Авторы : Д-р Крейг Льюис и канд. с.-х. наук Андрей Павлов, PIC
Заболевания остаются одним из главных или даже ГЛАВНЫМ факторов, ограничивающих экономически эффективное и устойчивое производство свинины во всём мире.
Эндемические и трансграничные патогены снижают биологическую эффективность, ухудшают благополучие животных, влияют на торговлю и производственные процессы, увеличивают использование антимикробных препаратов и повышают экологический след производства свинины. По мере роста ожиданий в отношении устойчивого развития генетика становится важнейшим долгосрочным инструментом для улучшения результатов в области контроля заболеваний.
Вместо селекции против отдельных патогенов современная селекция всё чаще делает акцент на устойчивости и резистентности — комплексных признаках, которые позволяют свиньям сохранять продуктивность при воздействии факторов, связанных со здоровьем и окружающей средой.
Почему резистентность к заболеваниям важна в свиноводстве
Устойчивость обычно определяется как способность животного стабильно показывать продуктивность в различных условиях среды или содержания, тогда как резистентность означает способность противостоять нарушениям, таким как инфекционные заболевания, адаптироваться к ним и восстанавливаться после них. Эти признаки отражают сложные биологические процессы, включающие иммунную регуляцию, обмен веществ и физиологию стресса, поэтому они являются полигенными и имеют низкую или умеренную наследуемость. Важно отметить, что резистентность не обязательно означает более низкую патогенную нагрузку; чаще она отражает толерантность, при которой потери продуктивности минимизируются, несмотря на продолжающуюся инфекцию.
С точки зрения селекции устойчивость и резистентность наиболее эффективно оцениваются на основе больших массивов данных, собранных в коммерческих условиях. Выживаемость, продуктивное долголетие, вариабельность темпов роста и прослеживаемость лечения могут служить косвенными показателями толерантности к заболеваниям. Геномная селекция существенно повысила эффективность таких подходов, поскольку позволяет точно оценивать племенную ценность даже при ограниченном количестве прямых данных по инфекционным нагрузкам. В результате во многие современные программы разведения свиней теперь официально включают цели, связанные с крепостью организма или устойчивостью к неблагоприятным факторам, — наряду с показателями роста, эффективности и характеристиками туши.
Практическая ценность такого улучшения выходит за рамки здоровья. Повышенная резистентность может приводить к улучшению эффективности кормления, снижению падежа, уменьшению затрат на лечение, повышению пожизненной продуктивности и снижению воздействия на окружающую среду в расчёте на килограмм произведённой свинины. Таким образом, генетическое улучшение способствует не только биологической продуктивности, но и экономической устойчивости, а также эффективности использования ресурсов в современных системах производства свинины.
Устойчивость и резистентность: возможности генетики
Рассмотрение резистентности к заболеваниям с точки зрения устойчивости, а не абсолютной резистентности, оказалось особенно ценным для эндемических патогенов. Полная резистентность встречается редко, медленно достигается с помощью традиционной селекции и может сопровождаться биологическими компромиссами. Подходы, основанные на устойчивости, допускают продолжающееся воздействие патогена, но направлены на то, чтобы отделить инфекцию от неблагоприятных последствий.
Однако следует отметить, что у свиней уже существуют естественные механизмы моногенной резистентности, что показывает биологическую осуществимость решающих генетических решений для контроля заболеваний. Хорошо известным примером является резистентность к Escherichia coli, экспрессирующей фимбрии F4 и F18, которые являются основными причинами диареи после отъёма. Полиморфизм в гене FUT1, контролирующем экспрессию рецепторов кишечного эпителия, определяет, могут ли фимбрии F18 связываться с поверхностью кишечника. Свиньи, гомозиготные по резистентному аллелю FUT1, не имеют функционального рецептора и фактически резистентны к инфекции E. coli F18+, без устойчиво наблюдаемых отрицательных эффектов на рост или воспроизводство. Это естественное моногенное решение успешно интегрировано в коммерческие программы селекции и обеспечивает устойчивые преимущества для здоровья в производственных условиях.
Изучение генетической устойчивости на примере РРСС
Поскольку специфические гены резистентности не были выявлены, репродуктивно-респираторный синдром свиней (РРСС) демонстрирует как возможности, так и ограничения селекции на устойчивость к заболеваниям в именно в смысле устойчивости, а не абсолютной резистентности. РРСС стал наиболее интенсивно изучаемой моделью генетической резистентности у свиней.
