حیوان ترانس ژنتیک به حیوانی اطلاق می شود که در آن تغییر عمدی ژنوم بر خلاف جهش خود به خودی صورت گرفته است.DNA خارجی با استفاده از فناوری DNA نوترکیب به حیوان وارد می شود و سپس باید از طریق رده زایا منتقل شود هر سلول، از جمله سلول های زایا، حاوی همان مواد ژنتیکی اصلاح شده می باشد.
1-پیشینه تاریخی
قبل از توسعه ژنتیک مولکولی، تنها راه مطالعه تنظیم وعملکرد ژن های پستانداران، مشاهده ویژگی های ارثی یا جهش های خود به خودی بود. مدتها قبل از مندل هرگونه دانش ژنتیکی مولکولی، اصلاح انتخابی یک عمل رایج در میان کشاورزان برای افزایش صفات انتخابی ، به عنوان مثال، افزایش تولید شیر بود.
در طول دهه 1970، اولین موش کایمریک تولید شد(1974).سلولهای دو جنین مختلف از سویه های مختلف در مراحل اولیه رشد(هشت سلولی) با هم ترکیب شدند تا یک جنین منفرد را تشکیل دهند که در نهایت به یک موجود بالغ کایمریک تبدیل شده و ویژگی های هردو سویه را نشان می دهد.
مشارکت متقابل زیست شناسی تکوین و مهندسی ژنتیک امکان توسعه سریع تکنیک های ایجاد حیوانات ترانس ژنتیک را فراهم کرد. میکرو اینجکشن DNA ، اولین تکنیک موفقیت آمیز در پستانداران، ابتدا روی موش ها و سپس روی گونه های مختلف دیگر مانند موش ، خرگوش، گوسفند، خوک، پرندگان و ماهی ها اعمال شد.سپس دوتکنیک اصلی دیگر توسعه یافتند: روش های ترانس ژن با واسطه رتروویروس (1976) و انتقال ژن با واسطه سلول های بنیادی (ES) (1986) توسعه یافتند.
از سال 1981 زمانی که اصطلاح ترانس ژنتیک (1981)پا به عرصه علم گذاشت. توسعه سریعی در استفاده از حیوانات دستکاری شده ژنتیکی صورت گرفنه است زیرا محققان تعداد فزاینده ای از کاربردهای این فناوری را یافته اند.
2-روش های ایجاد حیوانات ترانس ژنیک
اندازه کوچک و هزینه کم اسکان در مقایسه با مهره داران بزرگتر، زمان تولید مثل کوتاه و ژنتیک کاملا مشخص آنها، موش ها به گونه اصلی مورد استفاده در زمینه ترانس ژن تبدیل شده است.
سه روش اصلی برای ایجاد حیوانات ترانس ژن عبارتند از: میکرو اینجکشن DNA ، انتقال ژن با واسطه سلولهای بنیادی جنینی و انتقال ژن با واسطه رتروویروس.
میکرو اینجکشن DNA :
این روش شامل میکرو اینجکشن مستقیم ژن انتخابی ( یک ژن یا ترکیبی از ژن ها) از یک عضو دیگر از همان گونه یا از یک گونه متفاوت به پیش هسته یک تخمک بارور شده است.این یکی از اولین روش هایی است که ثابت کرد در پستانداران موثر است. DNA معرفی شده ممکن است منجر به بیان بیش از حد یا کم بیان ژن های خاص یا بیان ژن های کاملا جدید برای گونه های حیوانی شود. با این حال ، قرار دادنDNA یک فرایند تصادفی است و احتمال زیادی وجود دارد که ژن معرفی شده خود را در محلی روی DNA میزبان قرار ندهد، که اجازه بیان آن را می دهد. تخمک لقاح یافته دستکاری شده به مجرای تخمک ماده گیرنده یا مادر فاستر منتقل می شود که با جفت گیری با یک نر وازکتومی شده به عنوان گیرنده عمل می کند.
مزیت: کاربرد به طور وسیع در انواع گسترده ای از گونه ها است.
