Устойчивость, термин с которым мы постоянно сталкиваемся в повседневной жизни: устойчивость компании, устойчивость людей. Например, в контексте пандемии коронавируса, а также в отношении здоровья животных.
Мы попросили доктора Питера Кнапа, ответственного за генетическую стратегию в PIC, рассказать, что означает устойчивость для производителей племенного поголовья, как наследуются связанные с ней признаки и можем ли мы проводить селекцию свиней по таким признакам .
1 – Что значит термин устойчивость для генетиков?
Продуктивность сельскохозяйственного животного зависит от его генетического потенциала, а тем более от условий содержания и кормления. Но, если эти условия ухудшаются, животное с более высокой устойчивостью сможет лучше реализовать свой генетический потенциал и, таким образом, сохранить свою продуктивность. Животное будет более крепкое и устойчивое. Это не черта «все или ничего», а черта «более-менее», как бы от 0 до 100. И такая устойчивость так же частично предопределена генетикой.
2 – Что именно может подразумевать под собой «ухудшение условий»?
Сюда входит все, что может повлиять на продуктивность: неправильное кормление, климат (слишком холодно, слишком жарко, плохая вентиляция), стресс при групповом содержании и, конечно же, инфекционные заболевания. Для каждого из этих факторов стресса есть животные, как и люди, которые справляются лучше других.
3 – Какую пользу получают производители от более устойчивых животных?
Устойчивые или крепкие животные лучше справляются с факторами стресса. Если условия содержания или кормления в хозяйстве ухудшаются, то они лучше сохраняют свои производственные показатели. Если условия снова улучшатся, и мы всегда должны исходить из того, что это так и будет, — тогда они будут демонстрировать еще более высокие показатели.
4 – Что означает устойчивость с точки зрения здоровья? Ведь часто говорят о резистентности, но также и об устойчивости.
Речь идет об устойчивости к инфекционным заболеваниям. Он состоит из двух компонентов: резистентность и переносимость.
My resistance to a disease depends on the quality of my immune system: For example, if my white blood cells function better, then my body is better able to kill pathogens before they can do any harm: Then I am more resistant – also a more-or-less trait.
If my immune system is activated by an infection, then creating the antibodies costs energy and protein. And I don’t feel well, often lose my appetite, have a fever, and that costs a lot of energy. If I were a fattening pig, my body’s first reaction would usually be to reduce my growth rate: The production performance goes down. This is my body’s reaction to the activation of the immune system. And if my resistance is not sufficient and the pathogen breaks through because of that, then the next question is how the body deals with the damage. These tw
Моя устойчивость к болезни зависит от качества моей иммунной системы: например, если мои лейкоциты функционируют лучше, то мой организм лучше способен убивать патогены, прежде чем они смогут причинить какой-либо вред: тогда я более устойчив, т. е. признак «более -или-менее».
Если моя иммунная система активируется инфекцией, то создание антител требует затрат энергии и белка. Или если я плохо себя чувствую, часто пропадает аппетит, поднимается температура, это отнимает много сил. Если представить, что я поросенок на откорме, то первой реакцией моего организма в первую очередь было бы снижение темпов роста: продуктивность падает. Это реакция моего организма на активацию иммунной системы. И если моя сопротивляемость недостаточна и возбудитель заболевания из-за этого прорывается, то возникает вопрос, как организм справляется с нарушением. Эти две реакции организма (собственно иммунная реакция и реакция на повреждение, вызванное возбудителем) формируют вторую составляющую устойчивости к болезням, а именно переносимость заболеваний. Биологически очень отличная от резистентности характеристика, а также «более- или-менее» подходящая характеристика.
5 – Бывают ли случаи, когда животные не резистентные, но обладают стопроцентной переносимостью?
Да, актуальный пример — африканская чума свиней. Вирус АЧС был безобидным условно-патогенным микроорганизмом африканского бородавочника на протяжении веков (условно-патогенный микроорганизм/ комменсал: организм, который питается пищей (не видового) организма-хозяина, не причиняя ему вреда). Они не устойчивы к нему, они носят вирус внутри себя, он размножается в их организме, и они заражают друг друга. Но они очень толерантны: не болеют и вирус им не вредит. В 1905 году в Кению были завезены европейские домашние свиньи, которые содержались там очень обширно, и поэтому легко контактировали с бородавочниками. И тут началась эпидемия, которая нам всем хороша знакома в настоящее время, поскольку домашние свиньи вообще не толерантны к АЧС: они умирают из-за гиперреакции собственной иммунной системы. Их убивает не вирус, а их собственная иммунная система, которая активируется вирусом, а затем просто выходит из строя. То же самое верно и для лихорадки Эбола в Африке, например: безвредный вирус летучих мышей, который нашел свой путь к антилопам, обезьянам и людям, которые умирают от него из-за своей непереносимости.
