كاربرد بيوتكنولوژي درعلوم دامي

<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

ژنتيك كمي در طي دوران متوالي دو دهه اخير شگفتيهاي بسياري آفريد كه حاصل همكاري دو علم ژنتيك مولكولي و آمار رياضي بوده است. در طي 25-20 سال اخير با توسعه مهندسي ژنتيك و ژنتيك مولكولي، بيوتكنولوژي مدرن توانست پيشرفتهاي بسياري در علم بيولوژي ايجاد كند كه بخشي از اين تكنيكها را مي‌توان در توسعه صنعت دامپروري مشاهده كرد. تكنيكهاي بيولوژي مدرن مانند كلونينگ مولكولي ژنها، انتقال ژن، دستكاري ژنتيكي حيوانات، انتقال جنين، دستكاري ژنتيكي ميكروبهاي شكمبه، تيمار بيولوژيكي و شيميايي خوراكهاي كم كيفيت حيواني در جهت بهبود ارزش تغذيه‌اي، روشهاي افزايش سيستم ايمني و تهيه واكسنهاي دامپزشكي بخشي از كاربردهاي بيوتكنولوژي مي‌باشد كه در جهت افزايش توليد محصولات كشاورزي و حفاظت از محيط زيست بكار گرفته مي‌شوند. اين مقاله مروري دارد بر بيوتكنولوژي روزمره كه كاربردهاي وسيعي در پيشرفت ژنتيكي حيوانات اهلي دارد و در كشورهاي در حال توسعه بكار گرفته مي‌شود. كه كاربردهاي بيوتكنولوژي را در زمينه‌هاي اصلاح نژاد و ژنتيك حيواني، استفاده از منابع متنوع ژنتيك دامي، بهداشت دام، فيزيولوژي شيردهي، رشد و تغذيه حيوان را توضيح مي‌دهد.

تعريف بيوتكنولوژي

با بيان بسيار ساده و جامع بيوتكنولوژي يك سري تكنيكهاي قدرتمندي است كه دستكاري موجودات زنده و يا اجزاي سلولي آنها براي توليد محصولات، ايجاد فرايندها و يا ارائه خدمات بكار گرفته مي‌شود. تماميت و توان اين تعريف در اين است كه كليه فعاليتهاي بيولوژي مولكولي، كشاورزي، تهيه واكسن، كنترل آلودگيها، مهندسي شيمي و بسياري از صنايع را در بر مي‌گيرد. ژنتيك كمي در طي سه دهه اخير شگفتيهاي بسياري آفريد كه حاصل همكاري دو علم ژنتيك مولكولي و آمار بوده است. بيوتكنولوژي مدرن توانسته است پيشرفتهاي بسياري در علم بيولوژي ايجاد نمايد كه بخشي از اين تكنيكها را مي‌توان در توسعه صنعت دامپروري بكار گرفت.

1) تلقيح مصنوعي

تكنيك تلقيح مصنوعي بطور گسترده و در مقياس اقتصادي در گله‌هاي گاو شيري مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين روش اسپرم گاوهاي نر ممتاز جمع‌آوري شده و پس از انجام يك سري فرايندها منجمد شده و به محلهاي تلقيح فرستاده مي‌شود و گاوهاي ماده فحل با اين اسپرمها تلقيح مي‌گردند. تلقيح مصنوعي، آزمون نتاج گاوهاي نر را در سطح وسيعي امكان پذير مي‌سازد و دامهايي كه ارزش ژنتيكي بالاتري دارند با آزمون نتاج تشخيص داده مي‌شود و با استفاده از تلقيح مصنوعي بكارگيري اين مولدين در برنامه‌هاي اصلاح نژادي و توليدي تسهيل مي‌گردد. در برخي كشورها مانند دانمارك و هلند تلقيح مصنوعي بطور 100% انجام مي‌پذيرد در حالي كه برخي از كشورها هم هنوز دنباله‌رو تلاقيهاي سنتي و طبيعي مي‌باشند.