انتقال ژن با واسطه سلولهای بنیادی جنینی:
این روش شامل وارد کردن توالی DNA مورد نظر با نوترکیبی هومولوگ در یک کشت آزمایشگاهی سلولهای بنیادی جنینی (ES) است. سلولهای بنیادی سلول های تمایز نیافته ای هستند که پتانسیل تمایز به هر نوع سلولی (سلولهای سوماتیک و زایا) را دارند و بنابراین یک موجود کامل را به وجود می آورند. سپس این سلولها در مرحله رشد بلاستوسیت به جنین وارد می شوند. نتیجه یک حیوان کایمریک است. انتقال ژن با واسطه سلول بنیادی جنینی) (ES روش انتخابی برای غیر فعال سازی ژن است که به اصطلاح روش Knock-out نامیده می شود.
این تکنیک برای مطالعه کنترل ژنتیکی فرایندهای تکوین از اهمیت ویژه ای برخوردار است.این تکنیک به ویژه در موش ها به خوبی کار می کند.
مزیت:امکان هدف گیری دقیق جهش های تعریف شده در ژن را از طریق نوترکیبی هومولوگ فراهم می کند.
انتقال ژن با واسطه رتروویروس ها:
برای افزایش احتمال بیان، انتقال ژن با واسطه یک حامل یا ناقل ، به طور کلی از یک ویروس یا یک پلاسمید به عنوان حامل استفاده می شود.
رتروویروسها معمولا به عنوان ناقلی برای انتقال مواد ژنتیکی به داخل سلول استفاده می شوند و از توانایی شان در آلوده کردن سلولهای میزبان با استفاده از این روش استفاده می کنند. فرزندان حاصل از این روش کایمریک هستند، یعنی همه سلولها حامل رتروویروس نیستند. انتقال ترانس ژنیک تنها در صورتی امکان پذیر است که رتروویروس در برخی از سلول های زایا ادغام شود.
برای هر یک از این تکنیک ها میزان موفقیت از نظر تولد زنده حیوانات حاوی ترانس ژن بسیار پایین است. به شرط اینکه دستکاری ژنتیکی منجر به سقط جنین نشود، نتیجه نسل اول (F1) از حیوانات است که باید برای بیان ترانس ژن آزمایش شوند.بسته به تکنیک مورد استفاده، نسل اول یا F1 ممکن است منجر به کایمر شود.هنگامی که ترانس ژن در سلولهای زاینده ادغام شد، به اصلاح کایمرهای خط زایا برای 10 تا 20 نسل هم خونی می شوندتازمانی که حیوانات ترانس ژنتیک هموزیگوت به دست آیند و ترانس ژن در هر سلول وجود داشته باشد. در این مرحله جنین های ترانس ژن را می توان منجمد کرد و برای لانه گزینی بعدی ذخیره کرد.
حیوانات ترانس ژنتیک در بیوتکنولوژی:
حیوانات ترانس ژن تنها یکی از پیشرفت ها در حوزه بیوتکنولوژی هستند. بیوتکتولوژی نحوه درک ما از فرایندهایی مانند مهندسی وساخت را تغییر داده است. این اصلاحات اکنون شامل استفاده از موجودات زنده یا اجزای آنها برای ساخت یا اصلاح محصولات ، تغییر خصوصیات گیاهان یا حیوانات، یا توسعه میکرو اورگانیسم ها برای مصارف خاص استفاده می شود. استفاده های جدید از تکنیک های DNA نوترکیب، تکنیک های همجوشی (fusion) سلولی، فناوری آنتی بادی تک کلونال و پلی کلونال وفرایندهای بیولوژیکی برای تولید تجاری ، تمایزات و روش های سنتی را تغییر داده است. دستکاری های ژنتیکی در سطح DNA دیدگاه های دیرینه درباره اینکه چه چیزی حیوان، گیاه و انسان در نظر گرفته می شود را تغییر داده است. به نوبه خود، این تغیییرات ارزابی روش های استفاده از حیوانات را دشوار تر کرده و تمایز بین تحقیقات خالص و کاربردی را پنهان کرده است.
در نظر گرفتن مقبولیت ایجاد گونه های حیوانی ترانس ژن خاص یا دستکاری ژنتیکی شامل تبادل DNA بین گونه ها و سلسله ها می تواند یک مسله ساده مراقبت از حیوانات یا یک تصمیم اجتماعی باشد.
ایجاد حیوانات ترانس ژن منجر به تغییر استفاده از گونه های درجه بالاتر به گونه های پایین تر می شود و همچنین استفاده تعداد حیوانات استفاده شده، تاثیر می گذارد.
