Geneticky upravená kráva

Na Uralu se realizuje unikátní projekt na vytvoření geneticky modifikovaných krav pomocí metod používaných pro genovou terapii u lidí. Takové krávy nebudou mít rohy, budou mít vrozenou imunitu proti leukémii a hlavně budou produkovat mléko, které mohou pít lidé s alergií na mléčné výrobky.

Zdroj: Alexey Deikin / Kommersant

Okamžitý výběr

V Rusku se úspěšně realizuje Program rozvoje genetických technologií, jehož výsledkem by mělo být 30 linií rostlin a živočichů vytvořených pomocí genetických technologií a genetických úprav a 20 genoterapeutických léků. To vše nás staví na práh zcela nového biotechnologického řádu v zemědělství.

Po tisíce let bylo vytváření zemědělských plodin a plemen zvířat výsledkem pečlivé práce chovatelů. Z mnoha projevů variability u kulturních rostlin a zvířat byly vybrány a z generace na generaci fixovány pozitivní vlastnosti pro ekonomiku křížením v tomto ohledu nejzajímavějších rodičovských párů. Aby bylo možné upevnit a stabilizovat novou vlastnost v odrůdě nebo plemeni, bylo zapotřebí v nejlepším případě 7-10 generací. A pak zase začalo hledání ještě lepších možností, jejich upevňování v potomcích a tak to pokračovalo odnepaměti.

20. století přineslo zcela nové chápání procesů dědičnosti a proměnlivosti živých organismů. Byla objevena molekula DNA, která nese dědičnou informaci určující fenotyp – ty samé vnější vlastnosti organismu.

Pak byly objeveny proteiny, které jsou v buňce a nyní ve zkumavce schopné rozřezat a sešívat molekuly DNA, měnit jejich sekvenci a vytvářet rekombinantní molekuly. Později byla vyvinuta technologie pro syntézu molekul DNA na bázi přírodních matric nebo bez nich. Apoteózou vývoje technologie rekombinantní DNA byl v roce 2013 objev nové třídy proteinů – CRISPR/Cas – RNA-dependentní DNA endonukleázy, programovatelné nůžky pro molekulu DNA. V roce 2020 byl tento vývoj oceněn Nobelovou cenou za chemii.

Schéma genetické úpravy CRISPR/Cas9. Zdroj: Kommersant

Paralelně s tím byla vyvinuta technologie modifikace genomu živých organismů (v aplikaci na člověka – genová terapie). V současné době se na světě používá jako potravinářský produkt 536 odrůd 38 druhů geneticky modifikovaných rostlin a jeden druh ryb. K výrobě léků se používají dva druhy geneticky modifikovaných zvířat. Bylo registrováno více než deset léků pro genovou terapii, které účinně a bezpečně zavádějí požadované změny do lidského genomu. Očkování proti koronaviru vakcínou Pfizer/Moderna RNA je také druhem genové terapie, kdy jsou genové sekvence koronaviru dopravovány do lidských buněk a je z nich produkován cizorodý protein způsobující imunitní odpověď již byly podány desítkám milionů lidí.

Dnes jsou za nejslibnější platformu pro genovou terapii dědičných onemocnění považovány adeno-asociované viry – bezpečné nosiče genetického materiálu do požadovaných tkání těla. Byly použity v procesu genetické úpravy krávy.

Jaký pohled, kráva bez rohů!

Pod vedením viceprezidentky Ruské akademie věd Iriny Mikhailovny Donnik, v rámci grantu Ruské vědecké nadace, Uralské federální agrární výzkumné centrum Uralské pobočky Ruské akademie věd spolu s Centrem pro vysoce přesnou střihovou úpravu a genetické technologie pro biomedicínu Ústavu genové biologie Ruské akademie věd vede výzkumné centrum pro vývoj medicíny v Yeteru genom krav.

