- •Глава 1 предмет, методы и значение генетики
- •Глава 2
- •(По с. Г. Куликовой)
- •1. Диплоидные наборы хромосом у сельскохозяйственных и некоторых видов домашних, прирученных и лабораторных животных
- •Гаметогенез и мейоз
- •Глава 3
- •Закон расщепления
- •Аллели. Множественный аллелизм
- •Отклонения от ожидаемого расщепления, связанные с характером доминирования признака и летальными генами
- •2. Вывод формулы расщепления по генотипу при дигибридном скрещивании
- •Полигибридное скрещивание
- •3. Количество фенотипов и генотипов в f2 при скрещивании родителей,
- •(Новообразование)
- •Глава 4 хромосомная теория наследственности
- •Полное сцепление
- •Сцеплении:
- •Неполное сцепление
- •Карты хромосом
- •4. Фенотипические классы кроликов, полученные при анализе на сцепление трех генов
- •Глава 5 генетика пола
- •Нарушения в развитии пола
- •5. Зависимость пола дрозофилы от отношения числа х-хромосом к числу наборов аутосом (Бриджес, 1932)
- •6. Нарушения в системе половых хромосом и их фенотипическое проявление
- •Проблема регуляции пола
- •Молекулярные основы наследственности
- •Строение и типы рнк
- •Генетический код
- •Синтез белка в клетке
- •Глава 7 генетика микроорганизмов
- •700Ахвост
- •Конъюгация
- •Трансдукция
- •Трансформация
- •Глава 8 биотехнология
- •Генная инженерия
- •(По с. М. Гершензону)
- •I Химический синтез днк
- •Xj обработанные рестриктазой
- •1 Действие днк-лигазы
- •Трансформированные дочерние клетки
- •Клеточная инженерия
- •Химерные животные
- •Трансгенные животные
- •Виды изменчивости
- •9. Распределение сухостойных коров черно-пестрой породы
- •3,0 44 5,0 6Д 7.0 8,0 9,0 10,0 11,0 12.0 классы по количеству лейкоцитов (тыс.)
- •10. Определение основных статистических величин способом произведений для содержания количества лейкоцитов
- •В крови сухостойных коров (тыс. В 1 им)
- •11. Значение нормального интеграла вероятностей
- •Оценка достоверности разности между средними арифметическими двух выборочных совокупностей
- •Типы распределения
- •14. Распределение семейств по количеству больных туберкулезом коров
- •15. Значение вероятности появления редких событий при распределении Пуассона
- •3,4 3,6 4,0 4,6 5,0 5,4 5,8 Жирность молока, %
- •Критерий хи-квадрат (у2)
- •16. Соответствие фактического распределения семейств теоретически ожидаемому (биномиальному)
- •II квадрант
- •IV квадрант
- •I квадрант
- •III квадрант
- •20. Определение г для малых выборок
- •21. Корреляция частоты заболеваемости лейкозом матерей и дочерей
- •Дисперсионный анализ
- •23. Сводная таблица однофакториого дисперсионного анализа
- •Классификация мутаций
- •Хромосомные мутации
- •(По Харе, 1978)
- •Кариотипа
- •Генные мутации
- •Индуцированный мутагенез
- •Антимутагены
- •Глава 11 генетические основы онтогенеза
- •Тироксин
- •27. Продуктивность коров — дочерей и внучек разных быков-производителей в зависимости от условий кормления и выращивания (по о. А. Ивановой) Быки-производители— отцы и деды коров
- •Глава 12 генетика популяций'
- •Популяция и «чистая линия»
- •29. Снижение частоты рецессивного аллеля а при полной элиминации гомозигот aa (no Визнеру и Виллеру, 1979)
- •30. Уровень возрастания roi
- •31. Формы уродств в потомстве быка Бурхана 6083
- •Глава 13
- •32. Системы генетических групп крови
- •Наследование групп крови
- •33. Уточнение отцовства по группам крови
- •T t t гены
- •34. Некоторые биохимические полиморфные системы
- •V " j с j Гены легкой н- цепи
- •Генетика иммуноглобулинов
- •35. Аллотипы иммуноглобулинов кролика (по Кульбергу, 1985)
- •I клеткой тяжелых и легких I - -n/bJk I фенотип клетки — I а , d , d ,b,b — аллотипы иммуноглобулина кролика
- •36. Средние титры антител (1дг) поросят разных пород после вакцинации против псевдобешенства (по Rothschild и др.)