نمونه ای از جایگزینی گونه های بالاتر با گونه های پایین تر ، امکان ایجاد مدل های بیماری در موش ها به جای استفاده از سگ ها یا نخستی های غیر انسانی است.
در دراز مدت ، کاهش تعداد حیوانات مورد استفاده، به عنوان مثال برای مطالعه بیماری های انسانی ، به دلیل ویژگی بیشتر مدل های ترانس ژن توسعه یافته امکان پذیرشده است. از سوی دیگر ، موفقیت روش منجر به استفاده از پتانسیل آن برای بررسی طیف وسیع تری از بیماری ها وشرایط شده است. استفاده واقعی از برخی از گونه ها ممکن است افزایش یابد، علاوه بر تعداد حیواناتی که به عنوان اهدا کننده درطی فرایندخاص قربانی می شوند. پتانسیل این فناوری همچنین امکان استفاده از گاو ، خوک، گوسفند و بز را به عنوان واحدهای فرآوری برای تولید پروتین یا اهدا کنندگان عضو فراهم کرده است.
فرایندهای تعاملی پیچیده پستانداران زنده در شرایط آزمایشگاهی قابل تکرار نیستند. با این حال ، حیوانات ترانس ژن ابزاری برای ارزیابی تغییرات ژنتیکی از نظر تغییرات آناتومیکی و فیزیولوژی در یک سیستم پیچیده فراهم می کنند. مدل های ترانس ژن در مقایسه با مدل های حیوانی سنتی دقیق تر هستند، به عنوان مثال ،موش های دارای تومور با افزایش حساسیت به رشد تومور ، نتایج مطالعات سرطان زایی را در بازه زمانی کوتاهتری بدست می آورد، بنابراین سیر توسعه تومور را در حیوانات مبتلا به آزمایش را کاهش می دهد. با این حال ، مدل ها معادل های دقیقی نیستند، بنابراین مانند هر سیستم دیگری باید در نتیجه گیری از داده ها دقت شود.
فهرستی از موارد حیوانات ترانس ژن برای بیوتکنولوژی:
-استفاده در تحقیقات پزشکی، حیوانات ترانس ژن برای شناسایی عملکرد فاکتورهای خاص در سیستم های همواستاتیک پیچیده از طریق بیان بیش از حد یا کم یک ژن ( با استفاده از ترانس ژن وارد شده) استفاده می شود.
-در سم شناسی : به عنوان حیوانات تست پاسخگو (تشخیص مواد سمی) می باشند.
-در ژنتیک تکوینی پستانداران کاربرد دارد.
-در بیولوژی مولکولی، آنالیز تنظیم بیان ژن از ارزیابی تغییر ژننیکی ویژه در همه سطح حیوان استفاده می شود.
-در صنعت داروسازی ، تولید هدفمند پروتین های دارویی، تولید دارو و آزمایش اثر بخشی محصول است.
-در بیوتکتولوژی : به عنوان تولید کننده پروتین های خاصی باشند.
-هورمون های دستکاری شده ژنتیکی برای تولید شیر، تولید گوشت.مهندسی ژنتیک دام و در آبزی پروری بر تغییرات فیزیولوژی و یا آناتومی حیوانات تاثیر می گذارد.روشهای کلونینگ تولید خطوط خونی خاص است.
-تکوین حیوانات بویژه تولید برای استفاده زنوگرافت تولید می شوند.
ملاحضات عمومی مهم شامل میزان تجربه بدست آمده در آزمایشگاه در رابطه با دامپروری ، استاندارد های صنعت برای تگهداری حیوانات ایجاد شده به طور خاص به عنوان ماشین های زنده برای تولید پروتین ها ، آنتی بادی ها و... است. چه واژه هایی برای توصیف و ارزیابی وضعیت حیواناتی که به عنوان واحدهای تولیدی استفاده می شوند مناسب است؟ شبیه سازی دالی تاکید بر پیشرفت های نوآورانه در علوم حیوانات بخشی از بیوتکنولوژی است. همچنین استفاده از زنوگرافت، حداقل در سطح بهداشت عمومی، رفاه حیوانات و انسان را غیر قابل تفکیک می کند.
مترجم: دکتر ندا ابراهیمیان
منبع:
AMERICAN SOCIETY FOR REPRODUCTIVE MEDICINE, URL www.asrm.org
Transgenic Animals