Mówiąc o praktycznym wykorzystaniu transgenicznych zwierząt mamy na myśli:
a) zmiany jakościowe produktów zwierzęcych, w tym:
wydajność i jakość mleka, a co za tym idzie poprawę właściwości produktów nabiałowych (zmiana składu białek mleka umożliwiająca bardziej wydajną produkcję mleka poprzez wprowadzenie dodatkowych kopii genów kodujących proteiny: beta- i kappa- kazeinę. Kazeina jest składnikiem twarogów i białych serów. Dzięki tej modyfikacji z mleka łatwiej i szybciej uzyskuje się ser),
przyrost tuszy i polepszenie jakości mięsa (szybszy wzrost masy uzyskano przez wprowadzenie genu hormonu wzrostu),
przyrost i jakość wełny,
b) np. kury odporne na wirus ptasiej grypy – prace prowadzone w Chinach; krowy odporne na choroby powodowane przez priony np. BSE zwaną "chorobą szalonych krów"), osiąga się to np. poprzez wprowadzenie genów kontrolujących syntezę białek uczestniczących w reakcjach odpornościowych organizmu (mastitis u bydła, retrovirusy u drobiu, interferon), czy poprzez blokowanie ekspresji istniejących genów;
c) polepszenie trawienia i metabolizmu (lepsze wykorzystanie paszy),
Pierwsza polska transgeniczna świnia - knurek TG 1154 - urodziła się we wrześniu 2003 roku, w Instytucie Zootechniki w podkrakowskich Balicach. Została stworzona w ramach projektu pt. "Wykorzystanie genetycznie zmodyfikowanych świń dla pozyskiwania organów do transplantacji u człowieka„. Polska transgeniczna świnia ma wbudowany gen, który może znieść immunologiczną barierę międzygatunkową pomiędzy świnią i człowiekiem. W 2005 roku odnotowano już ok. stu potomków tej świni. Co najmniej kilka egzemplarzy tych zwierząt to tzw. homozygoty o szczególnej wartości do dalszych badań.
W tabeli XVII.1 pokazano przykłady kilkunastu genów chimerowych, które były użyte do wytworzenia transgenicznych zwierząt hodowlanych, między innymi w celu zwiększenia tempa i poprawy charakterystyki ich wzrostu.
Początkowe podejście polegało na gorliwym naśladowaniu badań przeprowadzonych wcześniej na myszach, u których wykazano zwiększone tempo wzrostu po użyciu genów chimerowych złożonych z promotora mysiej metalotioneiny-I (mMT-I) połączonego z genem struktury hormonu wzrostu (GH) różnych gatunków.
U świń i owiec, podobnie jak u myszy, ektopowa (nieprawidłowa ekspresja białka w tkankach innych niż te, w których normalnie białko to jest wytwarzane) ekspresja genu GH regulowana przez promotor mMT-I, doprowadziła do podwyższonego poziomu GH we krwi.
Stały podwyższony poziom GH spowodował zwiększenie wykorzystania paszy i tempa wzrostu u świń. U transgenicznych owiec nie zaobserwowano zwiększonego tempa wzrostu, jednak u obu tych gatunków odkładanie tłuszczu było znacznie zredukowane.
Podobnie jak u owiec, u królików wprowadzenie konstrukcji genowej zawierającej ludzki gen hormonu wzrostu (hGH) nie spowodowało zwiększenia tempa wzrostu.
Chociaż odnotowano pozytywne wyniki, to zaobserwowano też i wiele cech negatywnych. U świń i owiec podwyższony poziom GH powodował zakłócenie funkcji organizmu i objawy patologiczne, takie jak występowanie wrzodów żołądka, zapalenia błon śluzowych…
W celu uniknięcia problemów związanych z konstytutywną nadekspresją genu GH (która ujawniła się we wcześniejszym przypadku), przebadano na myszach i świniach gen chimerowy składający się z genu struktury bGH i z promotora szczurzej karboksylazy fosfoenolopirogronianowej (PEPK), aby ograniczyć wytwarzanie GH i umożliwić regulowanie jego ekspresji przez zmianę poziomu węglowodanów i białka w diecie.
Zarówno u myszy, jak i u świń uzyskiwano pozytywne wyniki (regulacja ekspresji za pomocą diety), otrzymując zdrowe i płodne zwierzęta, charakteryzujące się zmniejszoną zawartością tłuszczu. U świń wysoki poziom ekspresji transgenu powodował przyspieszone tempo wzrostu i wyraźną redukcję warstwy tłuszczu na grzbiecie.
Inne podejście do problemu nadekspresji GH i związanych z tym następstw polegało na stymulacji przysadki mózgowej do wytworzenia własnego GH. Zastosowano tu geny chimerowe składające się z promotora mMT-I albo mysiej albuminy krwi (mALB) połączonego z genem struktury ludzkiego czynnika uwalniającego hormon wzrostu (hGRF). Produkt genu hGRF oddziaływał na przysadkę, pobudzając ją do zwiększonego wytwarzania endogennego GH.