- •Ig2 титра антител
- •Клон клеток, возникший в результате мутации (2)
- •37. Мнс у домашних животных, в том числе птицы
- •38. Взаимосвязь аллелей комплекса в с заболеваемостью кур md, % (по Hansen и др.)
- •Генетические аномалии
- •Экзогенные аномалии
- •39. Частота пупочных грыж в потомстве разных быков (по а. И. Жигачеву)
- •40. Аутосомный доминантный тип наследования
- •41. Сводка доминантных признаков с летальным эффектом в гомозиготном состоянии (по Мейеру и Вегнеру, 1973)
- •42. Сцепленный с х-хромосомой тип наследования
- •43. Список генетически обусловленных аномалий у крупного рогатого скота
- •44. Частота отдельных форм врожденных аномалий у телят костромской породы (по данным племенного хозяйства за 1969—1982 гг.)
- •45. Список генетически обусловленных аномалий у свиней
- •46. Список генетически обусловленных аномалий у овец
- •I Тип наследования
- •I дефекты, встречающиеся
- •Крупный рогатый скот
- •Крупный рогатый скот
- •48. Типы центрических слияний (транслокаций) различными парами аутосом у крупного рогатого скота (по Густавссону, с нашими дополнениями)
- •49. Число осеменений на зачатие (по Ценеру и др.)
- •50. Продолжительность сервис-периода
- •52. Сравнение снижения воспроизводительной способности хряков-носителей реципрокных транслокаций и эмбриональной смертности у их потомства
- •53. Классификация гоносомальных аберраций у лошади
- •64, Xy овари-
- •54. Хромосомные аберрации в разных линиях кур (по Блому, 1974)
- •Глава 16
- •Особей из Fi
- •55. Частота заболеваемости бруцеллезом потомства некоторых быков и семейств (по в. Л. Петухову)
- •56. Заболеваемость туберкулезом животных разных пород (по Bate, Sidhu)
- •57. Частота заболеваемости туберкулезом потомства некоторых быков и семейств (по в. Л. Петухову)
- •58. Сравнение устойчивости некоторых инбредных семейств кроликов
- •По длительности жизни после стандартного введения возбудителей
- •Бычьего туберкулеза и после ингаляции человеческого туберкулеза
- •(По Lurie и Dannenberg)
- •59. Результаты скрещивания резистентных и восприимчивых к лептоспирозу животных, % (по Przytulskl и др., 1980)
- •60. Среднее число нематод в 1 г фекалий чистопородных и гибридных овец (по Jazwinski и др.)
- •61. Генетическая устойчивость к нематодам овец с разными типами гемоглобина (по Aftaif и др.)
- •Выживаемость после инфекции.Дней
- •62. Смертность от сердечной водянки телят до 30-месячного возраста, родившихся на станции Мара в Трансваале (по Bonsma)
- •К клещам
- •63. Число клещей после двух заражений (по j. Frish)
- •64. Устойчивость к клещам разных пород (по j. Frish)
- •65. Заболеваемость лейкозом дочерей резистентных и восприимчивых к лейкозу быков (по в. Л. Петухову)
- •66. Частота заболеваемости потомства лейкозом в зависимости от состояния здоровья родителей (по в. Л. Петухову)
- •67. Частота инфицированности влкрс дочерей, полученных от инфицированных и здоровых матерей (по а. Г. Незавитину)
- •68. Рак глаз и пигментация радужной оболочки (по Nishimura и др.)