6 – Можно ли измерить резистентность и переносимость по отдельности?
Да, но не только потому, что он должен быть количественным: принцип «все или ничего» не очень полезен для селекции в обычном животноводстве — нам нужно число, например 23 или 84. Чтобы количественно определить устойчивость, вам нужно каким-то образом подсчитать количество возбудителей в организме. Для выявления кишечных паразитов у овец подсчитывают яйца в образце фекалий под микроскопом. Для бактерий и вирусов существуют лабораторные тесты, такие как экспресс-тесты на Covid, с которыми мы все уже знакомы. Важнейший вопрос для теста на Covid — «заражен или нет», но, приложив немного дополнительных усилий, он также работает и количественно: насколько кто-то заражен? И это дорого, так как ПЦР-тест на РРСС стоит около 30 евро.
Измерение переносимости является еще более сложной задачей, поскольку речь идет о реакции организма на инфекционное давление. Для этого требуются как минимум две точки данных: одна при низком инфекционном давлении и одна при более высоком. Это сложно у одного и того же животного, поэтому для разведения было бы практичнее работать с группами родственников. Например, группы потомства хряков для искусственного осеменения.
Исходя из этого вывод: можно, но сложно и дорого. На сегодняшний день измерение резистентности и переносимости не подходит для свиноводства, нужно ждать более совершенных технологий. Однако, тем временем мы предпринимаем еще более лучший метод: мы отбираем животных по их производительности в не самых оптимальных условиях, то есть на устойчивость как таковую. Безусловно, хорошо, что мы повышаем устойчивость от одного поколения к другому. Недостатком является то, что мы не знаем, в какой степени улучшения достигаются за счет повышения устойчивости или за счет более высокой переносимости. Это было бы особенно важно в случае, когда резистентность и переносимость имеют отрицательную корреляцию, потому что тогда это могло бы легко привести к неожиданным и нежелательным изменениям в одном из двух, обычно в том, который имеет наименьшую наследуемость
7 – Животное не является ни резистентным, ни выносливым, и заражается. Какие характеристики и обстоятельства благоприятны, а какие нет?
Животное с резистентностью = 0 и переносимостью = 0 не может ни уничтожить возбудитель (резистентность), ни его повредить (переносимость). Тогда это безнадежно и животное умрет. Животных (и людей) с низкой резистентностью и низкой переносимостью следует вакцинировать: это всегда лучшее решение, а часто и единственное. Также для более устойчивых и обладающих большей переносимостью вакцинация это всегда хорошая вариант. Но для этого нужна вакцина, а для новых болезней обычно требуется много времени для ее разработки. Я знаю ученых, которые работают над вакциной против АЧС уже 20 лет, это очень сложный вирус, мало связанный с другими вирусами, поэтому им приходится создавать все с нуля
8 – Значит, генетикам не нужны суперраспространители?
Животные (и люди) с высокой переносимостью не нуждаются в резистентности: ведь они устойчивы и не болеют (или мало болеют). Если они инфицированы, возбудитель может оставаться активным в их организме в течение длительного времени, и они могут передавать его другим. Мы знаем это с первых дней эпидемии Covid: здоровые молодые люди, которые отправились на лыжный отдых в северную Италию, вернулись с вирусом, а затем просто чувствовали себя немного плохо в течение нескольких дней — они распространяли вирус в течение нескольких недель, не зная этого. Таким образом, переносимость – это преимущество для самого человека, но может быть очень опасно для группы, в которой он живет, если только вся группа не обладает такой же высокой переносимостью (как в случае с бородавочниками) или высокой резистентностью (например, из-за вакцинации).
9 – Может ли генетика предсказать, какое животное склонно к так называемому сверхраспространению, а какое нет ?
Для этого нужно измерить переносимость. И как я уже сказал, это сложно.
10 – Почему стадная устойчивость так важна?
Резистентность является характеристикой человека: она влияет на индивидуальную устойчивость. От этого, естественно, зависит течение вспышки болезни в группе: если многие члены группы достаточно устойчивы, у эпидемии мало шансов. Но есть еще два компонента: инерционность заразность и излечимость. Зараженное животное обычно также заразно, оно может распространять возбудитель среди своих сородичей. Степень, в которой это происходит, зависит от групповой динамики: насколько интенсивно оно вступает с ними в контакт, размера группы и т. д. И это продолжается до тех пор, пока иммунная система зараженного животного не очистит его организм от возбудителя, и здесь снова играет важную роль баланс между резистентностью и переносимостью: животные с высокой резистентностью быстро избавляются от патогена, но животные с высокой резистентностью могут быть заразными в течение очень долгого времени. Таким образом, устойчивость стада — это больше, чем просто среднее значение индивидуальной устойчивости.