2) انتقال جنين

در اين تكنيك تخمكهاي بارور شده از رحم گاو دهنده جدا شده و به رحم گاوهاي گيرنده منتقل مي‌گردد و گاوهاي دهنده مجددا جهت توليد تخمكهاي بارور بكار گرفته مي‌شوند. مزيت اصلي انتقال جنين در اين است كه بر خلاف شرايط طبيعي تعداد بيشتري گوساله از گاوهاي ماده ممتاز توليد مي‌شود هر گاو در طول حياط در حدود 57000 تخمك در تخمدانهاي خود بصورت بالقوه ذخيره دارد. كه به مرور زمان تعدادي از آنها در چرخه‌هاي توليدمثلي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. انتقال جنين باعث افزايش ميزان توليدمثل گاو مي‌شود و در اين حالت گاوهاي ممتاز از لحاظ ژنتيكي در برنامه‌هاي اصلاحي بيشتري شركت مي‌كند.

3) توليد جنين‌هاي لقاح خارج رحمي

در اين روش تخمك‌هاي بالغ از حيوانات زنده و يا حيوانات كشتار شده جمع آوري مي‌گردند. و سپس در آزمايشگاه به اندازه كافي بالغ شده و با تلقيح بارور مي‌گردند و تا يك مرحله ويژه‌اي كشت داده شده و سپس به حيوانات گيرنده انتقال داده مي‌شوند. در اين صورت مي‌توان از دامهاي ماده با ارزش تعداد بيشتري جنين بدست آورد كه اين تكنيك تا حدودي مشابه به انتقال جنين است با اين تفاوت كه مراحلي از حيات جنين در آزمايشگاه سپري مي‌گردد. كه اين دو تكنيك در واقع اساس استفاده بيشتر از حيوانات ماده در برنامه‌هاي اصلاحي و توليدي مي‌باشد.

4) تعيين جنسيت

براي حصول بيشترين سود در توليد نياز به تعيين جنسيت جنين (بخصوص در مورد گاو و اسبهاي مسابقه) است روش‌هاي مختلفي براي تعيين جنسيت جنين بكار رفته گرفته مي‌شود. يكي از اين روشها كه بطور مستقيم كاربرد پيدا كرده است سيتوژنتيك است در اين تكنيك سلولهاي جنين از طريق بيوپسي نمونه برداري مي‌گردند و پس از كشت سلولها، كروموزومهاي آنها استخراج مي‌گردد و جنسيت جنين مشخص مي‌شود. روش دوم بر اساس استفاده از اسپرم استوار است كه با روش Flowcytometryاسپرمها به دو منطقه مخصوص X و Y تقسيم مي‌گردند كه مشخص كننده جنسيت مي‌باشند. در روش سوم جنسيت جنين برخي از گونه ها با كاوشگر‌هاي مخصوص DNA موجود در كروموزوم Y مشخص مي‌گردند. كه ژن ZFY كه عامل رشد بيضه است يكي از ژنهاي كانديدا مي‌باشد. در طيور هم ژن‌هاي مشابهي جهت اين منظور وجود دارد. در پستانداران كروموزم y تعيين كننده جنسيت مي‌باشد و از ژن‌هايي كه فقط بر روي كروموزوم Y قرار گرفته باشند مي‌توان براي تعيين جنسيت استفاده كرد. كه براي اين منظور نمونه برداري‌هاي بسيار كوچك كافي خواهد بود. استفاده از روش PCR كه مي‌توان با استفاده از آن قسمت‌هاي مختلفي از DNA را تكثير كرد تعيين جنسيت را بسيار آسان ساخته است.

