Генетические дефекты возникают из-за биологических ошибок, которые мы не можем контролировать; однако новые инструменты, помогающие нам выявлять эти дефекты, и геномика играют ключевую роль в их контроле.
Возможно, нет ничего более удручающего на ферме, чем посещение родильного загона и обнаружение теленка с аномалией, например, неспособного стоять. Подобные дефекты развития могут быть вызваны чем-то в окружающей среде, что нарушает нормальный процесс развития, например, загрязненным кормом или внутриутробной инфекцией. В других случаях они вызваны изменениями в ДНК животного, которые могут передаваться от родителей к потомству.
Генетические дефекты могут быстро распространяться в популяции, если высокоценное (влияющее на разведение) животное является скрытым носителем. Например, мутация APAF1, связанная с голштинским гаплотипом 1 (HH1), возникла у быка Pawnee Farm Arlinda Chief (040HO02025), который широко использовался. Хотя факторы окружающей среды также могут быть причиной развития дефектов, в данном обсуждении мы сосредоточимся на генетических аспектах.
Мутации имеют биологическую природу
Наиболее распространенные генетические дефекты вызваны единичным изменением в ДНК животного. Например, HH1, вызывающий гибель эмбрионов, является результатом изменения одной «буквы» ДНК (один нуклеотид из пары оснований) с Ц на Т в гене под названием APAF1. Это изменение приводит к тому, что ген заканчивается раньше, чем положено, и когда он не предоставлен в полностью завершенной форме, эмбрион погибает.
Такой дефект, как HH1, может широко распространиться среди популяции, поскольку ранние эмбриональные потери трудно обнаружить без геномной информации. В отличие от HCD, который приводит к появлению больных телят, которых часто умерщвляют, наличие HH1 просто выглядит так, как будто корова не оплодотворилась при разведении. Эти два примера также демонстрируют крайние экономические последствия, которые могут иметь генетические дефекты, причем ранние эмбриональные потери являются наименее затратными, а дефекты, влияющие на живых телят, — наиболее затратными.
Генетические дефекты являются результатом ошибок в биологии, которые мы не можем контролировать, поэтому наличие генетического дефекта в стаде не является признаком некомпетентности или халатности. Новые патологии не являются результатом ошибки и находятся вне контроля отдельного фермера.
Больше ли сейчас генетических дефектов?
Многие люди отмечают, что, похоже, генетических дефектов стало гораздо больше, чем раньше, но на самом деле это не так. На рисунке 1 показано количество новых генетических дефектов, выявленных с 1893 по 2024 год, согласно информации, представленной в онлайн-базе данных по менделевскому наследованию у животных. В среднем за весь этот период выявлялся один новый дефект в год. Однако в 2011 году произошло важное событие.
Число животных, прошедших генотипирование, особенно коров, быстро возросло после введения первых геномных прогнозов в 2009 году. Ученые из Лаборатории программ по улучшению животных Министерства сельского хозяйства США (ныне Лаборатория геномики и улучшения животных) определили, как выявлять ранее не обнаруживаемые генетические дефекты с помощью геномной информации. Это были такие дефекты, как HH1, которые было очень сложно выявить до появления геномики, поскольку они приводят к гибели эмбрионов на ранних сроках стельности, что выглядит просто как неудачное разведение. Этот метод был быстро принят в других странах и применен ко многим различным породам, что привело к заметному всплеску новых сообщений о дефектах в 2013 году.
После этой начальной эпохи открытий ситуация вернулась к историческому среднему показателю. Причина, по которой кажется, что сейчас генетических заболеваний больше, чем в прошлом, заключается в том, что новые технологии позволяют нам выявлять то, что раньше было невозможно. Лучше знать о чем-то, с чем можно справиться, чем не знать об этом вообще.
Возможности тестирования
Как же мы можем справиться с этими дефектами? Золотым стандартом является генетический тест, который представляет собой лабораторный анализ, позволяющий однозначно определить, является ли животное носителем того или иного дефекта. Эти лабораторные тесты применимы к большинству известных на сегодняшний день дефектов у нашего скота, однако они перестают быть актуальными, когда обнаруживаются новые дефекты. Большинство лабораторных тестов очень точны — частота ложноотрицательных и ложноположительных результатов низкая, — но иногда бывают исключения. Обычно это связано с биологией дефекта — изменение одного нуклеотида в ДНК животного обычно легко обнаружить, но иногда мутация вызвана более значительным изменением в ДНК или в ее экспрессии задействовано более одного гена.
Часто между выявлением исследователями причины нового генетического дефекта и появлением генетического теста проходит некоторое время. Если генетический тест еще не доступен, можно использовать тест на гаплотип, чтобы определить статус носителя у генотипированных животных. Важно понимать, что результаты генетического теста не изменятся, если только не была допущена лабораторная ошибка, но результаты теста на гаплотип иногда меняются по мере появления новой информации.
Лучший способ борьбы с генетическими заболеваниями в вашем стаде — по возможности избегать использования быков, которые являются известными носителями, и проводить генотипирование коров, чтобы знать их статус носителя перед скрещиванием.
На каком этапе мы находимся сегодня?
В недавней публикации в Journal of Dairy Science мы сообщили, что экономическое воздействие известных генетических дефектов в США сократилось примерно на две трети с 2016 года. Это результат упорной работы компаний по И.О., селекционеров и молочных фермеров по разработке и использованию элитной генетики, свободной от известных дефектов.
На рисунке 2 показано изменение частоты гаплотипов с течением времени для нескольких рецессивных генетических дефектов, отслеживаемых Советом по разведению молочного скота (CDCB). Тенденции для каждого из этих состояний благоприятны. После идентификации гаплотипов (показанных вертикальными оранжевыми линиями) их частота с течением времени неуклонно, а иногда и резко снижалась. Это доказывает, что мы можем успешно управлять нашими популяциями в целях улучшения их генетического здоровья.
Примечательно, что ключом к этому прогрессу является выявление. В настоящее время в США нет единой организации, которая служила бы универсальным контактным центром для сообщения о генетических дефектах. Если вы являетесь членом национальной ассоциации животноводов, сообщите им о любых аномалиях на вашем фермерском хозяйстве. Вы также можете связаться с CDCB, поскольку отрасль работает сообща, чтобы ограничить стресс, который эти биологические условия оказывают на наши фермерские хозяйства.