W przypadku myszy postępowanie to było efektywne i wywołało zwiększenie poziomu GH we krwi oraz przyspieszony wzrost zwierząt. U świni nie obserwowano takiego efektu. U transgenicznych owiec z genem GRF zaobserwowano umiarkowany wzrost poziomu GH we krwi, ale te owce cierpiały na cukrzycę. W przypadku królików, obecność genu hGRF powodowała wyraźne zwiększenie masy ciała.
Kolejnym krokiem w badaniu tej regulacji było zastosowanie konstrukcji genowych zawierających gen struktury insulinopodobnego czynnika wzrostu, IGF-I. Wprowadzając do genomu zwierząt gen kodujący IGF-I, można oczekiwać mniejszego zakłócenia stanu równowagi hormonalnej zwierzęcia, niż w przypadku zastosowania genu hormonu wzrostu.
Produkt genu IGF-I znajduje się na końcu kaskady osi somatotropowej, rozpoczynającej się od GRF, a kończącej się na tkankach docelowych.
W tym doświadczeniu Mathewsa i wsp. z 1988 r. wykazano, że transgeniczne myszy wyposażone w konstrukcję genową zbudowaną z promotora mMT i ludzkiego genu IGF-I rosną szybciej, są prawidłowo rozwinięte i nie wykazują zaburzeń związanych niekiedy z nadekspresją genu GH.
Wyniki tych doświadczeń pozwalają na lepsze zrozumienie genetycznych mechanizmów regulacji wzrostu. Sugerują one, że włączenie pojedynczego białka (hormonu) w kompleksową kaskadę hormonu wzrostu prawdopodobnie nie odniesie skutku, chyba że będą możliwości konstruowania genów chimerowych, których ekspresja będzie regulowana wybiórczo.
Somatotropina (hormon wzrostu) wytwarzany przez przedni płat przysadki mózgowej (ST). Już od lat 90-tych wzrasta liczba transgenicznych świń zawierających rekominowaną somatotropinę, którą wstrzykuje się (metodą mikroiniekcji) zwierzętom biorcom. U takich transgenicznych świń obserwuje się redukcję tłuszczu w tuszy, zmiany w przekroju włókien mięśniowych, zwiększenie grubości skóry, wzmocnienie kości i redystrybucję głównych komponentów tuszy.
W tej tabeli porównano wyniki zawartości lipidów i cholesterolu w tuszy i chudym mięsie oraz dla cech mięśnia longissimus u świń transgenicznych i kontrolnych. Można zaobserwować b. duży spadek zawartości tłuszczu w tuszy (w przypadku świń z konstruktem bydlęcej ST nawet 88%). Podobną redukcje zanotowano dla ilości tłuszczu w chudym mięsie. Pomimo tego dramatycznego spadku zawartości tłuszczu w tuszy, szacowanie kruchości mięsa przez pomiar siły cięcia w mięśniu najdłuższym grzbietu nie wykazało żadnych istotnych różnic pomiędzy świniami transgenicznymi a tzw. kontrolą. U świń z genem bydlęcej somatotropiny było więcej włókien oksydatywnych/glikolitycznych (FOG) i zdecydowanie mniej czerwonych (SO). Hipertrofii włókien u żadnych świń nie obserwowano.
W tabeli 4 mamy porównanie wyników knurków i loszek świń z konstruktem zawierającym gen struktury insulinopodobnego czynnika wzrostu –IGF-I oraz tzw. kontrolą.
W porównaniu z kontrolą, transgeniczne knurki i loszki miały mniejszą zawartość tłuszczu w tuszy, odpowiednio o 8% i 9,9% a więcej mięsa chudego (3,6% i 8,6%). Nie odnotowano istotnych różnic pomiędzy loszkami a knurkami dla pomiarów siły cięcia mięśnia. Jeśli chodzi o udział włókien to zaobserwowano niewielki procentowy wzrost włókien FG (włókna szybko kurczące się, glikolityczne, białe) i spadek włókien FOG (włókna szybko kurczące się, oksydatywne/glikolityczne).
Poprzez wprowadzenie genów (często utraconych w czasie ewolucji oraz selekcji) kodujących pożądane substraty dla niektórych przemian biochemicznych.
Np. – Przyrost wełny u owiec jest ściśle związany z dostarczaniem cysteiny i metioniny w diecie (aminokwasy te są jednak rozkładane w żołądku). To właśnie transgenika umożliwia wprowadzenie do genomu owcy genów kodujących enzymy szlaku biosyntezy cysteiny.
Białka strukturalne i sekrecyjne są jednym z ważniejszych celów dla inżynierii genetycznej, ponieważ ich modyfikacja nie powinna wpływać na funkcjonowanie i żywotność zwierząt transgenicznych
Najważniejszymi białkami w tej grupie są białka mleka i białka włókien tkackich (wełna, kaszmir, moher).
