X
تبلیغات
نماشا
رایتل

علم و دامپروری

تکنولوژی‌های رویان از ...

تکنولوژی‌های رویان از انتقال رویان تا کلونینگ  با تاکید بر کاربرد در گاو

محمد جواد ضمیری

بخش علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز

 

چکیده

در این مقاله، پیشرفت تکنولوژی انتقال رویان و تکنولوژی‌های وابسته به آن (کلونینگ و ترانس ژنیک) از جنبه‌های گوناگون مانند نقش آن­ها در پژوهش های پایه، جنبه های پزشکی و به ویژه کاربرد در کشاورزی و با تاکید بر گاو، بررسی شده است. یافته‌های پژوهشی ناشی از کاربرد تکنولوژی انتقال رویان دانش ما را دربارة بهبود باروری در گله‌ها افزایش و برخی دیدگاه‌های علمی را تغییر داده است. پژوهش‌های انتقال رویان نشان داده اند که می‌توان تکنیک‌های بسیار پیچیده را برای کاربردهای تجارتی در سطح گله‌ها، سادتر کرد و از این رو، اهمیت سرمایه‌گذاری برای پژوهش‌های پایه را بیشتر می‌کند. بررسی منابع علمی نشان‌ می‌دهند که تکنولوژی‌های کلونینگ (همانند سازی) و ایجاد حیوانات ترانس ژنیک می‌توانند برای اهداف پزشکی، اقتصادی باشند هرچند کاربردهای آن‌ها در کشاورزی، دست کم در آیندة نزدیک، اقتصادی و محتمل به نظر نمی‌رسد، با این وجود ممکن است در شرایط ویژه‌ای اقتصادی باشند. چگونگی پذیرش تکنولوژی‌های نوین از سوی جامعه با توجه به باورهای فرهنگی و اجتماعی می‌تواند بر صرف هزینه برای این اهداف و کاربرد تجارتی آن‌ها تاثیر بگذارد.

واژه‌های کلیدی: انتقال رویان، همانندسازی (کلونینگ)، انتقال ژن.

 واژه های کوتاه:

ICSI: intracytoplasmic sperm injection; IVC: in vitro embryo culture; IVEP: in vitro embryo production; IVF: in vitro fertilization of oocyte; IVM: in vitro oocyte maturation; OPU: ovum pick up; SCNT: somatic cell nuclear transfer.

 

مقدمه

ابداع و به کارگیری تکنولوژی‌های تولیدمثلی از دیرباز مورد توجه کارشناسان بوده، هرچند می‌توان ادعا کرد که پیدایش همة تکنولوژی‌های موجود ناشی از کنجکاوی‌های پژوهشگران بوده است. هم‌اکنون، تکنولوژی‌های تولیدمثلی فراوانی در دسترس هستند امّا کارایی تکنیکی و تاثیرگذاری‌های آن‌ها بسیار متفاوت است. بحث دربارة این تکنولوژی‌ها، محدودیت‌ها، مزایا و کاربردهای احتمالی آن‌ها موضوع کتاب‌ها و مقاله‌های فراوانی است که پیوسته  بروز می‌شوند. از این رو، این مقاله، تنها به تکنولوژی‌های رویان (Embryo technology) و کلونینگ (Cloning) می‌پردازد. کلونینگ، به شیوة گسترده‌ای به تکنولوژی‌های رویان وابسته است و می‌تواند موثرترین شیوة تکثیر حیوانات ترانس‌ژنیک (Transgenic) باشد.

تکنولوژی رویان، در برگیرندة تکنیک‌های انتقال رویان، تولید برون‌تنی رویان (اووسیت‌گیری، تکامل اووسیت، لقاح با اسپرم و رشد و نمو رویان) و تکنیک‌های وابسته به آن (کلونینگ و تولید جانوران ترانس‌ژنیک است). انتقال رویان، نخستین بار در خرگوش (١٨٩٠) و سپس در موش صحرایی (١٩٣٣)، گوسفند و بز (١٩٤٩)،‌گاو و خوک (١٩٥١) و سپس در دیگر جانوران از جمله انسان (١٩٧٩) انجام شد. تکنولوژی‌های رویان، تکنیک‌هایی پیچیده هستند، نیازمندی‌های ویژه‌ای دارند (مواد، ابزار، مهارت، همکاری بین رشته‌ای) و با توجه به تفاوت‌های زیاد بین جمعیت‌ها حیوانی و سیستم‌های مدیریتی باید بهینه‌سازی شوند.