- •69. Резистентность к болезни Марека инбредных линий кур и их кроссов после экспериментального заражения (по Gavora, Spenser)
- •70. Зависимость резистентное™ кур к болезни Марека от антигена в21 (по Hutt)
- •Болезни обмена веществ
- •73. Влияние породы на заболеваемость овец энзоотической атаксией и содержание меди (по Wiener)
- •I печени, мг/кг
- •Воспалительно-инфекционные осложнения
- •74. Частота болезней и деформация копыт у коров различного происхождения, % (по Косолапикову)
- •76. Частота мертворожденных и трудных отелов у некоторых пород Скандинавских стран и фрг (цит. По Дехтяреву и др.)
- •К стрессу
- •Генетических аномалий и повышения наследственной устойчивости животных к болезням
- •77. Количество нормального потомства при разных типах спаривания, необходимое для проверки гетерозиготного носительства у животных
- •Оценка генофонда пород
- •78. Устойчивость скота разных пород к трипаносомозу, тейлериозу, анаплазмозу и нематодам (по Anosa)
- •79. Устойчивость кур разных линий к лейкозу и моноцитозу (по Hatt)
- •80. Коэффициент наследуемости устойчивости (%) к некоторым болезням
- •Крупный рогатый скот
- •81. Комплексная оценка генофонда некоторых семейств (по в. Л. Петухову)
- •Селекция животных на устойчивость к болезням
- •82. Селекция морских свинок на устойчивость и чувствительность к т. Columbrtformis (no Rothwell)
- •83. Результаты селекции цыплят на резистентность к эймериозу (no Klimes, Orel)
- •84. Наследуемость некоторых механизмов защиты у молодых быков
- •Глава 8. Биотехнология. Г. А. Назарова, в. Л. Лопухов 103
- •Глава 11. Гемтлеспе основы онтогенеза. Г. А. Назарова 178
- •Глава 16. Болезни с наследственной предрасположенностью.
- •Глава 17. Методы профилактики распространенна генетических аномалий н повыпкиня наследственной устойчивости животных к болезням.
Индуцированный мутагенез
Раньше считали, что мутации возникают только под действием внутренних факторов (внутренней среды организма), имеющих место при синтезе ДНК, репродукции хромосом, делении клеток. Ошибки, или «опечатки», в строении генетического материала, казалось бы, не зависели от условий внешней среды. Действительно, первые попытки вызвать мутацию искусственно были безуспешными. Однако уже в 1925 г. Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов наблюдали широкий спектр мутаций у грибов, вызванных воздействием лучами радия.
Широкий интерес у биологов вызвали сообщения Г. Меллера (1927), обнаружившего мутационное действие рентгеновых лучей у дрозофилы. В дальнейшем у нее при облучении стали получать
166
самые разнообразные мутации, что способствовало изучению строения генетического материала, взаимодействия мутантных генов и др. В начале 30-х годов В. В. Сахаров, М. Е. Лобашов открыли мутагенное действие отдельных химических веществ. И. А. Рапопорт в России и Ш. Ауэрбах в Англии обнаружили химические соединения с сильным мутагенным действием. В ряде работ, начало которых, очевидно, положено С. М. Гершензоном, открывшим мутагенный эффект при включении экзогенной ДНК в геном дрозофилы, показана возможность индуцирования генных и хромосомных мутаций у животных биологическими агентами, среди которых вирусы, бактерии и другие объекты.
Роль репарирующих систем в мутационном процессе. Повреждения в ДНК, возникающие спонтанно или индуцированно, не всегда реализуются в виде мутаций. Часть из них устраняется или исправляется с помощью специальных репарирующих ферментов, содержащихся в клетках. Известно несколько основных механизмов репарации:
фоторепарация (фотореактивация). Процесс протекает подвлиянием видимого света и фотореактивирующего фермента;
репарация в молекуле ДНК путем механизма «вырезание —застройка» (темновая репарация);
эксцизионная (пререпликативная) репарация;
4) репарация однонитевых разрывов в ДНК при действиилигаз;
5) пострепликативная, или рекомбинационная, репарация.
