ОБЗОРЫ =
УДК 577.95;575;592/599
КРИОБАНК ЭМБРИОНОВ МЛЕКОПИТАЮЩИХ: ВЫБОР ПРИОРИТЕТОВ И ОПТИМАЛЬНЫХ РЕПРОДУКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ1
© 2010 г. С. Я. Амстиславский, И. С. Трукшин*
Институт цитологии и генетики СО РАН 630090Новосибирск, пр-т Лаврентьева, д. 10
* ООО "Криогентех" 195030 Санкт-Петербург, ул. Химиков, д. 28 E-mail: amstis@bionet.nsc.ru Поступила в редакцию 12.03.09 г. Окончательный вариант получен 02.07.09 г.
Обзор посвящен использованию криобанков эмбрионов для сохранения и консервации линий, пород и видов животных. Рассмотрены современные достижения по отношению к основным группам лабораторных и сельскохозяйственных животных. Рассматриваются альтернативные подходы к решению проблем, возникающих при создании криобанков, и обосновываются приоритеты. Особое внимание уделено обсуждению роли криобанков и сопутствующих репродуктивных технологий в программах сохранения генетических ресурсов диких и исчезающих видов млекопитающих.
Ключевые слова: криобанк эмбрионов, сохранение генетических ресурсов, млекопитающие, репродуктивные технологии.
Метод трансплантации эмбрионов был впервые применен с исследовательскими целями британским зоологом Уолтером Хипом на кроликах в конце XIX в. (Heap, 1891). Этот год можно считать годом рождения эмбриотехнологии. Чуть позже была показана возможность вызывать суперовуляцию у разных видов животных путем воздействия на них го-надотропными препаратами (Cole, Hart, 1930). В 1972 г. было сделано открытие, положившее начало "эре криобанков эмбрионов". Была разработана технологичная криоконсервация эмбрионов млекопитающих с помощью жидкого азота (Whittingham etal., 1972; Wilmut, 1972). Эти так называемые "репродуктивные технологии первого поколения" уже позволяли в своей совокупности успешно решать задачи сохранения генофонда линий и пород многих видов лабораторных и сельскохозяйственных животных. В последние два десятилетия имели место многочисленные попытки применения этого подхода и по отношению к исчезающим и диким видам млекопитающих, а история применения этих методов к человеку тоже насчитывает более четверти века (Trounson, Mohr, 1983). Публикация представляет собой краткий обзор приоритетных направлений создания криобанков преимплантационных эмбрионов для сохранения и обмена генетическими ресурсами млекопитающих, условно подразделяемых на лабораторных, домашних и диких животных.
1 Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (проект № 08-04-00147).
Особое внимание уделено современному состоянию научно-технологических разработок в области криоконсервации этих объектов и ключевых репродуктивных технологий, формирующих современный "генетический банк".
СОЦИАЛЬНЫЙ ЗАКАЗ НА КРИОБАНКИ КАК РЕАКЦИЯ НА ВОЗРАСТАНИЕ ЧИСЛА ЛИНИЙ МЫШЕЙ
В настоящее время в мире уже имеется более десяти тысяч линий мышей (FIMRe ..., 2006) и более тысячи линий крыс (Lasar et al., 2005). Мышь является удобным объектом для применения технологии трансгенеза, а в результате создания линий стволовых клеток мыши (Saito et al., 2004) отпала необходимость в многолетней селекционной работе, поэтому новые линии мышей появляются особенно быстро (Abbott, 2004). В конечном счете причиной резкого увеличения числа линий мышей является возрастание спроса на новые модели/трансгенные линии. Поскольку геном мыши был расшифрован уже в 2002 г (Waterston et al., 2002), это создало предпосылки для успешного использования мышей в экспериментах по моделированию различного рода патологий человека и поиску лекарственных средств для борьбы с ними.
По прогнозам экспертов, в ближайшие 20 лет общее число линий мышей достигнет трехсот тысяч (Abbott, 2004). В связи с этим есть потребность перевода этих линий в более компактное состояние, а
19
2*
именно перемещение большинства линий в крио-банки (FIMRe ..., 2006). В Джексоновской лаборатории (США), в которой поддерживается самая крупная в мире коллекция линий мышей, общее число сохраняемых генотипов составляет более трех тысяч. Характерно, что около двух с половиной тысяч из них поддерживаются исключительно в виде криобанка эмбрионов и/или семени. Лишь восемьсот наиболее востребованных линий поддерживаются в виде живой коллекции, однако и они имеют архив в криобанке. История создания этого крупнейшего архива и современное его состояние отражены в соответствующих публикациях его создателей (Mobraaten, 1986; Landel, 2005).
Осознание того факта, что криобанки являются ключевыми структурами современных генетических центров в условиях стремительного возрастания числа линий мышей, привело к созданию международной сети мышиных ресурсов, в которую входят 17 генетических центров, имеющих криобанки (FIMRe ., 2006).
