Генетическая устойчивость животных к заболеваниям и стрессам » Строительный портал: строительство, ремонт, недвижимость, ландшафтный дизайн

С переводом животноводства на промышленные технологии производства возросла необходимость профилактики инфекций и инвазий, создания типов, линий и пород животных, устойчивых к стрессам и незаразным болезням, способных к длительной эксплуатации в условиях комплексов с сохранением высокой продуктивности и плодовитости.
Ежегодно продуктивность скота и птицы в высокоразвитых странах снижается на 20 % из-за болезней. Сократить эти потери — одна из главных задач в интенсификации отрасли. Установлено, что некоторые породы, популяции внутри пород, отдельные животные характеризуются полной невосприимчивостью к определенным болезням или заболевают крайне редко. Эти отличительные породные особенности передаются из поколения в поколение. Так, животные костромской и бестужевской пород устойчиво передают своему потомству невосприимчивость к лейкозу. Зебу и зебувидный скот резистентны к пироплазмозу, желудочно-кишечным заболеваниям, лейкозу.
Различия в восприимчивости к болезням обнаруживаются между линиями и семействами, потомством разных производителей. Это указывает на то, что наследственность играет определяющую роль в устойчивости и восприимчивости животных к болезням.
Устойчивость к болезням наследуется чаще всего как полигенный признак. Для проявления такого признака необходимо накопление в генотипе животных определенного количества аллелей с аддитивным (суммарным) эффектом, усиливающим сопротивляемость организма к болезнетворным факторам (вирусам, бактериям и др.). Восприимчивость к болезни проявляется только при наличии соответствующих факторов (вирусов, бактерий) и отсутствии генов, определяющих резистентность организма.
Защитные механизмы организма. Способность организма противостоять болезням, или защитная сила, может быть неспецифической (резистентность) и специфической (иммунитет). Резистентность и иммунитет подразделяют на врожденные и приобретенные. Врожденная устойчивость означает, что патогенные факторы (вирусы, бактерии) неспособны к размножению в клетках и тканях данного животного.
Внутриклеточная репликация определенных патогенных бактерий и вирусов почти не контролируется гуморальными антителами, так что высокий титр антител в сыворотке не может защищать организм хозяина от вредных воздействий патогенного фактора. Для защиты от таких инфекций, как бруцеллез, сальмонеллез, листериоз и другие заболевания, необходима повторная вакцинация для выработки иммунной реакции. Иммунная реакция зависит от породы и вида животного, а также от природы патогенного фактора.
Организм имеет ряд защитных приспособлений от инфекционных болезней. Важнейшую роль среди них играют внешние защитные факторы — кожа, выделения организма, многочисленные компоненты сыворотки крови. Кожа выполняет в основном роль механического барьера. Слизь, выделяемая носовой полостью, верхними дыхательными путями, желудочно-кишечным трактом, улавливает и задерживает бактерии в их продвижении.
В последнее время интенсивно изучаются механизмы иммунной системы. Схематически они представляются следующим образом. Имеется группа недифференцированных стволовых клеток костного мозга, из которых развиваются отдельные типы кровяных и лимфатических клеток: эритроциты, лимфоциты, гранулоциты и др. Лимфоциты активизированы в специализированных тканях: Т-лимфоциты — в тимусе; В-лимфоциты — у птиц в фабрициевой сумке; у млекопитающих место их нахождения не установлено. В-лимфоциты обусловливают в организме гуморальный, а Т-лимфоциты — клеточный иммунитет.
Все иммунные реакции подчинены центральной нервной системе. Если она отказывает, то лимфоциты могут продуцировать антитела против собственных клеток, в результате чего развивается аутоиммунная болезнь.
В нормальном состоянии иммунная система реагирует только на вещества, попавшие в организм извне. Защитная способность организма формируется уже в плодный период — часть гамма-глобулинов во время беременности через трансплацентарный барьер переносится от матери к плоду. Поэтому иммунитет, отчасти врожденный, приобретается без включения генетического аппарата плода. Новорожденное животное получает антитела с молозивом матери, пока не сформируется его собственный иммунитет.