5) شبيه‌سازي

اولين مورد از كلونينگ مهره‌داران در سال 1925 در قورباغه گزارش شده است و در حيوانات اهلي براي اولين بار 15 سال قبل در گوسفند انجام گرفت كه اين بره Dally لقب گرفت ولي به علت مشكلات مانند پيري زودرس و اختلالات رفتاري كه در اين گوسفند مشاهده گرديد به زندگي اين حيوانات پس از 7 سال پايان داده شد اخيراً دانشمندان ايراني موفق شدند كه بره شبيه‌سازي شده از اسپرم گوسفند برولا مرينوس (حاوي ژن دوقلوزايي) و قدرت مادري گوسفند افشاري توليد كنند.

6) كنترل بيماريها

پيشرفت‌هاي اخير در زمينه بيولوژي مولكولي روش‌هايي را براي كنترل بيماري در گاوهاي شيري به ارمغان آورده است ولي براي بدست آوردن روش‌هاي جديد و قدرتمند در كنترل بيماريها، بيوتكنولوژي مدرن در ابتداي راه است متدهاي جديد و قدرتمند در كنترل بيماري كه بر اساس PCR استوار شده است بسيار سريع و علمي مي‌باشند كه براي اين منظور دو مرحله كليدي وجود دارد: 1) بايد بتوان يك نقطه خاصي از DNA مربوط به عامل بيماريزا را كه قابليت تكثير داشته باشد انتخاب كرد. 2) روش‌هاي نوين و مناسبي براي استخراج مقادير كافي از موجودات بيماريزا را از مدفوع و زخمهاي بافتي ميزبان بكار گرفت تا بتوان در روش PCR استفاده كرد.

7) حيوانات ترانس‌ژنتيك

موجودي كه محتواي ژنتيكي آن با افزودن DNA خارجي تغيير يافته باشد ترانس‌ژنتيك ناميده مي‌شود. DNA خارجي را ترانس‌ژن مي‌نامند و به كل فرآيند تكنولوژي ترانس‌ژنيك اطلاق مي‌گردد. يكي از اهداف انتقال ژن در گاوهاي شيري تغيير تركيبات شير است. به علت اينكه راندمان توليد پنير از شير بستگي مستقيمي به مقدار K-Casein شير دارد پس افزايش توليد كاپاكازئين در شير با استفاده از انتقال ژن تغيير شكل يافته كاپا-كازئين يك روش منطقي براي افزايش توليد پنير مي‌باشد. يك مثال ديگر در مورد شير، توليد شيرهاي عاري از لاكتوز (قند شير) مي‌باشد. برخي افراد ( بخصوص سياهپوستان) حساسيت خاصي به لاكتوز موجود در شير دارند. بنابراين نمي توانند شير مصرف كنند. ولي شيرهاي بدون لاكتوز كه از دامهاي ترانس‌ژنيك توليد مي‌گردد براي اين گونه افراد مشكلي بوجود نمي‌آورد. مثال ديگر در اين مورد توليد انسولين با بكارگيري گاوهاي ترانس‌ژنيك مي‌باشد.

در كل در مورد حيوانات اهلي سعي بر اين است كه دامهايي توليد كنند تا مقاومت قابل توارثي براي بيماريهاي انگلي، ويروسي و باكتريايي داشته باشند. مقاومت به بيماري باكتريايي ورم پستان در گاو، اسهال نوزادان در خوك و وباي مرغي در طيور از اين قبيل مي‌باشند كه در برخي از نژادها بروز مي‌كند. اگر اساس هر كدام از اين مقاومتها يك ژن ساده باشد مي‌توان حيوانات ترانس‌ژنيكي توليد كرد كه به آلودگيهاي باكتريايي مقاوم باشند. در واقع اساس توليد حيوانات مقاوم به بيماريهاي توارثي انتقال ژن مي‌باشد و در حال حاضر برخي از ژنهاي كانديدا مثل MHC، T-Cell Receptors، Lymphokine در اين راستا مطالعه مي‌شوند. مرغهاي انتقال ژن يافته مي‌توانند در جهت ايجاد سويه‌هاي مقاوم به بيماريهاي كوكسيدي و ويروسي بكار گرفته شوند و يا براي راندمان بهتر خوراك، چربي كمتر لاشه، ميزان پايين كلسترول در تخم‌مرغ و كيفيت بهتر گوشت انتقال ژن داده شوند.

