Регулювання відтворення сільськогосподарських тварин

Відтворення тварин – це основний фактор, який лімітує ефективність виробництва тваринницьких продуктів на промисловій основі. Причини, що перешкоджають досягненню оптимальних результатів у відтворенні домашньої худоби різні. Нові методи розширюють можливості регулювання відтворення. Вони пов’язані з маніпулюванням на рівні клітин або ембріонів, з використанням фізіологічно активних сполук, тому мають назву біотехнологічних. До числа цих методів відносять: стимуляцію й синхронізацію статевого потягу, суперовуляцію, штучне запліднення, трансплантацію ембріонів, зберігання гамет й ембріонів, цілеспрямоване одержання двієнь, регулювання статі, ранню діагностику вагітності, керування процесом пологів, створення химер й ін.

Стимуляція й синхронізація статевого потягу здійснюється за допомогою прогестерона – жіночого статевого гормону стероїдної природи, який регулює хід естрального циклу, простагландинів, а також їхньої комбінації. Цей прийом дозволяє викликати появу статевого потягу в групах племінних тварин в один і той же проміжок часу.

У США для синхронізації цього явища у телиць у молочному й м’ясному скотарстві випускається новий препарат за назвою “Синхро-мейт-В”. Він представляє сукупність двох гормонів, один із яких імплантується під шкіру, а інший вводиться внутрішньом’язово. Імплант поміщається під шкіру вуха телички й відразу ж після цього потрібна ін’єкція іншого гормону. Під дією цих двох гормонів естральний цикл телиці переривається й тимчасово зупиняється. Через якийсь час імплант видаляють із вуха тварини, починається новий естральний цикл. Оскільки імплант видаляється одночасно у всіх телиць, то цикл починається одночасно у всіх самок.

Застосування гормональних препаратів знімає необхідність щоденного контролю за станом статевої активності тварин. Перевага синхронізованого статевого потягу полягає в реальній можливості формування однорідних груп тварин у період запліднення, одночасності народження приплоду, точному обліку кормів у групах.

Суперовуляція

Потенційні можливості відтворення самок ссавців величезні. У їхніх яєчниках містяться десятки й сотні тисяч овоцитів. Однак у процесі онтогенезу лише невелика частина з них реалізується у вигляді нащадків. Інші овоцити піддаються атрезії (зворотному розвитку) і у відтворенні не беруть участь.

Суперовуляція – стан, викликаний гормонами, коли в яєчниках тварин розвивається й овулює у кілька разів більше яйцеклітин. Залежно від виду число овульованих яйцеклітин може бути збільшене в 3 – 8 і навіть у 50 разів. За допомогою цього прийому стає можливим одержання значно більшої кількості ембріонів від кращих по продуктивності корів.

Штучне запліднення

Штучне запліднення тварин є найстарішим і добре відпрацьованим біотехнологічним методом розведення сільськогосподарських тварин. Застосування цього методу дозволяє обмежити поширення статевих інфекцій, які нерідко служать причиною безплідності тварин. Воно також дозволяє ефективно використати генетичний потенціал кращих виробників. Економічний ефект від штучного запліднення обумовлений зниженням витрат на утримання великого поголів’я виробників, можливістю швидкого розмноження генотипу з господарсько-корисними ознаками, поліпшенням генетичного потенціалу ремонтної череди.

Трансплантація ембріонів

Трансплантація ембріонів у наш час є однією з найбільш актуальних проблем в області тваринництва. За допомогою пересадження ембріонів можна різко збільшити вихід числа нащадків від високопродуктивних корів. Трансплантація ембріонів, або ембріотехнологія, полягає в одержанні одного або декількох ембріонів з матки племінних тварин (донорів) і пересадженню в матку корів (реципієнтів), де ембріони розвиваються до отелення. Цей метод у сполученні із суперовуляцією в донорів дозволяє одержати велике потомство від високопродуктивних тварин. Цим способом ембріони можна впровадити в ту або іншу породу в інші регіони, використовуючи в якості реципієнтів корів м’ясних порід. Застосування цього методу також спрощує обмін генофондом сільськогосподарських тварин між країнами й континентами. Пересадження ембріонів може бути використане для одержання потомства від цінних, але безплідних корів, що втратили здатність до розмноження в результаті нещасного випадку, хвороби або з віком.