Наиболее изучены первые два механизма репарации. Так, механизм фоторепарации заключается в устранении видимым светом димеров тимина, часто возникающих под действием ультрафиолетовых лучей. Это происходит с помощью особого фотореактивирующего фермента. Видимый свет активирует молекулу фермента, она отделяется от димера тимина и разъединяет его на два отдельных тимина. Так восстанавливается нормальная структура ДНК.
Темновая репарация протекает с помощью нескольких ферментов, под действием которых последовательно происходят надрезание, выщепление, расширение бреши, репаративная репликация и сшивание концов молекулы ДНК (рис. 37). Эти два механизма репарации устраняют дефекты в ДНК в основном до стадии репликации.
Изучен механизм удаления (эксцизии) измененных участков ДНК у мутантов с дефектами систем репарации. Это происходит следующим образом (В. А. Ратнер, 1983):
при утрате основания. Утрата основания может быть восполнена по комплементарной матрице либо ферментом инверта-зой, либо путем разрыва дефектной цепи (инцизия), вырезанияфрагмента репарационной застройки бреши и замыкания связи;
при замене, модификации основания и структурном дефек-
167
3'OH
I
I I I Mi
I I I
I I I
I I I I I I I I I I I
1111111II111 I
I I I I I I I I I I I I I
Рис. 37. Схема темновой репарации (по В. Н. Сойферу):
I
I
|Ж
I
i i i
Ill I I I I I I I
|MI| II
i
я —исходная ДНК; б—поврежденная ДНК; в — репарированная ДНК; /—надрезание; II—вы-щепление; ///—расширение бреши; IV— репаративная репликация; V— сшивание концов
ЭНДОНУКЛЕАЗА
I I I I I
I I I I I
Т~Г
I I I
I I I
ЭНДО- ИЛИ ЭК30НУКЛЕАЗА
TTT
I I I
II11!
I I I I I
ЭКЗОНУКЛЕАЗА
III
I I I
ПОЛИМЕРАЗА
IV
те. Дефект основания и структурный дефект репарируются одинаковыми механизмами: а) одноцепочным разрывом вблизи дефектного фрагмента специфичной эндонуклеа-зой; б) эксцизией дефекта экзонуклеа-зой; в) •застройкой бреши репарационной ДНК-полимеразой и г) замыканием фосфоди-эфирной связи лига-зой.
ЛИГАЗА
l i
i i i i i i i
i i
Поврежденные, например, ультрафиолетовыми лучами молекулы ДНК могут реплицироваться и производить такие же поврежденные участки ДНК. Однако после репликации количество поврежденных участков ДНК уменьшается вследствие замены их фрагментами, взятыми от неповрежденных молекул.
Процесс пострепликативной репарации выражен не только после облучения ультрафиолетовыми лучами, но и после воздействия химическими мутагенами.
Спонтанные и индуцированные мутации фиксируются в клетках в случаях повреждений в системах репарирующих ферментов. Первичные мутационные повреждения систем репарации и связанных с ними систем репликации и рекомбинации, возникшие в результате ошибок ферментов, получили название ошибок репараций. Этот источник составляет существенную долю спонтанных первичных повреждений. Многие мутагены действуют не прямо на ДНК, а через компоненты систем репарации, репликации и рекомбинации (В.А. Ратнер, 1983).
Установлены генетические различия в активности репарирующих систем ферментов, направленных против разрушающего действия мутагенов.
168
Однократное действие мутагенов может быть зафиксировано в ряде поколений клеток. Такое явление продленного мутагенеза носит название реплицирующей нестабильности. Причинами генетической нестабильности, по мнению Н. П. Дубинина, могут быть структурные мутации хромосом, действие генов-мутаторов и др.
Естественные механизмы защиты живых организмов от действия мутагенных факторов можно усилить искусственно созданными человеком специальными протекторами, или антимутагенами.