پیشرفت‌های تکنولوژی رویان

در سال ٢٠٠٣، نزدیک به ٠٠٠/٦٠٠ رویان گاو در جهان انتقال داده شدند که ٤٠ درصد آن‌ها یخ زده و ٢٠ درصد به روش برون‌تنی(IVEP)، تولید شده بودند. بیشترین انتقال در آمریکای شمالی (٦٥ درصد) و آمریکای جنوبی و اروپا (٢٠ درصد) انجام شده بود. در آمریکا بیشتر رویان‌ها، رویان‌های گاوهای گوشتی (٦٥ درصد) و در کانادا، رویان‌های نژادهای شیری (٨٠ درصد) بودند. در همین دوره ٣٧٠٠ انتقال در نشخوارکنندگان کوچک، ٠٠٠/٢٠ مورد در خوک و نزدیک به ١٨٠٠ مورد در اسب (٦٤ درصد در آمریکا و ٣١ درصد در برزیل) انجام شد.

 

عوامل موثر بر کاربرد تکنولوژی انتقال رویان

مهمترین عامل محدودکننده انتقال رویان، پراکنش زیاد دام‌ها در برابر تحریک هورمونی تخمدان‌ها است، هرچند روش تولید برون‌تنی رویان، کارآیی آن را تا اندازه‌ای افزایش داده است. از عوامل دیگر می‌توان تفاوت‌های بین تلیسه‌ها و ماده گاوها، گاوهای شیری و گوشتی، اروپایی و کوهان‌دار، نژادی، و مدیریت تولیدمثلی را نام برد. در آمریکا، تا یک دهه پیش از این، روش انتقال رویان برای تکثیر ماده گاوهای برتر و درمان کم باروری کاربرد بیشتری داشت. هم‌اکنون در آمریکا و چندین کشور دیگر، استفاده از این تکنیک روز به روز محدودتر می‌شود، اما کانادا و چندین کشور دیگر، هم‌چنان این روش را برای اهداف نامبرده به کار می‌برند. در سال‌های اخیر، کاربرد انتقال رویان در کشورهای آمریکای لاتین و ژاپن افزایش یافته است. از علت‌های مهّم کاهش کاربری انتقال رویان‌ را هزینه و تولد گوساله‌های بزرگ جثه (large offspring syndrome)، نام برده‌اند.

تاثیر انتقال رویان بر افزایش تولید شیر گاو در کشورهای پیشرفته، شایان توجه بوده است، هرچند همزمان، باروری گاو نیز کاهش یافته است. انتقال رویان را می‌توان برای تولید خانواده‌های full-sib به کاربرد که در فرآیند بهگزینی برای باروری و مقاومت در برابر بیماری‌ها، کاربرد دارند. تاثیر تکنولوژی‌های رویان، بر کاهش فاصله بین کشورهای فقیر و ثروتمند، بسیار ناچیز بوده است، تاثیری که در آغاز به عنوان یک مزیت مهّم این تکنولوژی‌ها، بیان می‌شد. با پیشرفت‌ پژوهش‌ها، مراحل اجرایی تکنولوژی انتقال رویان، ساده‌تر شده‌اند و امکان اجرای آن در گله‌ها (همانند انجام تلقیح مصنوعی) بدون نیاز به دامپزشک امکان‌پذیر است. با این وجود، همکاری دامپزشکان در زمینه‌های تکنولوژی رویان از نظر کنترل بیماری‌ها، صدور تاییدیه بهداشتی و مانند آن‌ها، هم‌چنان بسیار ضروری است.