8) مكانهاي ژني صفات كمي

بسياري از پيشرفتهاي ژنتيكي در مورد صفات كمي در دام بر اساس انتخاب از روي فنوتيپ و برآورد ارزش اصلاحي مشتق شده از فنوتيپ حيوان، بدون داشتن اطلاعاتي در مورد تعداد ژنهاي مؤثر بر صفات و ميزان اثر هر ژن بر روي صفت حاصل شده است كه در واقع به اين صفات در حكم جعبه سياه نگريسته شده است. امروزه تكنيكهاي ژنتيك مولكولي باعث شده ژنهايي كشف شوند كه اثرات موثرتري بر روي برخي از صفات كمي دارند كه اين مكانهاي ژني صفات كمي، QTL ناميده مي‌شوند. مثالهاي اوليه از اين صفات كيفيت گوشت، ميزان توليد و تركيب شير، عملكرد توليد مثلي، تعداد بچه‌هاي هر شكم، صفت رشد و چربي لاشه مي‌باشند. در عرض 5 دهه گذشته كاربرد روشهاي متكي بر ژنتيك جمعيت و آمار امكان توسعه و بهره‌گيري از حيواناتي با كارآيي بالاي توليد را فراهم آورده است كه با استفاده از برخي مدلهاي آماري مثل BLUP صورت گرفته است ولي با اين وجود به دلايل ذيل داراي برخي محدوديتها هم هستند: 1) عملكرد برخي از صفات مثل ميزان بقا و زنده ماني در اواخر عمر مشخص مي‌شود. 2) وقتي كه صفات مورد نظر داراي مشكلات اندازه‌گيري باشند و يا توارث‌پذيري كمتري دارند راندمان اين برنامه‌هاي اصلاحي پايين است. 3) در انتخاب سنتي، هنگامي كه چند صفت بطور همزمان در نظر گرفته شود اگر همبستگي ژنتيكي مناسبي بين صفات وجود نداشته باشد (مثل توليد شير و ميزان پروتئين شير) كارآيي گزينش پايين خواهد بود كه استفاده از تكنيكهاي مولكولي مي‌تواند به رفع برخي محدوديتهاي روشهاي حاضر كمك كند.استفاده از اطلاعات مستقيم روي ژنها كه بر صفات توليدي موثر هستند داراي مزاياي مهمي در برنامه‌هاي اصلاحي مي‌باشند: 1) مي‌توانند صحت انتخاب را با فراهم آوردن اطلاعات بيشتر از ارزش اصلاحي حيوان كه قبلا بر اساس اطلاعات فنوتيپي حاصل مي‌شد را افزايش دهند. 2) نشانگرهاي ژنتيكي مي‌توانند فاصله نسلي را كاهش داده و انتخاب را در اوايل عمر ممكن سازند. 3) نشانگرهاي ژنتيكي مي‌توانند براي افزايش فاكتورهاي انتخاب، با غربال كردن و پيش انتخاب تعدادي كانديدا براي انتخاب نهايي مورد استفاده قرار گيرند.

9) انتخاب به كمك نشانگرها

در دامهاي اهلي ارتباطات معني‌داري بين واريانت‌هاي مختلف DNA و عملكرد دام گزارش شده است كه براي تلاقي‌هاي هدفمند در راستاي افزايش عملكرد دام از نشانگرهاي مولكولي استفاده مي‌شود كه تا حدود زيادي مشابه بحث QTL مي‌باشند مثالهاي ساده از اين پتانسيلهاي توليدي صفات افزايش وزن و عملكرد توليدمثلي و توليد و تركيب شير مي‌باشد.