Okrywa włosowa niektórych zwierząt gospodarskich, która zawiera ważne włókna tkackie, takie jak wełna, kaszmir, angora, składa się z unikatowych grup białek bogatych w siarkę, tzw. keratyn. Białka te są precyzyjnie ułożone i skomponowane w mikrofilamenty i otaczający je zrąb. Wydaje się, że manipulowanie keratynami swoistymi dla danego włókna może zmienić jego właściwości tkackie.
Keratyny mogą być podzielone na podgrupy, a każda z nich ma ważną rolę w ostatecznej strukturze włosa. Każda grupa keratyn wełny jest kodowana w genomie przez wielogenową rodzinę i geny dla każdej takiej rodziny zostały wyizolowane.
Gruczoł mleczny jest atrakcyjnym obiektem dla inżynierii genetycznej, ponieważ podobnie jak w produkcji zmodyfikowanych białek okrywy włosowej, oferuje możliwości genetycznych manipulacji bez wpływania na żywotność zwierząt po transferze genów. Istnieją dwie drogi zmiany produkcji mleka. Po pierwsze możliwe jest wprowadzenie nowych genów w celu wytworzenia w mleku obcych białek o wysokiej wartości, np. środków farmaceutycznych lub czynników wzrostu. Czyli zwierzęta wykorzystujemy jako „żywe bioreaktory”.
Drugą drogą zmodyfikowania wytwarzania mleka jest poprawa istniejących genów białek mleka.
Stosunek zawartości białka do tłuszczu może być w mleku bardzo różny, a obecnie preferencje idą w kierunku zmiany tej wartości na korzyść białek. Jednym z możliwych podejść do tego zagadnienia będzie zwiększenie ekspresji jednego lub kilku genów kazein, przez ulepszenie sekwencji promotorowych, które kontrolują ich ekspresję w gruczole mlecznym. Może to być osiągnięte przez wprowadzenie dodatkowych sekwencji enhancerowych do istniejących już promotorów lub zastąpienie promotora właściwego danemu białku przez promotor pochodzący od genu białka, którego ekspresja w gruczole mlecznym jest wyższa.
W celu ukierunkowania wytwarzania obcych białek w gruczole mlecznym zwierząt hodowlanych użyto dwa promotory - promotor kwaśnego białka serwatki (WAP) i promotor b-laktoglobuliny. WAP jest białkiem serwatki mleka występującym tylko u kilku gatunków ssaków. Gdy mysi gen WAP wprowadzono do genomu świń, jego ekspresja zachodziła tylko w gruczole mlecznym, a białko mysie stanowiło 1-3% wszystkich białek znajdowanych w mleku świni. Wykazano, że promotor WAP działa też specyficznie u kóz i owiec.
Zmiana składu białek mleka może również poprawić jego właściwości jako surowca w przetwórstwie; można np. uzyskać lepszą jakość serów wprowadzając do polipeptydowych łańcuchów kazein dodatkowe miejsca cięcia przez enzymy restrykcyjne. Można również spowodować wzrost odporności mleka na podwyższoną temperaturę, przez wprowadzenie do genomu zwierzęcia dodatkowych genów kazeiny k, których ekspresja w mleku stabilizuje micele kazeinowe. Wysuwa się przypuszczenie, że mleko krowie wzbogacone w ludzkie białka może być lepszym produktem odżywczym dla dzieci. Skład tłuszczu mleka może być również zmieniony w kierunku zwiększenia ilości tłuszczów nasyconych. Ważnym zagadnieniem jest też poprawa produkcji mleka przez wzbogacenie mleka krowiego w peptydy o działaniu przeciwbakteryjnym, w celu ochrony zwierząt przed zapaleniem wymienia (mastitis).
Wiadomo, że obecność b-laktoglobuliny w mleku może być przyczyną powstawania uczuleń na mleko krowie. Również laktoza, za względu na obniżenie jakości niektórych produktów mleczarskich i brak jej tolerancji przez niektórych ludzi, nie zawsze jest pożądanym składnikiem mleka. Zawartość laktozy w mleku można zmniejszyć, np. przez unieczynnienie genu a-laktoalbuminy, białka będącego składową kompleksu syntazy laktozowej, lub przez wprowadzenie genu b-galaktozydazy (np. genu lacZ z E.coli), enzymu rozkładającego laktozę na galaktozę i glukozę.
Jednym z pierwszych nie rolniczych zastosowań transgenicznych zwierząt gospodarskich jest wytwarzanie aktywnych biologicznie peptydów lub białek w komórkach nabłonka wydzielniczego gruczołu mlecznego. Zapotrzebowanie na takie białka, ze względu na rozwój medycyny i opracowanie nowych, bardziej skutecznych metod leczenia, jest coraz większe.
Znane są prace opisujące wytwarzanie w mleku zwierząt gospodarskich – owiec i kóz – takich farmaceutyków jak ludzki IX czynnik krzepliwości krwi, a-1-antytrypsyna, czy ludzki aktywator plazminogenu. W wielu przypadkach zademonstrowano, że wytwarzane w ten sposób białko jest, po wyizolowaniu z mleka bardzo czyste.
Elesmera