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ГЕНЕТИКИ ЖИВОТНЫХ
Открытие явления индуцированного мутагенеза привело к обнаружению целого ряда факторов, веществ и агентов, способных изменять наследственный материал клеток. В соответствии с их природой их подразделяют на три класса мутагенов: физические, химические и биологические.
1. Физические мутагены. Основными мутагенами этого класса являются ионизирующие излучения, ультрафиолетовые лучи и повышенная температура. К группе ионизирующих излучений относят рентгеновы лучи, у-лучи и р-частицы, протоны, нейтроны и другие факторы.
Ионизирующие излучения, проникая в клетки, на своем пути вырывают электроны из молекул, что приводит к образованию положительно заряженных ионов. Освободившиеся электроны присоединяются к другим молекулам, которые становятся отрицательно заряженными. В результате облучения клеток образуются свободные радикалы водорода (Н) и гидроксила (ОН), которые тотчас дают новые соединения, в том числе активный пероксид водорода (Н2О2). Такие превращения в молекулах ДНК и кариотипе в итоге приводят к изменению функций генетического аппарата клеток, аберрациям хромосом и возникновению точковых мутаций. Экспериментально установлено, что частота мутаций, индуцированных ионизирующими излучениями, прямо пропорциональна дозе радиации. Под действием ионизирующих излучений чаще всего возникают структурные перестройки хромосом и реже — генные мутации. Так, при облучении морских свинок и домашних свиней И. Л. Гольдман и С. Фотиева обнаружили различный спектр аберраций хромосом.
Транслокации и инверсии наблюдали в соматических клетках поросят, полученных при осеменении свиноматок облученной спермой. Опыты показывают, что при облучении половых клеток часть их оказывается совсем нежизнеспособной или с умеренными нарушениями. Из последних образуются зиготы, которые обычно скоро отмирают вследствие сильных изменений в генотипе («доминантные летали»).
169
В опыте Фриса и Странцингера у свиноматок, осемененных облученной спермой при дозе 600 Р, было в среднем 7,7 поросенка, а при дозе 800 Р — 5,4 против 9,7, полученных при осеменении нормальной спермой.
Ионизирующие облучения могут нарушить процессы деления в соматических клетках, вследствие чего возникают нарушения и злокачественные образования. Сильное облучение может вызвать смерть.
Источником радиации могут быть прежде всего излучения, возникающие при взрывах атомных и водородных бомб.
2. Химические мутагены. Это вещества химическойприроды, способные индуцировать мутации. Выраженными мутагенными свойствами обладают отдельные химические вещества, используемые в промышленности и сельском хозяйстве. Кнаиболее сильным из них относят алкилирующие соединения(диметил- и диэтилсульфат, иприт и его производные, нитрозо-метил и нитрозоэтилмочевину, этилметансульфонат, фотрин,фосфемид)- Мутагенный эффект алкилирующих соединений связан с введением в ДНК метиловых, этиловых, пропиловых идругих радикалов, в результате чего происходят реакции метилирования, этилирования. Сильно выраженным мутагенным эффектом обладают аналоги азотистых оснований и нуклеиновыхкислот (5-бромурацил, 5-бромдезоксиуридин, 5-фтордезоксиури-дин, 8-азогуанин, аминопурин, кофеин и др.), акридиновые красители (акридин желтый и оранжевый, 5-аноакридин, профла-вин и др.), а также азотистая кислота, гидроксиламин, формальдегид, пероксиды, уретан и т. д.
Мутагенным действием обладают пестициды, гербициды, используемые в агрономии для борьбы с сорными растениями и вредными насекомыми. Мутации могут быть индуцированы минеральными удобрениями, прежде всего нитратами, которые превращаются сначала в нитриты, а затем в активные нитрозо-амины.
