转基因鸡

2013-06-26 | 作者: | 标签: 转基因鸡

 
图自readcube.com

禽类的转基因试验研究开始与上世纪60年代。由于禽类独特的生殖解剖结构,胚胎的特殊状态(即卵子始终位于卵黄的表面,受精发生后,雄原核便被脂粒所遮掩,并且在蛋产出时,胚胎已分裂到大约6万个细胞)使得家禽的转基因研究相对于哺乳动物转基因研究显得滞后。
 
慢病毒载体的出现,打开了转基因鸡高效制备的大门,由于该改造后的病毒具有复制缺陷性、缺少病毒的毒性蛋白,仅保留了病毒包装、反转录和整合基本蛋白,与野生型病毒重组率极低,具有较好的生物安全性,并在实验研究中得到了广泛应用,同时也拓展到了哺乳动物的转基因研究中。利用慢病毒感染法已经获得了大量的转基因鸡,涉及了提高鸡的一般抗病力和特殊抗病力(如禽流感、IBV、白血病等);同时利用鸡的输卵管生物反应器生产特定的营养或药用蛋白(如溶菌酶、干扰素、黑色素瘤抗体等),其应用空间十分广阔。另外鸡既是鸟类的模式生物,还是可生产肉蛋的农业动物,因此通过转基因鸡获得的产品在完成基础研究的基础上,如果通过严格的安全评价可以直接应用于农业生产,具有成本低、见效快等优势,其市场前景非常广阔,经济效益也非常明显。
 
转基因鸡标志性事件:
 
1987年,用禽白血病病毒感染早期的鸡胚胎获得了转基因鸡。
 
2000年,美国获得了输卵管表达人生长因子的转基因鸡。
 
2007英国罗斯林研究所获得了鸡输卵管表达人类干扰素的转基因鸡。
 
2007 年英国获得了输卵管表达治疗皮肤癌的抗体miR24的转基因鸡。
 
2011年 中国获得了抗传染性支气管炎的转基因鸡。
 
2011年,英国诞生全球首例抗禽流感转基因鸡。
 
1、研发现状
 
1984年,Ruth M Shurnan等人便开始对转基因家禽进行了一系列的研究工作,他们于1987年首次利用一种重组的逆转录病毒作为载体,将外源基因成功转入鹌鹑胚胎。至此,诸多的专家学者便相继开展了家禽转基因的研究。1987年,美国农业禽病研究室利用禽白血病病毒(ALV)为载体,感染未经孵化的受精蛋卵黄囊,得到了嵌合体鸡,经过检测逆转录病毒已成功转入鸡的种系。
 
通过对功能基因的筛选获得抗病基因,在利用转基因手段在鸡胚细胞中导入抗病基因来制备转基因鸡,再通过育种手段进行扩繁,培育鸡的抗病品系。禽类白血病主要呈现垂直传播,染病鸡免疫机能下降,容易感染多种疾病,且此病难于控制,可给养殖生产带来巨大损失,主要得预防策略是在18周龄时进行监测,多阳性个体进行淘汰,由此也造成巨大的经济损失。Crittenden等将改造过的禽白血病病毒(ALV)载体转入鸡体内,获得了抗A型ALV的新品系鸡。据英国BBC新闻网的消息,英国剑桥大学的分子病毒学家Laurence Tiley教授领导研究人员为阻止禽流感传播,培育了一批转基因鸡,这些鸡的细胞中能产生一种可与高致病性禽流感病毒多聚酶结合的RNA,这种RNA能够干扰流感病毒多聚酶的正常工作,使得禽流感病毒无法继续传播。这些转基因鸡仍能够受到感染,但不会感染健康鸡群。
 
2011年中国农业大学获得了抗鸡传染性支气管炎病毒(IBV)的转基因鸡,经体外对转基因外周血中免疫细胞的攻毒中,发现转基因血细胞可以有效抑制病毒的复制,减弱了炎症反应所造成的组织损伤。
 
2001年,英国罗斯林研究所通过转基因鸡生产了抗癌药用蛋白。2007年,罗斯林研究小组宣布,成功获得了世界上首批能下“神奇鸡蛋”的小鸡,神奇之处在于小鸡可根据需要制造不同的蛋白质,为糖尿病、帕金森及癌症等疾病的治疗提供新的方法。
 
1995年,原复旦大学教授黄伟达也开始了转基因鸡的研究,用了5年的时间,成功构建了可在鸡蛋清中表达目的基因的载体,建立了成熟有效的转基因技术,效率最高可达70%,20%以上的转基因鸡的鸡蛋清中都能够检测到目的基因“人瘦素蛋白”,最高表达量可达10~30mg/L。随后,便成立了中国首家转基因鸡产业公司—上海复旦新杨生物科技有限责任公司,致力于开发鸡蛋清中高效表达目的基因的技术。
 