Myšlenkou projektu je spojit vývoj in vitro fertilizace, kultivace a transplantace embryí se zkušenostmi z molekulární biologie, genetického inženýrství a genové terapie za účelem vytvoření zvířat se zlepšenými ekonomickými vlastnostmi ne po 7-10 generacích, ale okamžitě – přímým zavedením malých změn do genomu existujícího vysoce produktivního plemene krav. Pro editaci byly vybrány tři body v genomu krávy: a) gen CD209, potenciální receptor pro virus leukémie. Narušení jeho sekvence zabrání viru proniknout do buněk a ochrání krávy před touto infekcí, která postihuje až 30 % stáda; b) gen beta-laktoglobulinu, hlavního alergenu kravského mléka. Narušením jeho sekvence bude mléko bezpečné pro lidi náchylné k alergiím na mléčné výrobky; c) polled (bezrohá) alela, sekvence, která zabraňuje tvorbě rohů. Zavedení této alely sníží zranění mezi zvířaty.

Schéma dotazované alely. Zdroj: Kommersant

Všechny zvolené cíle jsou poměrně ambiciózní, až bezrohost, což se zdá být nezvyklé. Přirozeně bezrohé fenotypy však existují především u masných plemen, jako je Angus.

A s celkovou populací krav více než 1,3 miliardy kusů jich chov dojnic obsahuje asi 300 milionů a drtivá většina má rohatý fenotyp. Navíc u některých plemen, jako je holštýnsko-fríský, bezrohá populace (miliony hlav) pochází pouze ze dvou plemenných býků. I z hlediska klasické selekce je zřejmé, že zvýšení genetické diverzity bezrohých jedinců je nutné, alespoň jednoduše pro přežití plemene.

Dosažení tohoto pomocí selekce je problematické, potrvá mnoho let, než se nové genetické varianty vrátí k vysoké produktivitě, a genetické inženýrství může zavést alelu bezrohosti, aniž by ovlivnilo další ekonomicky významné geny, jak se to děje u klasické selekce.

Nedá se říct, že by se podobná práce ve světě neprováděla, ale dělá se buď na plemenech, která nejsou v Rusku podporována, nebo se jako u bezrohosti zatím nepodařilo získat životaschopné jedince.

Pomůže příroda dokončit proces úpravy krávy?

Další výhodou projektu Uralského federálního výzkumného centra Uralské pobočky Ruské akademie věd a Ústavu genetiky a genetiky Ruské akademie věd je možnost opustit technologii klonování (klony bohužel často nejsou životaschopné) a provést změny v genomu krav pomocí vysoce účinných nástrojů vyvinutých pro lidskou genovou terapii.

V průběhu realizace společného projektu byla vyvinuta technologie intracytoplazmatické injekce (ICSI – Intra Cytoplasmic Sperm Injection) spermií do vaječné buňky krav. Systémy založené na CRISPR/Cas9 byly vyvinuty za účelem zavedení změn do genomu krav. Šest různých lidských a šimpanzích adeno-asociovaných virů (AAV) bylo testováno na jejich účinnost při pronikání do bovinních zygot. K tomu byly buňky kultivovány v médiu s AAV obsahujícím zelený fluorescenční protein (GFP), jeho záře ukázala, že virus byl schopen proniknout do buňky a začít v ní pracovat.

Schéma zavedení alely bezrohosti do genomu krávy

Byl proveden experiment k úpravě genomu krávy pomocí systému CRISPR/Cas9 zabaleného do adeno-asociovaného viru. Blastocysty po této „genové terapii“ byly transplantovány do krav – náhradních matek. Každá etapa této práce je ve skutečnosti nejvyšší technologickou úrovní, kterou má věda k dispozici pro práci s embryi, genetické inženýrství a genovou terapii.

Ale přes to všechno pravděpodobnost úspěchu zdaleka není stoprocentní, nyní je vše v rukou přírody – blastocysta se musí proměnit v embryo, embryo se musí vyvinout v těle matky a editační systém musí provést požadované změny nezávisle na výzkumnících. A teprve po narození telat bude možné posoudit, jak úspěšná byla „genová terapie“ leukémie, rohatých krav a alergenicita jejich mléka.