уперше серед пострадянських країн групою наукових співробітників одержано порося методом нехірургічної трансплантації ембріонів у ріг матки свиноматки (НА Мартиненко та ін., 1998).
Класична селекція, за всього багатства її творчого арсеналу, вже не дає відповідь на ряд питань, які породило вторгнення по суті механіко-технологічних методів у життя організму, клітини та її складників. Саме цим зумовлено новий для тваринництва напрям — біотехнологічна селекція. Нові реалії вимагають, поряд з традиційними, не лише нових методичних підходів до ведення племінної роботи з метою «конструювання» нових генотипів та їхніх поєднань, а й методів збереження природних популяцій з їхніми унікальними генофондами, що може стати запорукою збереження матеріалу для творчої праці селекціонера на базі нових біотехнологіч-них можливостей (В.П. Буркат, 1988; В.П. Буркат та ін., 2005).
Сучасна ембріотрансплантація неможлива без кріоконсервування сперми та ембріонів. Біологічні особливості сперматозоїдів зумовлюють їхню зручність для розробки методів тривалої консервації. В установах УААН розроблено і вдосконалено технології кріоконсервування сперми в ампулах, гранулах і капілярах. Створений для цього комплекс апаратури й обладнання захищений авторськими свідоцтвами і патентами. Використання кріоконсервованої сперми плідників дає змогу зберігати і використовувати її протягом тривалого часу (значно більшого від тривалості життя цих плідників), транспортувати сперму на далекі відстані, створювати банки генів порід, що мало використовуються, особливо аборигенних, рідких та зникаючих видів тварин для збереження генетичної різноманітності, не завдаючи шкоди існуючій популяції. На основі використання кріоконсервованої сперми бугаїв-лідерів в Україні виведено нові породи молочного і м'ясного напрямів. Кріоконсервування ембріонів дає змогу зберігати генетичну інформацію обох батьків, що вигідно відрізняє його від кріоконсервування сперміїв. Завдяки впровадженню цієї технології у виробництво досягнуто значного прогресу в трансплантації ембріонів,оcкільки зникла потреба в одночасній підготовці тварин-донорів і тварин-реципієнтів. З'явилась можливість необмежений час зберігати цінний генетичний матеріал, значно спростилась міжнародна торгівля у тваринництві. Науковцям знадобилось 25 років після всесвітньо відомого відкриття І.В. Смирнова, щоб повторити такі самі досліди на ембріонах ссавців. Причиною цього є специфічність реакції зародків на дію низьких температур унаслідок особливостей їхньої будови. В IT розроблено технологічний метод кріоконсервування зародків великої рогатої худоби, в основу якого закладено кріоконсервування за законом пасивного охолодження, що забезпечує достатньо високу збереженість клітин (90%), не потребує спеціального коштовного обладнання, простий і надійний в експлуатації, пройшов апробацію в господарствах Харківської, Донецької і Сумської областей, після трансплантації деконсервованих ембріонів отримано понад 400 телят-трансплантатів (М.Д. Безуглий, 1995: 2002). Розроблено технологічні пристрої та режими заморожування зародків за повільних швидкостей теплообміну в лабораторних і польових умовах, до різних кінцевих температур охолодження (0 .-100°С), метод вітрифікації ембріонів ссавців за надвисоких швидкостей теплообміну в закритих витягнутих соломинках з різним зовнішнім діаметром (Л.В.Горбунов та ін., 2003). Науковцями ІБТ після надшвидкого заморожування 7-8-денних морул і бластоцист великої рогатої худоби та наступної «прямої пересадки» отримано телят (С.Г. Шаловило, 1997; М.Д. Пасицький та ін., 2002). В ІТСР розроблено метод вітрифікації ранніх зародків овець (І.В. Лобачова та ін., 2003). Створено кріобанки ембріонів сільськогосподарських тварин. Його поповнення ембріонами великої рогатої худоби сірої української, білоголової української, пінцгау і лебединської порід здійснюють в IT, Інституті розведення і генетики тварин УААН (ІРГТ), а в західному регіоні України (ІБТ) — зі збереження і збагачення ресурсів таких порід великої рогатої худоби, як червона польська, бура карпатська і пінцгау. Стратегія використання і збереження потрібного генетичного матеріалу, крім заморожування і тривалого зберігання сперми та ембріонів, включає й застосування інших біотехнологічних методів, насамперед, кріоконсервування гамет самиць. Тривале зберігання гамет обох батьків припускає необмежені варіанти їхнього поєднання в майбутньому. Крім того, створення ооцитобанку не тільки дасть змогу різко знизити витрати на отримання ембріонів, а й