تولید برون‌تنی رویان (IVEP)

تولید برون‌تنی رویان، روشی کاملاَ جاافتاده و نسبتاَ کارآمد است. در سال ٢٠٠٣ میلادی، بیش از ١٠٠ هزار رویان با این روش تولید شدند (٦٠ درصد در آمریکای جنوبی). این روش، برای اهدافی مانند تولید رویان از ماده‌های برتر، کارهای پژوهشی، کلونینگ و تکثیر جانوران ترانس‌ژنیک. به کار برده شده است. هرچند روش ترزیق درون سیتوپلاسمی اسپرم در گاو، قابل انجام است (هم چنین، با اسپرم freeze-dried و یا اووسیت‌های یخ‌زده) امّا کاربرد آن در برنامه‌های IVEP، چندان رایج نیست (برخلاف انسان).

آموخته‌های ما از پژوهش‌های تکنولوژی انتقال رویان

شناخت نقش فعال رویان در حفظ آبستنی که به بهبود روش‌های همزمان‌سازی تخمکریزی، کمک کرده است.

شناخت برهم‌کنش بین مادر و رویان، و حتّی بین مادر و اووسیت‌ها که به کاهش نرخ مرگ و میر رویان کمک کرده است.

ویژگی‌ فیزیکی-شیمیایی مایعی که گامت‌ها و رویان در آن نگهداری می‌شوند می‌تواند آثار بدی بر زنده‌مانی رویان‌ها بگذارد. از سویی، محیط‌های برون‌تنی، موجب تولد گوساله‌هایی می‌شوند که بزرگتر از معمول هستند و دارای ناهنجاری‌هایی هستند.

شناخت تاثیر اپی‌ژنتیک (epigenetic) محیط کشت بر رویان، از همان نخستین روزهای زندگی رویان (بروز فنوتیپی دور از انتظار).

افزایش نرخ مرگ و میر رویان در مراحل پایانی آبستنی که در آبستنی‌های معمولی، بسیار اندک است (به ویژه در کلون‌ها). پیدا کردن راه حلّی برای این مشکل، همکاری نزدیک بین متخصصّین رشته‌های مختلف را می‌طلبد.

شناخت تاثیر آلاینده‌های محیطی (علف هرزکش، حشره‌کش و ...) بر رویان‌های بسیار جوان و بروز بیماری در بزرگسالی. این یافته، توجه هر چه بیشتر به پاک نگه‌داشتن محیط زیست از آلاینده‌ها را موجب شده است.

تغییر اولویت سرمایه‌گذاری بخش خصوصی. بخش خصوصی، هم‌اکنون به سرمایه‌گذاری برای پژوهش‌هایی علاقه‌مند است که هدف آن‌ها تولید فرآورده‌های بیولوژیکی در شیر یا خون پستانداران بزرگ باشد. همزمان، دولت‌های کشورهای پیشرفته، بودجه‌های کمتری را برای پژوهش‌های تکنولوژی رویان، اختصاص می‌دهند. از سویی، انگیزه پژوهشگران جوان برای تحقیقات تکنولوژی رویان با اهداف کشاورزی و دامپروری، به شدت کاهش یافته است. بخش خصوصی، به علت تجاری بودن و توجه اولیه به سوددهی، تمایلی به ارزیابی گوساله‌های حاصل از تکنولوژی رویان نشان نمی‌دهد.

کلونینگ جانوران بالغ با روش انتقال هسته (SCNT)

سلول‌های سوماتیک برای انتقال هسته: بدن بیشتر از ٢٠٠ نوع سلول تمایز یافته دارد امّا تنها شمار اندکی از آن‌ها برای کلونینگ، مناسب هستند.

ناهنجاری‌های روشد و نمو کلون‌ها:

بزرگ شدن غیرعادی جنین، افزایش طول آبستنی، ضعف نوزاد، و مرده‌زایی

ناهنجاری‌های تنفسی، گردش خون، ایمنی، کلیه، جگر، بیضه و مغز

دمای زیاد بدن در زمان تولد، و بیماری‌های ویروسی و باکتریایی

سن کلون:  موضوع سن کلون‌ها، از مباحث دیگر کلونینگ است. گفته می‌شود بخشی از کروموزوم به نام تلومر (telomere) مانند ساعت بیولوژیک، سن سلول را نشان می‌دهد. طول تلومر با هر بار تقسیم شدن، اندکی کاهش می‌یابد. طول تلومرهای گوسفند دالی (Dolly) کوتاه‌تر از طول تلومرهای بره‌های کنترل بود. در پژوهش‌های دیگر، گاهی طول تلومرها، ثابت و گاهی، بیشتر از همتایان کنترل آنها گزارش شده است. سازه‌های گوناگونی بر طول تلومر تاثیر می‌گذارند (مانند سن، نوع سلول سوماتیک، محیط کشت، روش انتقال هسته، روش نمونه‌برداری، روش اندازه‌گیری طول تلومر). نخستین موش کلون شده، ٢ سال و ٧ ماه زنده بود که اندکی بیشتر از میانگین طول عمر موش‌های آن سویه بوده است.

تجربه و مهارت تکنیکی در گلونینگ:  مهمترین عامل موثر بر موفقیت کلونینگ، روش فعال کردن سلّول (پس از انتقال هسته) برای تقسیم شدن است. به هر حال، همة گامه‌های اجرایی نیازمند مهارت‌های ویژه‌ای هستند.

نسل اوّل و نسل دوّم کلون‌ها:  طول عمر کلون‌های نسل اوّل، معمولاّ کوتاه است و آن‌هایی که زننده می‌مانند الگوهای متفاوتی از تظاهر ژن‌ها را نشان می‌دهند (اثر اپی‌ژنتیک). معمولاّ نتاج این کلون‌ها، سالم هستند و از نظر ویژگی‌های شیر و گوشت تولیدی، تفاوتی با گاوهای معمولی نداشته‌اند.

کاربرد کلونینگ حیوانات اهلی

١- کاربرد در پزشکی

١-١- کاربرد به عنوان مدل‌هایی برای بررسی بیماری‌های انسان   (disease model): هم‌اکنون، از موش استفاده می‌شود امّا به علت کوتاه بودن سن موش نسبت به انسان، چندان مناسب نیست. گفته می‌شود که مدل‌های دامی (گوسفند، گاو، خوک و ...) مناسب‌تر هستند. هم‌اکنون، پژوهش‌هایی با گوسفند برای بررسی بیماری cystic fibrosis در جریان است.

٢-١- کاربرد برای تکثیر حیوانات ترانس‌ژنیک تولیدکننده پروتئین‌های انسانی (Bioreactors): کارآیی ایجاد ترانس‌ژنیک بسیار پایین است و به علت وجود قوانین و مقررات سخت حاکم بر ارزیابی این فرآورده‌ها و نیز به علت هزینه‌های زیاد، گفته می‌شود کاربردی شدن این کار در آینده نزدیک، متحمل به نظر نمی‌رسد.

٢- کاربرد کلونینگ در دامپروری

١-٢- تکثیر حیوانات دارای صفات برتر (شیر و گوشت): این روش برای بسیاری از گله‌های تجارتی، اقتصادی نیست هرچند گفته می‌شود در برخی نقاط (کلون‌ کردن گاوهای نر گوشتی در شمال استرالیا) ممکن است با صرفه باشد.

٢-٢- کلون کردن حیوانات ترانس‌ژنیک دارای صفاتی ویژه: برای نمونه، کلون های مقاوم به بیماری ورم پستان، ماده‌هایی که فقط یک جنس خاص (نر یا ماده) می‌زایند، و ماده‌ گاوهایی که شیری با خصوصیات ویژه تولید می‌کنند. این روش، ممکن است بتواند جایگزین روش‌های بهنژادی رایج شود.

٣-٢- کاهش آثار منفی پرورش دام بر محیط زیست:  برای نمونه، تولید خوک‌هایی که فیتات گیاهی را بهتر هضم‌کنند، می‌تواند موجب دفع مقدار کمتری فسفات شود. ظاهراَ چنین خوکی تولید شده و قرار است به بازار عرضه شود.