Коли було встановлено, що кролик має імунітет стосовно ящуру, була висунута ідея використання методу трансплантації для оздоровлення потомства заражених ящуром тварин. Статеві шляхи кролика, куди трансплантуються ембріони, здатні руйнувати вірус ящура в ембріонах. Трансплантація може бути використана й для тимчасового зберігання ембріонів. У яйцепроводах кролиць вдається здійснювати трансконтинентальне перевезення ембріонів овець.

До 70-х років ХХ сторіччя ембріонів здобували в основному хірургічним шляхом, згодом він був замінений менш травматичним і трудомістким не хірургічним, заснованим на введенні в матку особливого зонда по природному каналу. Зонд має три канали. Один з каналів призначений для надування балончика, що закупорює ріг матки, перешкоджаючи витіканню рідини. По іншому каналу вводиться фізіологічний розчин з температурою 25 – 30ºС, що вимиває ембріони й повертається разом з ними через третій канал зонда в пробірку, поміщену у водяну баню з температурою 35ºС. Із цієї рідини екстрагуються ембріони. У середньому при суперовуляції від донора можна одержати від 5 до 7 ембріонів.

Трансплантацію роблять за допомогою спеціального зонда або пістолета для запліднення. Ембріони поміщаються в роги матки. Тільність у самок-реципієнтів перевіряється за рівнем прогестерону в плазмі крові на 21-й день.

Регулювання статі

У практиці розведення тварин дуже важливо навчитися керувати утворенням у потомстві чоловічих і жіночих особин. Метод поділу ембріонів за статтю заснований на визначенні білків, специфічних для самців. Цей метод широко застосовується у тваринницькій практиці багатьох країн. У Канаді вже з 1975 року народжуються телята, розділені за статтю на стадії ембріонів. У перспективі для цілеспрямованого одержання особин чоловічої або жіночої статі може бути застосований метод мікрохірургічної заміни Х та У хромосом. Такі маніпуляції вже проводилися на рослинних клітинах й яйцеклітинах земноводних.

Лекція № 11. Біотехнологія у вирішенні екологічних проблем

1. Біодеградація ксенобіотиків.

2. Аеробні системи очищення стічних вод.

3. Анаеробні системи очищення стічних вод.

4. Показники забруднення стічних вод.

Біодеградація ксенобіотиків

У видаленні ксенобіотиків з навколишнього середовища важливі декілька факторів: стійкість ксенобіотиків до різних впливів; розчинність їх у воді; летючість ксенобіотиків; рН середовища; здатність ксенобіотиків надходити в клітини мікроорганізмів; подібність ксенобіотиків і природних сполук, які піддаються природній біодеградації.

Для біодеградації ксенобіотиків краще використовувати асоціації мікроорганізмів, тому що вони більш ефективні, ніж окремо взяті види. При цьому типи зв'язків у подібній асоціації можуть бути різні. Один вид мікроорганізмів може безпосередньо брати участь у розкладанні ксенобіотиків, а інший – поставляти відсутні поживні речовини. Це може бути метаболічна «атака» на субстрат, коли синтезуються різні компоненти ферментативного комплексу, або ж ланцюжок ферментативних реакцій (багатосубстратні конверсії) і т.д.

Особливо важко розкладаються такі біоциди, як детергенти, пластики й вуглеводні. Самими здатними до боротьби із забруднювачами різного типу є представники роду Pseudomonas – вони практично «всеїдні». Клітини цих мікроорганізмів містять оксидоредуктази й гідроксилази, здатні розкладати велику кількість молекул вуглеводнів й ароматичних сполук, таких як бензол, ксилол, толуол. Гени, що кодують ці ферменти, перебувають у складі плазмід. Наприклад, плазміда OCT відповідає за розкладання октану й гексану, XYL – ксилолу й толуолу, NAH – нафталіну, CAM – камфори. Плазміди САМ й NAH забезпечують власне перенесення, індукуючи схрещування бактеріальних клітин; інші плазміди можуть бути перенесені тільки в тому випадку, якщо в бактерії уведені інші плазміди, які забезпечують схрещування.

