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家禽的基因轉殖

畜產試驗所家畜生理系 劉瑞珍

  自從1980年耶魯大學Ruddle博士作出第一隻基因轉殖鼠,陸續就有各種基因轉殖動物的產生,而這些研究除了在畜牧生產是以改良品種為目標外,主要是針對藥物的開發,器官移植或生產人類藥用蛋白質。1997年桃莉羊的產生引起眾人的注意,動物複製的技術開始受到前所未有的重視,利用家畜禽來生產人類藥用蛋白已成為生物科技研發方向之一,畜產生物技術是屬於應用性廣、污染性低、技術密集及經濟效益高的新興科技,具有無限之發展潛力。因此,世界各國無論是先進或是開發中國家,無不將之列為國家農業之重點科技並積極研發。

  Genzyme Transgenics公司宣稱已生產60種以上的治療性蛋白質,包括單源抗體,血漿蛋白質及其它自然情況產量極低之藥用蛋白。而且根據評估,以細胞培養方式生產藥用蛋白時,每公克成本約US$100~1000,但以目前技術用牛奶生產時則會低於US$100,用雞蛋生產時則為美金10~25 cents。雖然動物基因轉殖之研究工作一直受到重視,但是家禽基因改造之相關技術發展並未十分成熟,這是由於卵形成過程複雜,而且受精卵的最早期發育是在卵管內進行,至排出體外時,已分裂成30,000至60,000個細胞 (胚盤),也就是說自公雞的精子與母雞的卵在母雞的卵管內結合完成受精過程後,會繼續進行細胞分裂形成多個細胞構成之胚盤。因此無法像其它家畜的基因轉殖一樣可以直接對尚未分裂之受精卵直接作基因注入。

  但是最近10年來在家禽胚操縱技術上之一些突破,使得家禽基因轉殖變得十分可行。這些重要的技術包括了雞胚胎之體外培養系統之建立(即人工培養方式),以及如何自雞胚胎中分離始基生殖細胞(生殖細胞之祖先),並注入另一不同品種的胚胎而得到性腺嵌合體(如一隻來亨雞之性腺中嵌合了土雞之生殖細胞),或是利用早期的胚盤內之胚葉細胞的轉移,作為生產體細胞及生殖細胞嵌合家禽之方式。而在家禽基因轉殖的研究則曾利用特定病毒來感染家禽細胞以得到基因轉殖,或是利用基因的直接注射以及利用微脂粒轉染法( 一種利用特殊脂肪顆粒與外源性DNA結合成微小複合物,然後送入細胞內與細胞核結合的方法),轉染胚葉細胞或始基生殖細胞後,再注入受胚個體,目前已經可偵測到這些外源性DNA 的存在。

  雖然這些研究顯示目前尚無一個有效且例行化之方法來生產基因轉殖家禽,但卻大大地增進我們對家禽胚發育之了解,且改進許多家禽胚及其細胞操縱的技術。又這些研究也顯示出家禽的基因轉殖頗具潛力。這是因為技術上已漸有改進,加之利用家禽作為藥用蛋白質或抗體之生產有其先天上的優勢,因為家禽之世代間距短,每隻雞平均年產250個蛋,轉殖家禽大量繁殖較大動物更容易,而且每一個蛋的蛋白中含3g以上的蛋白質,每個蛋黃可以含有400 mg的IgY(蛋黃中的免疫球蛋白),更因為純化蛋白或蛋黃中蛋白質的過程也相當清楚, 另外用雞胚來生產苗供人纇使用已實施多年,因此雞蛋是一個理想的藥用蛋白質來源。一些生技公司(如美國TranXenoGen 及Avigenics)也開始研究如何以家禽作為基因轉殖的對象,以生產各類昂貴的藥用蛋白質或抗體。

  由於家禽繁殖系統與哺乳類差異很大,家畜基因轉殖方式並不能直接應用於家禽基因轉殖上,因此在家禽基因轉殖上曾有多位學者利用反轉錄病毒感染法或DNA直接注入胚盤的方法,或是透過胚葉細胞及始基生殖細胞的轉染法來達到家禽基因轉殖的目的。雖然以反轉錄病毒載體作轉染曾有成功的案例,但由於社會大眾對生物安全的顧慮,因此其它的非病毒載體的轉染法近年較受研究者之重視,茲分述如下:

一、經由始基生殖細胞之轉移

  此法之操作過程如圖1所示,即取自家禽胚胎性腺或血液中的始基生殖細胞,在分離之後注入特定階段的胚胎,由其血液循環系統中移行至接受胚之性腺並嵌入其中生長,形成生殖細胞的嵌合體。當這些個體長大後,可藉後裔毛色測定方式或DNA分析來探討是否為真正的性腺嵌合體。此一轉移過程中,若先將始基生殖細胞經帶有特定外源性基因之載體的轉染,則該等外源性基因就可能會在該個體之第二代中產生。而得到基因轉殖家禽。

二、經由胚葉細胞之轉移

  此法之操作過程如圖2所示,即將取自StageX之受精卵的中央胚葉細胞注入另一接受胚中,使之形成嵌合體,此嵌合體可能包括體細胞及生殖系的嵌合體。如果這些胚葉細胞在轉移之前經過轉染處理,帶入外源性基因,則孵出之個體就有可能成為一基因轉殖個體。

三、利用精子作為轉染媒介

  在子鼠之研究上,1989年就有學者成功地將DNA藉由精子帶入卵細胞中,但是卻不易重復,在文獻上,家禽之精子載體法並無成功的實例,但是某些私人公司的宣傳資料上已宣稱可以成功地利用精子帶入,可能是利用一些特殊的抗體,或脂轉染法進行轉染,由於此一方式操作簡單,接受胚無孵化上之困難,因此頗具開發潛力。

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