КРИОБАНКИ ВИДОВ ПАРНОКОПЫТНЫХ: КОРОВ, ОВЕЦ, КОЗ, СВИНЕЙ
Подотряд жвачные
К жвачным относятся такие важные сельскохозяйственные животные, как крупный рогатый скот, овцы, козы. Процедуры криоконсервации и трансплантации эмбрионов для представителей этой группы хорошо отработаны (Massip, 2001; Dobrinsky, 2002), более детально об этом см. ниже. Следует, однако, подчеркнуть, что каждый из перечисленных видов животных имеет свою репродуктивную специфику. Для крупного рогатого скота, овец и коз хорошо отработаны репродуктивные технологии как первого поколения, связанные с получением эмбрионов in vivo, так и второго и третьего поколений, связанные соответственно с получением эмбрионов in vitro и введением генетического материала в яйцеклетку или зиготу (трансгенез, клонирование и др.) (Wilmut et al., 1997; Galli, Lazzari, 2008). Вместе с хорошо отработанными процедурами замораживания/оттаивания эмбрионов эти репродуктивные технологии создают возможность гибкого и адекватного использования такого инструмента, как "генетический банк", по отношению не только к этим сельскохозяйственным объектам, но и к их диким сородичам (Ptak et al., 2002; Dixon et al., 2007).
Крупный рогатый скот. Уже через год после того, как была показана возможность криоконсервации зародышей мышей, этот же подход был успешно применен и к зародышам крупного рогатого скота (Wilmut, Rowson, 1973). Следует отметить, что в наше время трансплантация эмбрионов крупного рогатого скота представляет собой наиболее мощную индустрию в сельскохозяйственной эмбриотехно-логии, и криобанки занимают в этой технологии
важное, если не ключевое, место. По данным Международного общества по трансплантации эмбрионов (International Embryo Transfer Society, IETS) во всем мире в год трансплантируют около пятисот тысяч эмбрионов крупного рогатого скота, причем около 50% после процедур криоконсервации (Thibi-er, 2002, 2004). В 2003 г. лишь в Канаде в результате трансплантации эмбрионов (как свежих, так и после криоконсервации) было рождено двеннадцать тысяч телят (Betteridge, 2006). Поскольку число трансплантируемых ежегодно эмбрионов, прошедших криоконсервацию, превышает двести тысяч, то можно сделать вывод о том, что замораживание и криоконсервация эмбрионов заняли прочное место в арсенале эмбриотехнологических методов, применяемых на крупном рогатом скоте.
Прогресс в деле создания криобанков эмбрионов крупного рогатого скота существенно ускорился после того, как были разработаны нехирургические методы извлечения и трансплантации эмбрионов. Вначале применяли как хирургические, так и нехирургические методы (Umbaugh, 1951; Rowson et al., 1969). Благодаря ислледованиям, начатым в Кембридже под руководством Тима Роусона, последние со временем стали доминировать для крупного рогатого скота, а также для буйволов и бизонов в силу их меньшей травматичности. Усовершенствование обоих подходов привело к тому, что эффективность процедуры при трансплантации свежих эмбрионов составляет в настоящее время 60—80% (Hasler, 2001). Результат трансплантации эмбрионов после крио-консервации существенным образом зависит от выбранного способа замораживания/оттаивания, стадии развития зародышей, подвергавшихся криоконсервации, квалификации персонала и т.д. Тем не менее если рассматривать результаты полевых исследований, имеющих достаточно репрезентативные выборки, то обычно эффективность процедуры трансплантации эмбрионов после криоконсерва-ции у крупного скота составляет примерно 50%, причем этот показатель обычно выдерживается как после традиционного программного замораживания, так и после витрификации (van Wagtendonk etal., 1997; Nibart, Humblot, 1997).
Следует отметить, что, хотя и на несколько десятилетий позже по сравнению с криоконсервацией семени, криоконсервация эмбрионов крупного рогатого скота стала весьма рутинной процедурой, причем в солидных центрах при достаточно представительной выборке доноров и реципиентов результат вполне надежен и предсказуем (Dobrinsky, 2002).
Мы не имеем возможности подробно рассмотреть другие достижения репродуктивной технологии последних двух десятилетий по отношению к крупному рогатому скоту — такие как неинвазивное извлечение ооцитов, созревание ооцитов в условиях in vitro, экстракорпоральное оплодотворение. Все это, а также новые аспекты культивирования эмбри-
онов и клонирования хорошо описано в литературе (Hansen, Block, 2004; Galli, Lazzari, 2008). В подавляющем большинстве случаев развитие этих новых направлений требует для своего осуществления наличия криобанка эмбрионов и семени, лишь в этом случае они становятся технологичными и могут быть применены в полевых условиях.
Овцы и козы. Эта группа животных стоит на втором месте после крупного рогатого скота по значению для индустрии трансплантации эмбрионов (Cognie, 2003). В целом, по данным IETS, в год во всем мире трансплантируют более трех тысяч свежих эмбрионов овец и столько же эмбрионов, прошедших процедуру криоконсервации (Thibier, 2002). По этим же данным, за 1997 г, например, было трансплантировано около восьми тысяч свежих и более тысячи замороженно-оттаянных эмбрионов коз (Thibier, 1998). Таким образом, масштаб деятельности по этим двум видам животных сопоставим, хотя некоторые отличия имеются. Как следует из приведенных цифр, примерно половину овечьих зародышей пересаживают после криоконсервации, в то время как у коз приблизит
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.