Сила иммунного ответа организма находится под генетическим контролем. Такие вещества, как лейкомитогены, лейкорекрутины, лейкокинезины, лейкотоксины и ангиотропины, ответственны за функционирование лейкоцитов и контролируются соответствующим генным локусом. Одним из достижений иммуногенетики последних лет является открытие гена, кодирующего структуру иммуноглобулина. Установлены генетические концентрации иммуноглобулина у разных пород крупного рогатого скота. Высокая наследуемость концентраций этого белка (0,52—0,69) позволяет вести селекцию на повышение специфической резистентности животных.
Другим важным достижением иммуногенетики является открытие главного комплекса гистосовместимости (Major Histocompatibility Complex, МНС). Лейкоцитарные антигены, локализующиеся на мембранах ядерных клеток, не только определяют совместимость тканей и органов при трансплантации, но и обусловливают генетическую резистентность животных к отдельным болезням. Система главного комплекса гистосовместимости характеризуется выраженным полиморфизмом, что позволяет использовать ее для контроля за происхождением животных. Типы лейкоцитарных антигенов контролируются аллельными группами генов и наследуются по аутосомальному кодоминантному типу.
Доказана роль лейкоцитарной системы антигенов в иммунной реакции и восприимчивости или устойчивости организма к болезням. Подчеркивается, что комплементарное содержимое сыворотки зависит от системы лейкоцитарных антигенов.
Имеется целый ряд примеров, характеризующих генетическую обусловленность резистентности и иммунитета животных. Установлено участие генотипа в реализации общей и специфической защиты организма животных от болезней. Определено наличие наследственной обусловленности уровня естественной резистентности у крупного рогатого скота. Коэффициент наследуемости бактерицидной активности равен 14%, лизоцима — 24, общего белка сыворотки крови — 48, гамма-глобулинов — 60 %. Установлен коэффициент наследуемости уровня активности лизоцима молока и титра нормальных антител крови. Показатель первого признака составляет 0,403, второго — 0,414. Указанные признаки имеют широкую вариабельность по стадам (от 6 до 50 %) и значительно различаются у отдельных родственных групп животных (линии, семейства).
Опубликованы данные о генетической резистентности свиней к неонатальному энтериту, обусловленному Е. coli. В силу естественной невосприимчивости, связанной с особыми выделениями кишечника, у некоторых поросят бактерии Е. coli не могут прикрепляться к стенке кишечника и размножаться. Выделения поверхности тела, внутренних полостей и желез могут смывать бактерии и предотвращать их проникновение в организм. Бактерицидные свойства выделений обусловлены содержанием в них лизоцима.
Установлены межпородные и индивидуальные особенности активности лизоцима слезной жидкости. Чем выше активность лизоцима, тем устойчивее животное к заболеванию инфекционным кератоконъюнктивитом. Так, чистопородные импортные животные абердин-ангусской породы и их потомки более предрасположены к заболеванию кератоконъюнктивитом, чем помесные, полученные на основе поглотительного скрещивания калмыцкого скота.
При изучении патогенеза аллергической болезни легких у лошадей установлена связь между этой болезнью и системой лейкоцитарных антигенов. Достоверная связь была также определена между способностью у лошади продуцировать антитела и лейкоцитарными антигенами. Связь между болезнью и системой лейкоцитарных антигенов обнаружена и у крупного рогатого скота.
Установлено, что некоторые животные не заболевают бабезиозом. Они устойчивы против клещей рода Воорhilus, переносящих возбудителей пироплазмоза. У этих резистентных к клещам особей обнаруживают определенные лейкоцитарные антигены, которых нет у восприимчивых животных.
Особого внимания заслуживают болезни систем крови и обмена веществ. Эту категорию болезней подразделяют на пять групп: аномалии метаболизма аминокислот, аномалии карбогидразного метаболизма, нарушение метаболизма дегидратации, врожденные гормональные нарушения и аномалии метаболизма крови.