У 1979 р. Чакрабарті (на той час разом з компанією «Дженерал електрик») після успішних схрещувань одержав штам, який містить плазміди XYL й NAH, а також гібридну плазміду, отриману шляхом рекомбінації частин плазмід САМ й ОСТ (самі по собі вони несумісні, тобто не можуть співіснувати як окремі плазміди в одній бактеріальній клітині). Цей штам здатний швидко рости на неочищеній нафті, тому що він метаболізує вуглеводні набагато активніше, ніж кожний зі штамів, що містять тільки одну плазміду. Штам може бути особливо корисний в очисних водоймах для стічних вод, де можна контролювати температуру й інші зовнішні фактори.

Ці мікроорганізми зручно використовувати для очищення нафтових плям на суші або морі при різних аваріях. Для більшої ефективності створюють мікроемульсію, яка містить бактеріальні штами й капсули із сумішшю основних поживних елементів – азоту, фосфору й калію усередині. Додавання цих речовин стимулює розмноження бактеріальних штамів. Застосування такого методу дозволяє очистити від 70 до 90% забрудненої поверхні, за цей же час очищається всього порядку 10 – 20% неопрацьованої поверхні.

Перевага бактеріального очищення в порівнянні з хімічним у тому, що воно не викликає появи нового забруднюючого агента в навколишньому середовищі. Щільність фітопланктону після бактеріального очищення підвищується. Деякі мікроорганізми здатні змінювати молекулу ксенобіотика й робити її доступною й привабливою для інших мікроорганізмів («кометаболізм»). Прикладом може служити розкладання інсектициду паратіону під дією двох штамів Pseudomonas – P. aeruginosa й P. stuzeri. У деяких випадках відбувається неповне перетворення молекули ксенобіотика – фосфорилювання, метилювання, ацетилування й т.д., результатом якого є втрата цією речовиною токсичності.

Одним із сильних забруднювачів є ЕДТО (етилендіамінтетраоцтова кислота). Причина в тому, що ЕДТО зв'язує важкі метали, сприяючи їхньому нагромадженню в ґрунті. Бактерії родів Pseudomonas й Bacillus здатні за два тижні зруйнувати всі зв'язки комплексу Fe–ЕДТО. Ці бактерії успішно застосовуються для очищення побутових стічних вод, куди попадають детергенти миючих засобів. Крім Pseudomonas, біодеградацію ксенобіотиків можуть здійснювати й представники родів Acinetobacter, Metviosinus.

Однак, у деяких випадках внесення цих мікроорганізмів у ґрунт може змінити екосистему місцевості. Уникнути цього можна обмежуючи час життєдіяльності бактерій. Наприклад, опромінюючи штами ультрафіолетом, одержали мутант, ауксотрофний за лейцином. Бактерії розмножують у поживному середовищі, яке містить лейцин. Суспензією мікроорганізмів у просочують деревну стружку, яку розкидають по забрудненій території. Кількість лейцину розраховується на час, достатній для знищення шкідливих домішок, тому після повного використання лейцину в поживному середовищі і очищення території мутантні штами гинуть.

Ще ефективніше, ніж бактерії, справляються з ґрунтовими забруднювачами гриби. Вони можуть руйнувати такі речовини, як пентахлорбензол, пентахлофенол. В одному з експериментів грибами обробили близько 10000 тонн ґрунту з території деревопереробного комплексу. У цьому ґрунті вміст пентахлорфенолу досягав 700 мг/кг, але за рік діяльності він знизилося до 10 мг/кг, що є припустимою нормою. Бактерії змогли б переробити цей ґрунт лише за 4 – 5 років. Гриби активні й узимку, руйнують високомолекулярні поліароматичні вуглеводні, діють позаклітинно, виділяючи неспецифічні ферменти. Вартість грибного й бактеріального очищення однакові, але застосування грибів дозволяє скорочувати строки деградації й істотно здешевлює його.