转基因羊

2013-06-26 01:30 | 作者: | 标签: 转基因羊


图自 wisegeek.com

1985年,Hammer等利用显微注射法制备转基因羊并取得成功。1997 年,英国爱丁堡罗斯林研究所和PPL公司合作利用克隆技术制备的表达人类凝血因子IX转基因绵羊诞生,从此转基因技术研究进入了一个崭新的发展阶段。
 
转基因羊标志性事件:
 
1985年,美国诞生全球首例转基因羊。 
 
1988年,美国首次用转基因绵羊生产出抗胰蛋白酶药物。
 
2000年,英国诞生基因敲除转基因羊。 
 
2000年,中国农业大学获得了表达抗胰蛋白酶基因的转基因羊。
 
2006年,欧盟第一个转基因山羊乳腺生物反应器生产人抗凝血酶新药诞生。
 
2010年,中国获得表达TLR4基因的抗病转基因羊。
 
1、研发现状
 
羊的转基因研究起步较早,成果明显,同时由于其包含了肉羊和奶山羊等多个品种,其所遗传修饰的性状较多,加之养殖成本较低,在转基因动物研究中受到了高度重视。哺乳动物体细胞克隆的成功也是在绵羊上首次突破的,此后相继在牛、猪、小鼠、鱼等物种中才获得成功,因此羊的转基因研究具有着得天独厚的优势。羊的转基因技术正从随机整合向定点整合、组织特异性表达向条件控制方向发展;转基因的目的也由原来的乳腺生物反应器拓展到提高抗病力、改善肉品质等多个方面;另外在军事领域的应用也受到了发达国家的高度重视,如抗毒气弹的高效神经解毒蛋白、具有超高强度的生物钢研究等。目前对于转基因羊育种主要体现在以下几个方面:
 
1.1 改善羊奶品质  
 
利用转基因技术有目的的增加某些成分含量,减少过敏源成分,或添加功能蛋白等成分以促进人类对奶中营养物质的吸收。2006年,美国Maga EA等人向山羊中转入了人溶菌酶基因,并能够在乳腺中特异表达,且表达水平高达270 mg/L。在猪仔的饲喂试验中发现,转基因羊乳能够显著降低仔猪胃肠道中大肠杆菌等有害菌的数量,进而证明转基因羊乳可预防婴幼儿腹泻等疾病。
 
1.2 提高产毛性能
 
1991年,澳大利亚Nancarrow等人向绵羊胚胎中转入优质羊毛A2蛋白主要成分基因,成功培育了产毛量提高5%的转基因绵羊,初步估计年收入可增加3亿美元。1994年,Powell 等人成功将毛角蛋白Ⅱ型中间的细丝基因转入绵羊基因组内,并能够在皮质中特异性表达。转基因羊的羊毛毛脂含量及光泽度菌显著提高。2005年,Adams等人向成年的绵羊体内转入了生长激素基因,并进行生长性能测定,结果发现母羊生长速度、排卵数及产毛量均高于对照组。目前,人们开始用转基因手段培育超细型细毛羊,并准备将彩色毛基因导入绵羊以生产彩色羊毛,这无疑对羊毛生产及纺织业带来巨大影响。2009年,由内蒙古大学及内蒙古白绒山羊种羊场共同承担的国家重大转基因专项——高产绒量转基因绒山羊新品种培育项目现已启动。
 
1.3 提高抗病力
 
利用动物乳腺生物反应器,特异表达溶菌酶、抗菌肽、细菌素等抗菌物质,可使动物体有效抵抗病原菌感染。例外,也可将增强免疫的功能蛋白或多肽的编码基因整合到动物基因组内,使动物免疫力增强,可达到抗病的效果。
 
2011年中国农业大学获得了过表达TLR4基因的转基因绵羊,其生长发育以及血液指标与非转基因羊间没有明显的差异,但在病毒攻击后,表现出强烈的急性炎症反应,加大了对病原体的清除能力。
 
1.3.1 表达人溶菌酶的转基因羊
 
据统计,发展中国家每年由弯曲杆菌、沙门氏菌等引起的腹泻导致大约200 万儿童死亡。人溶菌酶(Lysozyme)是乳中天然的抗菌蛋白,然而反刍动物组织特异性缺乏溶菌酶。2006 年,Maga 等生产的表达人溶菌酶蛋白的转基因羊奶中的溶菌酶水平是人奶中的68%,体内和体外实验均证实了这种转基因羊奶能有效抑制引起乳房炎的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及嗜冷腐败菌的生长。 
 
1.3.2 朊病毒蛋白敲除羊
 
朊病毒(PrP) 能够迫使中枢神经系统机能退化引起羊的搔痒症,是一种极为致命的病毒。羊的瘙痒症已使许多欧洲国家遭受了异常严重的经济损失。Denning 等人于2001 年进行PrP 基因敲除转基因羊研究,共获得4 只转基因羊,这个研究首次证实了能通过核移植的方法生产目的基因敲除羊,其中1仅存活了12 d。2006年,Golding 等应用体细胞核移植和显微注射技术生产RNAi 介导的抗PrP转基因山羊,检测发现转基因动物体内PRNP 基因的表达得到了很好的抑制。
 
1.3.3 抗绵羊脱髓鞘性脑白质炎病毒转基因羊
 
属于慢病毒家族的绵羊脱髓鞘性脑白质炎病毒将导致羊脑炎、肺炎及关节炎。1994 年,Chements 等针对绵羊痘病毒对绵羊的危害,将绵羊髓鞘脱落病毒的衣壳蛋白基因与其长末端重复序列导入绵羊基因组,所获得转基因羊的抵抗力明显提高且体质健康。同时,转基因羊的获得为研究慢病毒载体能否在它的天然宿主中预防感染提供了模型。
 