У крупного рогатого скота голштинской породы встречается наследственное расстройство коагуляции крови (недостаточность фактора XI). Для изучения характера наследования этого фактора проводили анализирующее скрещивание с участием носителей расстройства коагуляции нормальных и дефицитных по фактору XI животных. Установлено, что дефект наследуется по рецессивному типу. Частота мутантного гена в одной из популяций голштинского скота колебалась от 7,0 до 16,9 %.
В этой же породе выявлен наследственный иммунодефицит, получивший название ВLUD-синдрома. Телята — гомозиготные носители рецессивного ВL-гена в 4—6-месячном возрасте погибают из-за невозможности противостоять вирусным и бактериальным инфекциям, поражающим дыхательную систему и желудочно-кишечный тракт. Сходный синдром — комбинированный иммунодефицит — обнаружен у лошадей арабской породы. Для профилактики этого дефекта разрабатывается метод выявления антигена молекулы фактора XI в плазме крови.
Нарушение стероидного метаболизма обнаружено у животных джерсейской породы, при этом отмечают высокую смертность телят, угнетение роста и снижение продуктивности. Врожденный гипертиреозис щитовидной железы может возникать в результате энзимической дисфункции и в отдельных породах наследуется как рецессивный признак. Общий гликогеноз характеризуется прогрессируюшей слабостью мышц, дефектами сердца, нарушением координации движений и наследуется по рецессивному типу.
Устойчивость животных к болезням в значительной степени зависит от метода подбора родителей. Родственное спаривание приводит к повышению гомозиготности генотипа животных, в том числе по рецессивным аллелям, обусловливающим проявление инбредной депрессии. В. Ф. Красота и др. на черно-пестрой и айрширской породах установили понижение резистентности: по группе гомозиготных генотипов животных оно выявлено у 66,2 %, по группе гетерозиготных — у 33 %. Отсюда следует, что длительное применение инбридинга в племенных хозяйствах нежелательно, поскольку оно приводит к снижению устойчивости животных к болезням. В товарных стадах инбридинг недопустим.
Повышение устойчивости животных к болезням часто отмечают в результате передачи из одной породы в другую генетического материала, обладающего специфической или комбинационной способностью к резистентности. Так, скот породы зебу отличается высокой устойчивостью ко многим заболеваниям, к высокой температуре и другим экстремальным условиям среды. Гибриды, полученные от заводских пород крупного рогатого скота и зебу, сохраняют многие ценные качества родителей. Гибридный молодняк не болеет диспепсией, стригущим лишаем и другими болезнями. Взрослые животные не заражаются туберкулезом, бруцеллезом, ящуром и др. В нашей стране ведутся работы по гибридизации зебу с животными молочных и комбинированных пород с целью создания новых пород и типов, сочетающих устойчивость к экстремальным условиям и заболеваниям, обладающих хорошими приспособительными качествами и высокой продуктивностью.
Генетическая устойчивость животных к стрессам. В условиях индустриализации животноводства возросло значение профилактики стрессов у животных и птицы разных видов. Под воздействием компонентов технологического процесса (перегруппировка животных, машинное доение, механизированная раздача кормов, уборка навоза, повышенная концентрация поголовья на ограниченной площади) у животных возникает реакция напряжения, или стресс. В результате нарушаются физиологические функции организма и, как следствие этого, снижаются плодовитость, жизнеспособность, устойчивость к болезням, продуктивность.
У овец под действием стрессов эмбриональные потери возрастают с 17,2 до 29,9—37,7 %. У свиней стресс приводит к снижению массы и качества мяса. В результате транспортировки, например, потери массы достигают 7,4 кг на голову, у некоторых животных возникают язвы желудка, а иногда наступает смерть.
Исследования показали, что устойчивость или восприимчивость к стрессам наследственно обусловлена. С помощью реакций на анестезирующий газ галотан или прямым методом анализа ДНК можно выявить свиней, генетически предрасположенных к стрессовому синдрому. Положительная реакция на галотан свидетельствует о чувствительности к стрессам, отрицательная — на устойчивость организма к этому синдрому. Устойчивость к стрессам у разных пород свиней неодинакова (табл. 1.3).