11 – PIC собирает практические данные в течение многих лет. Что и как именно вы измеряете или рассчитываете устойчивость? P
Да, мы занимаемся этим с 2003 года. Молодые хряки с нуклеусов сначала используются для осеменения гибридных свиноматках на коммерческих фермах, а затем используются для чистопородного осеменения. Гибридное потомство (в настоящее время около 100 000 особей в год) откармливают и отправляют на убой, как обычных свиней на откорме, а данные об их продуктивности используются для оценки племенной ценности их чистокровных сводных братьев и сестер (кандидатов на отбор на нуклеусе). С бойни мы получаем обычные данные: убойный вес, выход постного мяса, уровень pH, а с фермы: данные по различным аномалиям и уровню падежа. Эти фермы имеют среднее состояние здоровья и средние условия содержания, поэтому производственные показатели являются полезным индикатором устойчивости.
12 – Должна ли окружающая среда оставаться неблагоприятной на тестовых фермах? Что вы делаете, когда показатели фермы значительно улучшились, а состояние здоровья приблизилось к уровню нуклеуса?
Тогда мы должны найти другую тестовую ферму. Без проблем не бывает вариаций, а без вариаций невозможно генетическое улучшение. Такие данные могут поступать только с проблемных ферм.
13 –Помимо устойчивости с точки зрения здоровья животных существует еще и так называемая социальная устойчивость. Что это значит? Жара также может стать фактором стресса. Существуют ли животные, которые лучше справляются с повышением температуры?
Да и не только с повышением температуры, но и понижением. Тепловой стресс является основным фактором стресса у молочных коров на юге США и в Южной Америке, и связанная с ним устойчивость передается по наследству. Мы также видим это у кормящих свиноматок. А социальная устойчивость особенно важна при групповом размещении. Мы, люди, сильно различаемся в своем социальном поведении, и то же самое происходит и с другими млекопитающими. Способность иметь дело с другими сородичами в группе также изменчива и наследственно у свиней.
14 – В какой степени черты устойчивости передаются по наследству?
Это зависит от генетической структуры механизма резистентности и переносимости с точки зрения рассматриваемого заболевания. Устойчивость к Coli F4 и F18 у свиней регулируется одним геном, который очень высоко наследуется. Это также характерно для устойчивости к скрейпи (болезнь почесуха) у овец и устойчивости к IPN у лососёвых рыб. Механизмы резистентности с более традиционным генетическим фоном (множество генов, каждый с небольшим эффектом) демонстрируют наследуемость до 40%. Оценка переносимости ниже, от 10 до 20 %. Я знаю два исследования генетического фона инфекции (у молочных коров и у палтуса), в которых была обнаружена значительная генетическая изменчивость, но наследуемость не могла быть рассчитана, поскольку статистические модели были слишком сложными, тем не менее наследственность совершенно ясна.
15 – Сколько времени требуется, чтобы сделать животных более устойчивыми?
PIC занимаеnтся этим уже много лет, выше я рассказывал об этом. Методом, полностью отличающимся от классической селекции, является редактирование генома, которое мы в настоящее время используем для достижения 100% устойчивости к РРСС. Этот вирус использует очень хитрый способ размножения в организме свиньи: он захватывает определенный белок в лейкоцитах. Этот белок выглядит как маленькая цепочка из девяти бусинок, и вирус связывается с бусиной номер 5. Затем мы удаляем часть, которая регулирует эту бусину, из гена, свинка больше не воспроизводит/производит бусину номер 5, и, таким образом, вирус не может реплицироваться. Другими словами, свинья полностью устойчива. Сам метод был разработан примерно в 2013 году, и мы надеемся получить разрешение на продажу этих животных примерно в 2025 году, в первую очередь в Северной Америке и Азии. В Европе это займет гораздо больше времени. Поэтому, такие исследования и реализация могут занять не менее 12 лет.
16 –Существуют ли другие подходы к повышению устойчивости, помимо селекции?
Будем на это надеяться… при наследуемости от 10 до 40% от 60 до 90% вариаций связано с окружающей средой. Но я генетик, и вам придется спросить других, что происходит в отраслях, не связанных с генетикой.
Устойчивость – очень сложная тема и широкая область, которую можно рассматривать только междисциплинарно. Особенно в отношении устойчивости стада эпидемиология и диагностика тесно переплетены. Новые вычислительные модели, дальнейшие эпидемиологические исследования, новые технологии и методики помогут еще больше повысить устойчивость наших животных и внести свой вклад в устойчивое животноводство. Это по-прежнему вызывает большой научный интерес. Никогда не переставайте совершенствоваться!l
I