Химические мутагены индуцируют как генные, так и хромосомные мутации. Особенности их — аккумуляция и передача при делении клеток в последующей генерации, более высокая частота индуцирования генных мутаций, чем аберраций хромосом. Химические мутагены дают широкий спектр видимых хромосомных аберраций. Например, в экспериментах С. Ш. Исамухамедова по изучению действия фотрина, фосфемида и проспидина на карио-тип свиней обнаружены хроматидные и изохроматидные делеции, а также хроматидные обмены и гэпы (бреши). Гэп —хромосомная аберрация, заключающаяся в частичном разрушении хроматиды и образовании ахроматического пробела, а также в отсутствии одного или нескольких нуклеотидов в одной из цепей ДНК.
3. Биологические мутагены. Простейшие живыеорганизмы, вызывающие мутации у животных, составляют класс
170
биологических мутагенов. К ним относятся вирусы, бактерии, а также гельминты, актиномицеты, растительные экстракты и др. Мутагенное действие вирусов открыто генетиком Н. И. Шапиро. Мутагенными свойствами обладают живые вакцины. Мутагенное действие этих организмов связано с проникновением в клетки чужеродной ДНК. Биологические мутагены вызывают широкий спектр мутаций в клетках животных. Например, при изучении кариотипа клеток телят, ягнят и поросят, зараженных вирусом свиной лихорадки, были обнаружены различные типы аберраций — делеции, хромосомные разрывы, фрагментация, пульверизация, полиплоидия и эндоредупликация хромосом. Установлено, что уровень аберраций хромосом зависел от дозы и продолжительности действия вируса.
Исследования показывают, что многие лекарственные препараты, используемые в медицине и ветеринарии (сульфаниламиды, производные тиазинового ряда, нитрофураны и др.), обладают мутагенными свойствами. Такой же эффект возможен вследствие использования антибиотиков, а также некоторых кормовых добавок и консервантов, особенно при их передозировке.
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЗАЩИТА ЖИВОТНЫХ ОТ МУТАГЕНОВ
Последние десятилетия характеризуются интенсификацией производственных процессов в промышленном и сельском хозяйстве. В результате этого в окружающей среде — воздухе, почве, воде — накапливаются огромные количества веществ, часть из которых обладает мутагенной и тератогенной активностью. Среди них особое значение имеют химические мутагены — ДДТ, гексахлорбензол и другие пестициды из класса хлорированных углеводородов, которые способны накапливаться в живых организмах. В районах интенсивного сельского хозяйства источником мутагенов являются нитраты.
Перевод животноводства на промышленные технологии в нашей стране сопровождался концентрацией поголовья животных на ограниченных территориях ферм и комплексов, что вызывает повышение концентрации микрофлоры, в том числе возбудителей различных болезней.
Вирусы, непосредственно внедряясь своим генетическим аппаратом в геном клеток животных или через свои биологические субстраты, обладающие антигенными свойствами, могут стать сильным фактором индуцированного мутагенеза. Для профилактики и лечения бактериальных и вирусных инфекций, инвазий используют инактивированные, а также живые вакцины, сыворотки, широкий арсенал синтезированных фармакологических средств, что, безусловно, дает положительный эффект. Однако следует оценивать и побочные результаты ветеринарной терапии,
171
что может проявляться в повышении частоты нарушений хромосом и ДНК в половых и соматических клетках ^самих животных, изменениях программы развития их эмбрионов*
Вместо повышения жизнеспособности из-за такого рода мутаций будут происходить ослабление резистентности, снижение продуктивности животных и т. д.
Особенно серьезную опасность представляют химические загрязнения среды разведения животных. Если всего три десятилетия назад основным удобрением полей был перегнивший навоз, то сейчас в основном используют химические удобрения. Это приводит к концентрации в кормах нитритов и нитратов, вредное действие которых на организм известно. Второй фактор — борьба с вредителями полей, садов и огородов. Она основана также на применении химических соединений — пестицидов, которые обладают очень сильными мутагенными свойствами. Отмечается, что большинство пестицидов устойчивы к химическому и биологическому разложению и имеют высокий уровень токсичности. Перечень вредных химических веществ, с которыми контактируют животные, огромен.