Свиньи крупной белой породы, дюрок и американский йоркшир устойчивы к стрессам; породы пьетрен и бельгийский ландрас стрессочувствительны; гемпширы и ландрасы занимают промежуточное положение. Устойчивость к стрессу у свиней контролируется доминантным геном, а чувствительность — рецессивным. Установлена связь между аллелями групп крови Н у свиней и восприимчивостью к стрессовому синдрому. Эти данные свидетельствуют о возможности эффективной селекции в повышении устойчивости животных к стрессам.

Перспективы селекции на повышение устойчивости животных к заболеваниям.

Поскольку установлены молекулярные основы болезней и механизмы их генетической детерминации, то необходимо вести целенаправленную работу по искоренению наследственной патологии. Уже сейчас профилактика некоторых болезней и аномалий основана на использовании биохимических, цитологических и прямых генетических маркеров. Так, профилактику маннозидоза крупного рогатого скота осуществляют путем отбора (браковки) животных, гетерозиготных по уровню фермента маннозидазы. ВLUD и СVМ-синдромы у голштинов выявляют на основе ПЦР-диагностики. Стрессоустойчивость и стрессочувствительность у свиней определяют по реакции на галотановую анестезию. С помощью цитогенетического анализа выявляют носителей аберраций хромосом, что дает возможность повысить плодовитость и жизнеспособность животных. Развитие генетической инженерии открывает новые возможности в борьбе с болезнями. Появляется возможность искоренения некоторых болезней путем изолирования и клонирования генов, определяющих формирование иммунитета, регулирующих иммунную реакцию, контролирующих наличие антигенных компонентов болезней и паразитов. Особая роль при этом отводится генам, контролирующим главный комплекс гистологической совместимости, белки-медиаторы и антитела. Установлено, что такие болезни, как почесуха овец, болезнь Марека и лейкоз кур и некоторые другие, связаны с главным комплексом гистологической совместимости.

Исследования по изучению почесухи показали, что у овец разных пород степень выраженности болезни неодинакова. Одни породы кур высокоустойчивы к развитию лимфомы, другие — малоустойчивы. Невосприимчивые породы имеют определенный комплекс гистологической совместимости, что дает возможность отбора на повышение устойчивости к заболеваниям такого рода.

Лимфоциты в процессе иммунной реакции способны выделять пептиды, стимулирующие или подавляющие продуцирование антител и деление в клетках. Такие медиаторы, или гормоны, получили название лимфокины. Один из них — интерлейкин-2 — способствует репликации лимфоцитов, другой — интерферон — широко применяют в медицине и при лечении респираторных заболеваний животных. Сейчас необходимые количества интерферона получают с помощью генной инженерии путем клонирования генов, кодирующих этот белок. В ближайшем будущем лимфокины найдут широкое применение в профилактике стрессов.

Выявление функции Т-клеток в кодировании антител дает возможность профилактировать такие вирусные болезни скота, как лейкемия, синдром «синий язык», злокачественная катаральная лихорадка, ложное бешенство, африканская чума свиней, почесуха овец, болезнь Марека, лейкоз, инфлюэнца у птиц.

Знание природы иммунных реакций организма при воздействии на него определенных патогенных факторов позволяет создавать эффективные вакцины. Для идентификации продуктов, вырабатываемых патогенами, используют специально выделяемые моноклональные антитела. С их помощью идентифицируют и клонируют гены, кодирующие белковые оболочки вирусов, что дает возможность создания узконаправленных и безвредных вакцин. Однако отдельные возбудители болезней обладают способностью изменять или маскировать свои антигены, что затрудняет использование вакцин. В этих случаях для борьбы с возбудителями будут созданы биологические агенты, так называемые векторы, которыми могут быть комары, клещи, тли, москиты, уничтожающие переносчиков болезней. Только при одном перечислении современных достижений молекулярной генетики, иммуногенетики, цитогенетики и генной инженерии трудно охватить возможности применения их в ветеринарии. Однако не вызывает сомнения, что профилактика и терапия болезней вступают в новую эру — эру иммуногенопрофилактики и иммуногенотерапии.

Возможности такой иммуногенотерапии были продемонстрированы, в частности, при лечении новорожденных поросят и телят с использованием моноклональных антител, специфичных для так называемых

pili

-антигенов на энтеротоксикогенной форме

E. coli,

вызывающих диарею.

Применение созданных генно-инженерным способом специфических вакцин против диареи телят, поросят и ящура крупного рогатого скота существенно снижает заболеваемость животных. Однако вакцинированные животные оказались устойчивыми только к одному определенному штамму вируса. В связи с этим возникает потребность в создании новых вариантов сывороток.

Дальнейшие успехи по борьбе с болезнями животных ученые связывают:

– с изучением генетической основы восприимчивости к болезням;

– исследованиями в области молекулярной структуры генов, регулирующих иммунную реакцию;

– разработкой тестов молекулярной диагностики с использованием моноклональных антител, для чего необходимо изучение структуры генетического материала и антигенного состава патогенов — вирусов, бактерий, паразитов и др.;

– созданием технологии производства «субъединичных» вакцин и использованием других антигенных компонентов;

– исследованием возможностей усиления иммунной реакции на вакцины и др.