نظرسنجی‌های اجتماعی دربارة بیوتکنولوژی

نظرسنجی‌های چندسال اخیر در اروپا، نشان‌دهندة حساسیت مردم در برابر مصرف فرآورده‌های بیوتکنولوژیکی، سلامت و بهداشت حیوانات، و اثر آن‌ها بر محیط زیست است. اروپاییان، کلونینگ را عملی غیرطبیعی، غیرسودمند و خطری جدی برای نسل‌آتی می‌دانند، هرچند نظر آن‌ها دربارة کاربردهای پزشکی کلونینگ، این چنین سخت‌گیرانه نیست.

منابع

ضمیری ، محمد جواد (1369)  کاربرد تکنولوژی انتقال تخمک (جنین!) در اصلاح نژاد گاوهای شیری . مجله دام و دامپرور،سال اول ، شماره 3 ص 25 -26 .

ضمیری ، محمد جوا د (1369) . کاربرد انتقال تخمک در برنامه هایMOET و اصلاح نژاد گاوهای شیری.  ویژه نامه دامو دامپرور- 1369  (سمینار بررسی مسائل اصلاح نژاد و مدیریت درگاوهای شیری - کرج ، اردیبهشت 69).

ضمیری، محمد جواد (1372) . جنبه های اخلاقی - معنوی و کارآیی بیوتکنولوژی . دومین سمپوزیوم سیاست کشاورزی ایران ،16 - 18 آبان 1372، دانشکده کشاورزی،  شیراز، ص 409 - 399 .

 

1.       Anon, (2007). Dolly: A decade on. Nature, Vol. 445, Feb. 22, 2007.

2.       Betteridge, K.J. (2006). Farm animal embryo technologies: Achievements and perspectives. Theriogenology 65, 905-913.

3.       Denning, C., Priddle, A., 2003. New frontiers in gene targeting and cloning: success, applications and challenges in domestic animals and human embryonic stem cells. Reproduction 126, 1–11.

4.       Kues, W.A., Niemann, H., 2004. The contribution of farm animals to human health. Trends Biotechnol. 22, 286–294.

5.       Lassen, J, Gjerris, M., Sandoe, P. 2006. After Dolly- Ethical limits to the use of biotechnology on farm animals. Theriogenology. 65, 992-1004.

6.       Lee, R.S.F., Peterson, A.J., Donnison, M.J., Ravelich, S., Ledgard, A.M., Li, N., et al. (2004). Cloned cattle fetuses with the same nuclear genetics are more variable than contemporary half-siblings resulting from artificial insemination and exhibit fetal and placental growth deregulation even in the first trimester. Biol. Reprod. 70, 1–11.

7.       Lewis, I.M., French, A.J., Tecirlioglu, R.T., Vajta, G., McClintock, A.E., Nicholas, K.R., Zuelke, K.A., Holland, M.K., Trounson, A.O., 2004. Commercial aspects of cloning and genetic modification in cattle. Aust. J. Exp. Agric. 44, 1105–1111.

8.       Li, X., Li,Z., Jouneau, A., Zhou, Q., Renard, J.-P.   (2003). Nuclear transfer: Progress and quandaries. Reprod. Biol. Endocrin. 1, 84 (0nline).

9.       Seidel, G. E. (2006). On the usefulness of an update on assisted reproductive technologies in cattle. Theriogenology 65, 1-3.

10.    Tome, D., Dubarry, M., Fromentin, G., 2004. Nutritional value of milk and meat products derived from cloning. Cloning Stem Cells 6, 172–177.

11.    Takahashi, S., Yoshihio, I., 2004. Evaluation of meat products from cloned cattle: biological and biochemical properties. Cloning Stem Cells 6, 165–171.

12.    Vajta, G. and Gjerris, M. (2006). Science and technology of farm animal cloning: State of the art. Anim. Reprod. Sci. 92, 211-230.

 

 

 


Embryo Technologies

From embryo transfer to cloning with special reference to cattle

 

 

ABSTRACT

The progress in embryo transfer and related technologies are reviewed and the biomedical, agricultural and research applications of these technologies (cloning and transgenics) are discussed.   Based on published research findings and economical and societal impacts, the most likely application of these technologies in the near future seems to involve biomedical field and basic research. Some technologies may become economical for application in certain geographical regions.

Key words: Embryo transfer, Cloning, Transgenic animals