В этой связи важное значение имеет экологический мониторинг среды разведения животных, предусматривающий определение характера и уровня химических веществ в почве, воде, кормах и теле животных. Необходимо создание экологических карт хозяйств и регионов, на которые наносится соответствующая информация.
Авария на Чернобыльской АЭС привела к радиоактивному загрязнению огромных территорий РФ, Украины и Белоруссии. Возникла глобальная проблема оценки генетических последствий этой катастрофы на различные биологические объекты, в том числе сельскохозяйственных животных.
Нами проведен анализ хромосом у коров швицкой породы в совхозе «Труд» Клинцовского района Брянской области. Хозяйство относится к зоне сильного загрязнения окружающей среды радионуклидами. В исследованных метафазах обнаружено 38,94 % аберраций. Соотношение разных типов аберраций было следующим:
63,96
31,54
9,90
19,81
2,71
36,04
7,25
23,42
5,37
Аберрации хромосомного типа, % В том числе парные фрагменты ацентрические кольца кольцевые хромосомы дицентрические хромосомы Аберрации хроматидного типа, % В том числе одиночные фрагменты межхромосомные обмены межхроматидные обмены
Радионуклиды, как отмечено выше, сами по себе являются мощным фактором индукции мутаций, прежде всего повреждая целостность хромосом и вызывая аберрации.
172
Но оказалось, что они при взаимодействии с химическими мутагенами способны усугублять ситуацию. Во НИИ ветеринарной генетики и селекции (НИИВГиС) проводятся комплексные исследования по эколого-ветеринарной генетике. Это раздел ветеринарной генетики, изучающий влияние различных экологических факторов на наследственность животных, устойчивость к заболеваниям, сопряженную эволюцию микро- и макроорганизмов, генетическую обусловленность накапливать или выводить из организма вредные вещества, генетически детерминированные реакции животных на лекарственные препараты и т. д. Одна из задач эколого-ветеринарной генетики — селекция животных на устойчивость к вредным физическим, химическим и биологическим факторам. Сотрудники НИИВГиС установили негативное влияние радиации и химических загрязняющих веществ на хромосомную нестабильность, иммунный ответ к некоторым антигенам, гормональный статус и накопление химических элементов в тканях крупного рогатого скота. Проводится цитогенетический, иммуногенетичес-кий, иммунологический, химический и биохимический монито-ринги популяций сельскохозяйственных животных в экологически чистых и загрязненных районах Западной Сибири.
Неблагоприятная экологическая среда, характеризующаяся возрастанием уровня ионизирующей радиации, интенсивным ультрафиолетовым излучением и особенно действием токсических химических соединений, которыми сейчас в ряде регионов перенасыщены воздух, вода, почва и растения, повышенная контактность животных с ретровирусами приводят к снижению уровня иммунитета и увеличению нестабильности генетического аппарата животных. Это может проявляться в форме образования мобильных генетических элементов, способных к трансформации в вирусы иммунодефицита — СПИДа у человека и аналогичные им у животных.
Ученые подчеркивают, что проблема СПИДа (и родственных ему заболеваний, вызываемых ретровирусами — автономными генами, которые во многом сходны с вирусом иммунодефицита у человека) — это совершенно новая биологическая ситуация, с которой начинается широкое распространение приобретенной генетической патологии. При этом резкое ухудшение экологической ситуации можно считать ведущей причиной того, что именно во второй половине XX в. стали выходить из-под контроля процессы образования подвижных генов.
Методы эколого-генетического мониторинга в животноводстве. Увеличение частоты ранее известных или появление новых мутаций в последующих поколениях животных — показатель возрастающего действия мутагенов среды. В условиях конкретной экологической среды разведения животных важное значение имеет определение мутагенной активности как отдельных факторов, так и всего их комплекса. Здесь речь может идти о генетической активности лекар-
173
ственных препаратов, применении нетрадиционных кормовых добавок, гормональных обработок животных. Главное внимание, очевидно, должно уделяться анализу влияния на'стабильность генома того или иного уровня загрязнения окружающей среды.