10) واكسنها

اصولاً واكسنها حاوي تمام ماده ژنتيكي عامل بيماري و يا پاتوژن كشته شده هستند و در برخي موارد نادر هم واكسنهاي حاوي عامل بيماريزاي زنده است. امروزه دانشمندان با استفاده از تكنولوژي DNA نوتركيب سعي دارند تا واكسنهايي سنتتيكي توليد كنند كه فقط قسمت كوچكي از عوامل بيماريزا را داشته باشند.

11) ژن درماني

غير فعال شدن و يا گم شده ژنها باعث بروز بسياري از اختلالات ژنتيكي مي‌گردند. افرادي كه فاقد يك ژن ويژه هستند بالطبع قادر به توليد پروتئين كدشونده توسط آن ژن نيستند. گذشته از اين ممكن است كه يك ژن سالم اشتباها توسط قطعه‌هاي ديگر DNAخاموش شود و يا ژنهاي غير طبيعي بطور غير صحيح بيان شوند. كه براي رفع اين مشكل محققان از ژن درماني كمك مي‌گيرند. در طول ژن درماني سعي دارند تا اختلالات ژنتيكي را با انتقال ژنهاي سالم به بيماران معالجه كنند. اخيرا ژن تغيير شكل يافته هورمون آزاد كننده هورمون رشد (GHRH) به خوك انتقال داده شده است كه باعث افزايش ميزان رشد اين حيوان در حدود 37% شده است.

12) دستكاري ژنتيكي ميكروبهاي شكمبه

عليرغم پيچيدگي‌هاي موجود، در صورتيكه اكوسيستم ميكروبي شكمبه بطور موفقيت‌آميز مورد دستكاري قرار گيرد عملكرد توليدي حيوان افزايش خواهد يافت. افزودن باكتريهاي خاصي به شكمبه گاو و گوسفند قادر است كه عملكرد توليدي حيوان را در هضم بعضي از مواد خشبي بطور قابل توجهي افزايش دهد. انتقال باكتريهاي مؤثر بر تانن از شكمبه بز به داخل شكمبه گوسفند حالات تغذيه‌اي گوسفندان مصرف كننده بوته‌هاي حاوي تانن را بهبود بخشيده است.يكي از بهترين مثالهاي دستكاري ميكروبهاي شكمبه در ارتباط با استفاده معمول از آنتي‌بيوتيكها مي‌باشد. آنتي‌بيوتيكهايي وجود دارند كه در سطح گسترده‌اي در كشورهايي مانند ايالات متحده آمريكا براي بهبود بخشيدن به راندمان مصرف خوراك در گاوهاي پرواري مورد مصرف قرار مي‌گيرند يكي از اين موارد كه مصرف بيشتري دارد موننسين است كه توسط استرپتومايسين توليد مي‌شود. موننسين تاثيرات وسيع و گسترده‌اي روي فرآيندها و واكنشهاي ميكروبي موجود در شكمبه مانند توليد گاز متان، توليد اسيدهاي چرب فرار، تجزيه پروتئين، رشد ميكروبي و توليد آمونياك دارد. از طرفي باكتريهاي گرام مثبت موجود در شكمبه تحت تاثير موننسين قرار مي‌گيرند. مثال ديگر از دستكاري اكوسيستم شكمبه از بين بردن پروتوزوآهاي موجود در شكمبه براي بهبود كيفيت پشم مي‌باشد. حذف پروتوزوآهاي شكمبه گوسفندان استراليا ميزان رشد پشم را 29% افزايش داده است.

كاربرد بيوتكنولوژي درعلوم دامي

مطالب مشابه :

كاربرد بيوتكنولوژي درعلوم دامي

زن و شگفتی دوقلوزایی

زن و شگفتی دوقلوزایی

نقش اسیدفولیک در دوقلوزایی

عنوان برخی از پایان نامه¬های دکتری ژنتیک و اصلاح نژاد دانشگاه تهران

دو قلوزایی در گاو شیری

کاربرد بیوتکنولوژی در علوم دامی

دنیای ژنتیک

کاربرد بيوتکنولوژي در اصلاح دام