Produktivita prasat na farmách se za posledních několik let významně zvýšila.
Většina podmínek ke zlepšení kvantity i kvality zvířecích produktů je založena na biotechnologickém konceptu, zejména v řízení reprodukce. Při zvyšující se potřebě tohoto zvířecího proteinu vysoké kvality za přijatelnou cenu je biologický model prasete založen zejména na výzkumu genomu. Reprodukční biotechnologie a molekulární genetika je značně prozkoumána u hovězího dobytka, zatímco molekulární genetika a reprodukce prasat se opírá o sekvenci pouze několika genů prasečího genomu.
Selekce pohlaví selat
produktivitu stáda lze zvyšovat chovem pohlaví s vyšší užitkovostí např. prasnice mají více masa než kanci, protože lépe přijímají krmivo a mají lepší konverzi krmiva, což vyplývá z denních přírůstků a lepší kvality masa. Kromě toho může být kastrace kanců sporná z hlediska welfare a ve většině evropských států je maso prasnic žádanější než maso kanců. Pro chovné účely je však důležitá přítomnost obou pohlaví.
U savců je primární informace pro determinaci pohlaví uložena na krátkém raménku chromozomu Y. V buňkách spermií jsou samčí chromozomy a šance na výsledné pohlaví selete je 50 : 50. Technologie známá jako „Beltsville Sperm Sexing Technology“ umožňuje identifikaci chromozomu X nebo Y při kontaktu se spermií na základě relativního rozdílu obsahu DNA a stanovení pohlaví před oplodněním. Tato technologie byla validována na základě živých narozených mláďat, zpětné laboratorní analýzy tříděných spermií na obsah DNA a biopsie embrya pro stanovení pohlaví. Spolehlivost výsledného pohlaví tříděných spermatozoí převyšuje 90 %. Za účelem separace spermií jsou spermatozoa daného ejakulátu barveny fluorochromem, který penetruje membránou hlavičky spermie a váže se s DNA spermie. Protože je chromozom Y menší než chromozom X, spermatické buňky vystavené světelnému laseru mají odlišnou intenzitu fluorescence. Pomocí vysokofrekvenčního průtokového cytometru poslední verze může být identifikováno 30 000 spermií za sekundu a do 15 x 106 spermatozoí podle pohlaví během jedné hodiny.
U této technologie je dostupnost tříděných semen limitována vzhledem k množství spermatozoí v ejakulátu. Aplikace této metody v produkci prasat bude možná pouze tehdy, pokud množství spermatozoí nezbytných pro fertilizaci bude drasticky snížen, nyní jsou dostupné tři různé metody:
a) oocyty jsou fertilizovány in vitro a embrya jsou přenesena do příjemkyně po testaci in vitro; počet vyžadovaných spermatozoí pro fertilizaci nepřesahuje 500 na oocyt. Oocyty lze získat od hormonálně stimulovaných prasniček před ovulací nebo od poražených prasniček. Od poražených prasniček musí oocyty dozrát in vitro, aby bylo dosaženo jejich plné fertilizační kapacity.
b) metoda založená na maximálním využití tříděných spermatozoí spočívá v mikromechanickém zavedení jednoduchých sexovaných spermií do ooplazmy vyzrálého oocytu. Intracytoplazmatická injekce spermie (ICSI), standardní technologie humánní asistované reprodukční terapie, byla úspěšná jen u několika prasnic. Z nedávného pokusu se podařilo několik vrhů ze sexovaných spermatozoí s předpokládaným pohlavím. Aktivace prasečích oocytů pomocí CACl2 byla nejúspěšnější bez zahájení partenogenetického vývoje. K optimalizace této metody u hospodářských zvířat je potřeba další výzkum.
c) v praxi je preferována metoda, která umožňuje zabřeznutí pomocí malého množství semene. Může být výhodné redukovat ztráty spermií, které byly zachyceny při migraci v bezprostřední blízkosti vejcovodu. U synchronně oplodněných dojnic byla dávka semene redukována bez větších ztrát fertility, když byla inseminační pipeta zatlačena dále do děložního rohu a semeno bylo deponováno poblíž uterotubárního spoje. V současné době probíhá testace několika inseminačních režimů k identifikaci minimálního počtu spermazoí vyžadovaných pro pravidelné oplodnění prasnic a prasniček a k testaci variability sexovaného semene.