由于鸡的生长周期短,因此转基因鸡从孵化到下蛋只需7个半月比转基因羊和牛的生产周期都短得多,可作为一种更丰富、更高效、更经济的生物制药来源,可生产多种药物用来治疗失血、糖尿病、癌症等多种疾病。
 
由于鸡的生理、生殖器官在解剖上的独特性,使得转基因鸡的研究在一定时期内相对落后。但同时鸡具备世代间隔短、易于饲养和管理、成本相对低廉、生产性能高等诸多优点,越来越多的专家学者把注意力转移到转基因鸡的研究上。同时,鸡胚的原始组成成分简单,鸡蛋清中的蛋白质只有8种,转入的目的基因蛋白质容易从鸡蛋清中分离提取,且目的产物的获得不会影响鸡本身的健康,产物收集不易污染。因此转基因鸡具有良好而广阔的发展前景。
 
2004年,杜立新等人,利用脂质体将鸡卵清蛋白5’端调控人促红细胞生成素的pOV-hEPO特异表达载体进行包埋,在与供体细胞融合后,通过显微注射方法转入受体胚盘,成功制备了转基因鸡。
 
2003年,扬州大学李碧春教授课题组,成功实现了鸡体内、外精原干细胞介导目的基因来生产转基因鸡,该方法操作简单、成本且效率高。经过转染的精子可直接进行人工授精,不需破坏蛋的结构,可大大提高出雏率和存活率,能够得到大量的转基因后代。精原干细胞包括了雄性个体全部的遗传信息,可在转基因后代中获得比较完整的遗传信息。
 
精原干细胞介导的转基因方法也可应用于其他禽类或哺乳动物,因其高效的特性比目前的脂质体转染法、显微注射法、逆转录病毒感染法及精子载体法更具优势,通常转基因效率可提高5-10倍。
 
 
2、产业化前景及经济效益
 
中国是世界上养鸡最多的国家,在保障中国肉蛋等粮食安全中发挥着重要的作用。由于鸡的养殖密度大、成本低,保障了禽产品的充足市场供应,相比价格飞涨的猪、牛、羊肉,鸡肉蛋价格保持了相对稳定,并为低收入人群获得廉价的动物蛋白提供了保障,其社会效应十分巨大。利用转基因技术提高鸡蛋品质、开发功能性鸡蛋、生产人类所需的药用蛋白将具有广阔的市场前景,必将对养鸡业发展注入新的活力。
 
在药用蛋白的生产上,哺乳动物的乳腺生物反应器已经被人类广泛熟知,研究相对深入,部分产品已经到了产业化阶段或临床试验阶段。对禽类来说,输卵管生物反应器也是一种高效的生产药用蛋白的主要来源。鸡体内新生多肽上的寡聚糖比哺乳动物的更接近人类,通过转基因鸡孵卵管生物反应器产生的功能蛋白可被正确的糖基化。通常,在哺乳动物细胞中表达人类的药物蛋白常出现毒副作用,使得宿主细胞死亡,但在鸡输卵管内表达却无不良影响。例如,人红细胞生成素在鸡体表达无活性,但在兔的乳腺中表达会产生毒副作用。
 
此外,鸡蛋具备天然的无菌环境,含大量蛋白质且成分简单,鸡蛋中表达目的蛋白,在纯化上简单方便,且产量相对较高。转基因鸡输卵管生物反应器的研究仍在起步阶段,应加大力度开发鸡输卵管生物反应器,发挥其应有的价值。
 
如能够克隆该基因并借助转基因手段,对相关鸡品种进行改良,将会使禽类养殖发生巨大的变革。农大褐3号是利用分子标记辅助选择技术将矮小型基因dw导入普通褐壳蛋鸡中所选育成的新品种,具有产蛋率高、饲料利用率高、养殖成本低、节约饲料等优点,受到了广大养殖户的信赖。
 
在转基因鸡的制作过程中敲除、破坏鸡内源病原的受体基因或转入抗病基因可作为抗病育种的有效手段。
 
在基础科学研究方面,鸡胚一直以来都是脊椎动物胚胎发育的重要研究模型,与哺乳动物相比,鸡胚具有无可比拟的优势,鸡受精卵可在湿润环境中储存,发育早期胚盘始终漂浮在卵黄上面,容易对鸡胚进行精细的显微操作。
 
由于转基因鸡世代间隔短,可加快QTL的选择进程,通过基因操作比哺乳动物更容易建立人类疾病模型,对遗传病、糖尿病及癌症的防治具有相当重要的意义。
 
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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