С момента своего появления в конце 1980-х годов РРСС оказал глубокое глобальное воздействие. Вирус снижает репродуктивную продуктивность в племенных стадах, увеличивает падеж свиней, снижает темпы роста и ухудшает эффективность использования корма у растущих свиней. Его значительные экономические затраты неоднократно документировались, однако более поздние исследования подчёркивают ещё одно последствие: снижение эффективности производства увеличивает выбросы парниковых газов на килограмм произведённой свинины.
Крупномасштабная оценка жизненного цикла показала, что системы производства свинины, отрицательные по РРСС, имеют на 4–6 % меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению со средними системами отрасли и на 9–17 % меньшее воздействие по сравнению с РРСС-положительными системами. Эти эффекты обусловлены главным образом более высокой выживаемостью и улучшенной конверсией корма, что показывает, как генетические и ветеринарно-санитарные вмешательства, повышающие резистентность, одновременно дают преимущества для окружающей среды и использования ресурсов.
Генетические исследования в условиях экспериментального и коммерческого заражения РРСС показали, что реакция организма-хозяина имеет чёткий наследуемый компонент, особенно у поросят в период доращивания. Выявление крупного локуса количественного признака на хромосоме 4, связанного с вариацией в гене GBP5, дало первый широко используемый маркер резистентности к РРСС. Свиньи, несущие благоприятный аллель, демонстрируют более низкую виремию и лучший рост при заражении РРСС, подтверждая принцип, что генетическую устойчивость можно отбирать в больших масштабах.
Однако последующие работы также выявили важные ограничения. Эффекты отдельных локусов варьируют в зависимости от штаммов вируса, стадий производства и статуса здоровья, а в некоторых случаях могут быть нейтральными или даже неблагоприятными в условиях отсутствия РРСС. Эти результаты подчёркивают, что ответ на РРСС является полигенным и зависит от контекста, что усиливает необходимость полногеномной селекции в рамках надёжных селекционных систем, а не опоры на отдельные маркеры.
Устойчивость к болезням: возможности генного редактирования
Хотя генетика РРСС в значительной степени была сосредоточена на устойчивости, генной редакцией было продемонстрировано, что истинная резистентность биологически возможна. Редактирование рецептора CD163, который вирус РРСС использует для проникновения в макрофаги, приводит к получению свиней, резистентных к инфекции, без наблюдаемых неблагоприятных эффектов на здоровье или продуктивность. Более конкретно, технологии генного редактирования, такие как CRISPR, позволили точно модифицировать специфический домен рецептора CD163, используемый вирусом для проникновения в клетки хозяина, при сохранении нормальных биологических функций рецептора. Это важный шаг вперёд, поскольку он эффективно предотвращает инфекцию, а не лечит заболевание, и наглядно демонстрирует, как целевые генетические подходы могут улучшать резистентность к заболеваниям.
Чтобы вывести свиней, резистентных к РРСС, исследователи точно удалили часть конкретного гена, который вирус РРСС использует для инфицирования свиньи. Ничего чужеродного не было добавлено, и никакие гены не были вставлены. Это различие важно при рассмотрении более широкой дискуссии вокруг технологий генного редактирования.
Генное редактирование — это не то же самое, что генетическая модификация
Существует чёткое различие между генетически модифицированными организмами (ГМО) и животными, полученными с помощью генного редактирования. Технологии генного редактирования, такие как CRISPR, вносят точные, целенаправленные изменения в существующую ДНК животного без введения чужеродного генетического материала. В отличие от этого, традиционные ГМО обычно предполагают вставку генов другого вида, например бактериальных генов в Bt-культуры или генов гормона роста в лосося, для введения новых признаков. Это различие важно, поскольку животные, полученные с помощью генного редактирования, такие как свиньи, резистентные к РРСС, не являются трансгенными, а создаются путём модификации собственного генома. Понимание этой разницы способствует более ясной научной коммуникации и может улучшить общественное понимание и принятие технологий генного редактирования в сельском хозяйстве.