Počáteční pokusy probíhaly s prasničkami, hormonálně stimulovanými PMSG (pregnant mares serum gonadotropine) a hCG (human choriogenic gonadotropin), které byly inseminovány koncentrací spermatozoí: 109, 108, 107, 5 x 106 a 106 do uterinního rohu 32 nebo 38 hodin po terapii hCG nebo v době ovulace. Procento březosti po inseminaci a počet mláďat ve vrhu se významně nelišil u těch skupin prasnic, které byly inseminovány 106 spermatozoí v rozpouštědle. Prasnice byly utraceny 48 hod. po inseminaci. U odebraných embryií byla posouzena integrita jejich morfologie. Embrya byla potom kultivována po dobu pěti dnů, byl stanoven jejich vývojový potenciál včetně odhadu počtu defektních spermatozoí, kterými byly oocyty oplodněny. Koncentrace pohlavních buněk pod 106 je příčinou nižší kompetice mezi spermiemi, ale koncentrace vyšší nemá na oplodnění vliv. Všechny dostupné metody vyžadují další vývoj, lze však očekávat, že během příštích dvou až tří let bude dostatek sexovaných spermatozoí pro umělou inseminaci, jako je v současné době u skotu a koní.
Exprese genů u implantovaných embryí
informace o regulaci a době, kdy probíhá exprese genů během zrání oocytu a preimplantační vývoj, je velmi důležitá pro pochopení vývoje embrya a zjemnění reprodukčních technologií. „Markerové geny“ pravidelně korelující s preimplantačním vývojem byly identifikovány u myší a skotu. Ačkoliv byl v reprodukci prasat in vitro proveden velký pokrok, jejich embrya doposud vykazují významné morfologické aberace ve srovnání s embryi in vivo, s dramaticky redukovaným počtem buněk jako predominantním faktorem. Lze předpokládat, že k aberantní expresi genů dochází ve stadiu blastocysty. Současné údaje o expresi vzorků pro embrya před trasplantací především u skotu a myší jasně indikují, že mRNA fenotypy získané z in vitro nebo klonovaných embryí nejsou stejné jako embrya in vivo. Budoucí výzkum bude zaměřen na to, zda mohou být embrya prasat použitelná podobně jako embryo skotu. S rostoucími znalostmi o sekvenci genomu a jeho funkci u prasat bude možné stanovit pořadí „markerových genů“, které indikují aberace; transkripce genů, která reprezentuje široký počet nezbytných funkcí před implantací embrya bude vybrána podle důležitosti s podporou normálního vývoje. Pořadí těchto genů umožňuje náhled do různých fyziologických funkcí embryí před implantací s cílem optimalizovat podmínky kultivace in vitro včetně různých technologií, např. klonování a množení transgenních zvířat. Nedávný vývoj cDNA systému u jednotlivých embryí savců bude důležitým prostředkem k vyřešení účinku exprese in vitro nebo NT u jednotlivých genů. Výsledky získané u hovězího dobytka se mohou uplatnit v ART u lidí a sloužit jako model pro studium kultivačních podmínek při transkripci genů u lidských embryí.
Generace transgenních prasat pro xenotransplantaci
V současné době žije díky alotransplantaci 250 000 lidí. Ve většině případech není alternativní terapie dostupná a recipienti by bez transplantace nepřežili. Pozoruhodný postup v transplantační orgánové technologii vedl ke zkrácení dodávání orgánů v mezinárodním měřítku; požadavek na orgány za účelem transplantace se každoročně zvyšuje o 50 %, avšak jejich dostupnost zůstává na stejné úrovni nebo se dokonce mírně snižuje. Tento nedostatek by mohl být kompenzován pomocí xenotransplantace např. z prasete na člověka, přičemž orgány prasete mají podobnou velikost jako orgány člověka, mají také podobnou anatomii a fyziologii, prase má krátký reprodukční cyklus a vysoký počet mláďat ve vrhu, chov prasat je relativně finančně nenáročný a patří k domestikovaným druhům. K nezbytným předpokladům pro úspěšnou xenotransplantaci patří:
1) prevence zoonóz: doposud, za dvanáct let existence této metody nebyl prokázán přenos endogenních retrovirů z prasete na člověka; při dodržení důkladných hygienických opatření mohou být transgenní zvířata prostá všech známých bakterií a virů. Nedávnými studiemi bylo prokázáno, že riziko přenosu infekce je velmi malé a u kříženců miniaturních prasat se humánní endogenní retroviry nereplikují.
2) kompatibilita anatomie a fyziologie s orgány člověka – orgány prasat transplantované primátům mimo člověka udržely biochemické parametry ve fyziologickém rozmezí.
3) prevence imunologické neslučitelnosti transplantovaných orgánů, jako např. HAR (hyperacute rejection response), ke které dochází během několika minut, AVR (acute vascular rejection) nastupující během několika dní, CR (cellular rejection) zjišťovanou několik dnů po transplantaci a chronické odmítnutí, tj. odmítnutí transplantovaného orgánu po několika letech s neznámou etiologií.
Porod normálních selat je nezbytným předpokladem k zajištění welfare a ke získání veřejnosti pro přijetí biotechnologie zvířat.
Niemann H., Rath D., Wrenzycki C. Advances in biotechnology: New tools in future pig production for agriculture and biomedicine. Reprod Dom Anim 2003;38:82-89.