В настоящее время рекомендуется использовать следующие тесты генетической активности веществ: 1) генные мутации; 2) хромосомные аберрации; 3) обмены между сестринскими хроматидами; 4) микроядерный тест и др.
Для оценки частоты новых и старых возникших ранее (генетический груз) мутаций рекомендуется использовать цитогенети-ческий метод, анализ мономорфных систем белков, учитывать частоту врожденных аномалий, спонтанных абортов и мертво-рождений, соотношение полов в потомстве животных. Образование хромосомной аберрации или необычного типа белка, которых не было у родственных животных, служит доказательством вновь образовавшейся мутации.
Анализ частоты сестринских хроматидных обменов в лимфоцитах крови дает возможность установить наличие генетической активности при воздействии на организм того или иного химического агента. Этот метод в 1972 г. предложили А. Ф. Захаров и Н. А. Еголина. Сущность его состоит в том, что в культивируемые in vitro лимфоциты, стимулированные для прохождения митозов фитогемагглютинином, вводят аналог тимидина 5-бромдезокси-уридин (БДУ). В зависимости от времени его добавки в среду (первый или второй клеточный цикл) он включается в одну или обе сестринские хроматиды. При соответствующей обработке препаратов и использовании красителя Гимзы под микроскопом можно видеть хромосомы с одной окрашенной (БДУ включился) и с другой неокрашенной хроматидами. В отдельных хромосомах наблюдают дифференциальную окраску хроматид — чередование темных и светлых участков. Это значит, что произошли изменения, т. е. обмены между сестринскими хроматидами (СХО). Высокая частота СХО свидетельствует о мутагенном действии изучаемого вещества, с которым контактировали клетки крови.
Этот метод дополняют анализом частоты разрывов хромосом, других аберраций, полученных от тех же животных, но лучше при сплошной окраске.
В последнее время предложен еще один чувствительный метод выявления мутагенности факторов среды — так называемый микроядерный тест. Дело в том, что дополнительные маленькие ядра (микроядра) на окрашенных мазках крови образуются за счет целых хромосом или их фрагментов, которые при делении не включаются в основное ядро из-за повреждений. Наблюдается возрастание числа микроядер в эритроцитах млекопитающих при воздействии мутагенов. Для этих же целей адекватные результаты может дать анализ частоты нерасхождений хромосом в клетках костного мозга на стадии анафазы.
174
Возрастание частоты злокачественных новообразований, в том числе и лейкозов у человека и животных, ученые обоснованно связывают с загрязнением окружающей среды. Установлено, что многие мутагены одновременно являются и канцерогенами — факторами, ведущими к злокачественной трансформации клеток. Следовательно, распространение в среде разведения животных генетически активных агентов может приводить не только к повышению частоты мутаций, но и к возрастанию частоты злокачественных новообразований.
Эта проблема в ветеринарии — одна из актуальных и очень непроста для решения. Исследования ученых показали существование РНК-содержащих или ретровирусов, способных при инфекции встраиваться в геном клеток животных и нарушать их генетическую программу. С другой стороны, в нормальных клетках млекопитающих признано существование участков ДНК, сходных по строению с РНК ретровирусов. Это так называемые протоонкогены, принимающие участие в контроле клеточного цикла. Последние, как полагают ученые, превращаются в онкогены, что приводит к нарушению их экспрессии и развитию ракового процесса. Толчком этого события могут быть вирусные инфекции, действие на организм физических и химических мутагенов.
Генетическая резистентность организмов при этом имеет значение. Одни животные остаются только инфицированными рет-ровирусами, что обнаруживают по реакции иммунодиффузии или с помощью ДНК-зондирования, у других вскоре развивается лейкоз или другая форма рака. Для выявления устойчивости животных к лейкозам важное значение имеет оценка стабильности генома. Одними из таких критериев могут быть частота полиплоидии, разрывов хромосом, изменчивость хромоцентров. По нашим данным, последний показатель у крупного рогатого скота, предрасположенного к лейкозу, достоверно отличается от нормы.