1.4 作为动物乳腺反应发生器
 
1985年,Badge等人率先提出了应用转基因动物乳腺生物反应器生产重组功能性蛋白质。虽然转基因羊的产奶量比奶牛低,但转基因羊更容易获得。现已利用羊乳腺生物反应器生产了多种功能性产品并取得了初步成功。20世纪90年代,中国将转基因动物乳腺生物反应器的研究列为中国“863”高技术计划重大项目。
 
1.4.1 生产人类药用蛋白
 
乳腺生物反应器的主要作用是生产有重要医用价值的蛋白药品,因此对乳腺生物反应器进行大力有效的开发可以极大地提高人类健康水平。1991年,Wright等人将人抗胰蛋白酶(mATT)转入绵羊体内,并成功在乳腺中特异性表达,且表达量高达35g/L。由于ATT是治疗肺泡纤维化病(肺气肿)的高效药用蛋白,因此这一试验结果立即引起科学界的巨大轰动,将其产业化可以造福人类,同时大量的风险投资也涌向了人类药用蛋白的研发。2006年,美国Genzyme转基因公司研制成功了世界上第一个基因工程蛋白药物——重组人抗凝血Ⅲ(ATryn),成功获得了欧洲药品局的上市批准,这无疑开启了利用转基因山羊乳腺生物反应器生产的药用蛋白的研究浪潮。ATryn能够抑制血液中凝血酶活性,防治血栓形成,对治疗抗凝血酶缺失症效果显著。
 
1988年,黄淑帧等人实现了转基因羊的乳汁中特异表达人凝血因子Ⅸ。1997年,张靖溥等人在转基因羊乳汁中表达了乙肝病毒表面抗原(HbsAg),及人促红细胞生成素(EPO)。2000年,中国农业大学与北京兴绿原三高生物技术中心合作,李宁院士、连正兴教授等人成功获得了3只转mAAT基因转基因山羊,这也标志着中国转基因制药已达到世界先进水平。
 
1.4.2 生产人营养医用品
 
动物乳腺生物反应器可生产众多的功能性蛋白,除了药用蛋白外,也不乏营养医用类蛋白。目前全球营养医用蛋白的产量只能满足市场需求的10%一15%,因此营养性蛋白的发展潜力很大,已成为了营养医用品的支柱。2004年,美国科学家Reh等人成功将大鼠硬脂酰辅酶A去饱和酶基因转入山羊体,发现乳样中共轭亚油酸及单不饱和脂肪酸的比例显著高于对照组,高共轭亚油酸和但不饱和脂肪酸的奶对心血管病人的健康非常有益。
 
1.4.3 生产高附加值生物材料
 
一直以来,蜘蛛丝被人为是最坚韧且弹性良好的天然动物纤维之一。它不仅耐腐蚀、抗酶解、耐低温且具备良好的机械。由于蜘蛛不易于大规模饲养,因此从蜘蛛中大量获取蛛丝是不可行的。且其分子量巨大,化学合成方法亦无法获得。因此,动物乳腺生物反应器可有效解决以上问题。
 
加拿大Nexia公司培育出携带有来自蜘蛛的产丝蛋白基因的转基因山羊,从这种羊奶中提取这种蛛丝蛋白,是一种高强度丝材料,这种人造蜘蛛丝有蚕丝的质感、有光泽、弹性极强,因此被称为“生物钢”。将“生物钢”掺入其他材料,使之强度更大,重量更轻,应用在轮胎、纤维光学、医药和航天业上。“生物钢”材料已经开始进入了规模化生产阶段,将用于制作军用防弹衣或太空防护罩。由于“生物钢”具备诸多的优良性能,许多国家都极为重视,中国也将其列入了国家“863”重大研究计划中。
 
2、产业化前景及效益
 
转基因动物研究涉及到生物医学、药物产业、环境卫生及农牧业等众多方面,体现了广阔的应用前景。
 
经济效益,首先,转基因育种可以改良和培育动物新品种,由于转基因动物可以稳定地整合外源基因,并在合适的组织表达,还能将这种性状遗传给后代,这样就可以生产出生长快、产毛量多、产奶品质优良和抗病力强的转基因家畜,为家畜改良提供一条重要的途径,存在较高的经济潜力;其次,作为乳腺反应发生器,生产药用蛋白、营养品以及生物材料,其带来的巨大的经济效益不可估量。
 
生态效益,表达人溶菌酶的转基因羊羊乳有广谱性抑菌作用,而且抗病转基因羊自身免疫力高。所以,如果对这种抗病转基因羊进行推广,一方面可以减少疾病的大规模爆发及传播,减少动物因疾病导致的死亡;另一方面疾病爆发减少使疫苗的使用量降低,间接获得了经济效益。
 
社会效益,转基因羊的推广应用不仅可以增加牧民的收入,而且将稳定羊产品的生产,保障产品的供应,促进中国畜牧业健康持续的发展起到了极为重要的作用。
 
迄今为止,转基因动物并没有真正地进入产业化和市场化,但随着转基因理论及技术的不断成熟,生物安全评价体系不断完善,转基因动物及其相关产品势必将推动人类健康发展。
 
资料来源:
 
农业部农业转基因生物安全管理办公室等,《转基因30年实践》,中国农业科学技术出版社,2012
 

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