Технология генного редактирования демонстрирует большой потенциал для решения как сельскохозяйственных задач, так и проблем здоровья человека. На сегодняшний день она успешно использовалась для лечения пациентов с такими заболеваниями, как серповидноклеточная анемия, наследственная потеря слуха и некоторые формы наследственной слепоты. Кроме того, по данным Всемирной организации здравоохранения, в настоящее время разрабатываются терапии на основе генного редактирования для таких состояний, как ВИЧ, муковисцидоз и различные виды рака.
Генное редактирование поднимает вопросы, выходящие за пределы научной осуществимости. Регуляторные рамки, общественное принятие и последствия для международной торговли будут определять, смогут ли такие технологии применяться коммерчески. Тем не менее РРСС служит доказательством концепции того, как функциональная геномика могла бы изменить контроль заболеваний, если эти барьеры будут преодолены.
Чему РРСС может научить нас в отношении АЧС и ящура
В контексте текущей селекции приведённый выше пример FUT1 подтверждает ключевой принцип, вытекающий из исследований РРСС и генного редактирования: если инфекция зависит от специфического рецептора хозяина, генетика может полностью разорвать путь развития заболевания — как посредством традиционной селекции, так и с помощью целенаправленной модификации генома.
В перспективе эти уроки имеют большое значение для трансграничных заболеваний, таких как африканская чума свиней (АЧС) и ящур. В частности, АЧС вызывает почти полную смертность в наивных популяциях, оставляя мало возможностей для селекции, основанной на толерантности. Хотя функциональные гены резистентности пока не выявлены, прогресс в понимании взаимодействий между хозяином и патогеном в сочетании с инструментами редактирования генома может в будущем позволить модифицировать критически важные рецепторы входа или иммунные пути.
Для ящура, где вакцинация остаётся эффективной, но логистически сложной, генетические подходы, повышающие резистентность или сокращающие период восстановления, могли бы дополнить существующие стратегии контроля. В обоих случаях более широкое улучшение устойчивости — например, повышенная иммунная компетентность и стрессоустойчивость — будет сохранять ценность независимо от того, станет ли достижимой специфическая резистентность к патогену.
Генетика как инструмент борьбы с болезнями в будущем
В заключение следует отметить, что генетические подходы к контролю заболеваний у свиней эволюционируют: от широкой селекции на общую жизнестойкость — к резистентности , основанной на устойчивости (на примере вируса РРСС), и далее — к возможности формирования точной, создаваемой с помощью генного редактирования устойчивости. В совокупности эти подходы открывают перспективы устойчивого снижения воздействия заболеваний, что будет способствовать благополучию животных, рентабельности фермерских хозяйств и улучшению экологических показателей, а также позволит повысить готовность к борьбе с особо опасными болезнями, такими как африканская чума свиней (АЧС) и ящур.
Эта статья была впервые опубликована в PORCUS, журнале свиноводческой отрасли Южной Африки, и адаптирована для публикации на наших веб-сайтах.
Список литературы и дополнительная информация
Bishop SC, Woolliams JA. Genomics and disease resistance studies in livestock. Livest Sci. 2014;166:190–198.
Dekkers JCM, Rowland RRR, Lunney JK, Plastow GS. Host genetics of response to porcine reproductive and respiratory syndrome in nursery pigs. Vet Microbiol. 2017;209:107–113.
Thoma GJ, Galina Pantoja L, Linhares DCL, et al. The effects of PRRS on the environmental impact of pig production: a life cycle assessment study. Front Vet Sci. 2025;12:1625581.
Chase-Topping M, Plastow G, Dekkers JCM, et al. The WUR SNP and PRRS transmission. Genet Sel Evol. 2023;55:51.
Rowland RRR, Brandariz-Nuñez A. Role of CD163 in PRRSV infection. Virology. 2024;600:110262.
Petersen GEL, Buntjer JB, Byrne TJ, Doeschl-Wilson A. Modeling suggests gene editing combined with vaccination could eliminate a persistent disease in livestock. Proc Natl Acad Sci USA. 2022;119:e2107224119.
Kyriazakis I, Arndt C, Aubry A, et al. Improve animal health to reduce livestock emissions. Proc R Soc B. 2024;291:20240675.
You X, Li G, Lei Y, et al. Role of genetic factors in resistance and susceptibility to PRRSV. Virus Res. 2023;326:199057.