Молекулярные основы наследственности (стр. 3 )

Процесс дифференцировки клеток обусловлен дифференци­альной экспрессией генов, когда происходит стимуляция актив­ности одних генов и подавление (репрессия) других. Неодно­временная активность различных участков молекулы ДНК бы­ла установлена при изучении структуры политенных хромосом из слюнных желез дрозофилы на разных стадиях ее развития (рис. 45). Политенные хромосомы характеризуются чередова­нием дисков и вздутий, называемых пуффами (от англ. puffs — вздутия). Каждому вздутию соответствует деспирализованный участок молекулы ДНК, на котором осуществляется синтез спе­цифических молекул мРНК. Доказательством этого служит ак­тивное «поглощение» на этом участке радиоактивных «мече­ных» нуклеотидов. Характер и место образования пуффов меня­ются в различные периоды онтогенеза. Каждый диск превра­щается в пуфф в определенный период жизни личинки. Состоя­ние вздутия на определенном участке политенной хромосомы обратимо, и при переходе личинки в следующую стадию пуфф превращается в диск.

О дифференциальной экспрессии генов в онтогенезе свиде­тельствует также изменение состава белковых фракций на раз­ных стадиях развития. Так, например, у человека на стадии раннего эмбрионального развития образуется гемоглобин F, состоящий из двух цепей полипептидов — α и γ. Примерно с 13-й недели развития начинает синтезироваться гемоглобин ти­па А, характерный для взрослого человека. Он состоит из це­пей полинуклеотидов α и β. У новорожденного 70—80% со­ставляет гемоглобин типа F, а 20 — 30% — типа А. Когда ребе­нок достигает возраста одного года, происходит полная замена гемоглобина F гемоглобином А. Смена соотношения типов бел­ков в крови с возрастом наблюдается также и у животных.

В процессе дифференциации клеток и тканей происходят не­обратимые изменения в состоянии ДНК, хромосом, ядра и ци­топлазмы, в результате чего клетка теряет тотипотентность и, хотя в ней и содержится вся генетическая информация, она не способна восстановить целый организм. В процессе дифферен-цировки и функционирования соматических клеток могут проис­ходить морфологические изменения хромосом, значительная часть которых находится в состоянии гетерохроматина. Нару­шается процесс деления клеток. Некоторые из них делятся по типу амитоза, другие — эндомитоза. В результате этого наблю­даются полиплоидизация, анеуплоидизация и другие изменения числа хромосом, образование политенных хромосом. У живот­ных такого рода деления имеют место в клетках мальпигиевых трубок, кишечного эпителия, в клетках печени и других желез внутренней секреции.

Роль генетической информации на начальных стадиях онто­генеза. У животных в яйцеклетке до оплодотворения накапли­вается (в цитоплазме) большое количество рибонуклеиновых кислот всех трех типов: мРНК, рРНК и тРНК, — которые до оплодотворения находятся в неактивном состоянии. Они соеди­няются со специфическими белками-гистонами и образуют не­активные гранулы инфорсомы. Через несколько минут после оплодотворения часть молекул мРНК информосом освобожда­ется от белка, поступает на рибосомы цитоплазмы яйцеклетки и начинает синтез определенных белков, необходимых %ля на­чального развития зиготы. Начальный период развития зиготы осуществляется под контролем генов материнского организма; мРНК яйцеклетки обеспечивает синтез белков до стадии позд­ней бластулы. С начала стадии гаструляции и в дальнейших процессах онтогенеза синтез белка осуществляется под контро­лем ядерных генов обеих родительских особей. В эмбриогенезе лягушки синтез мРНК возобновляется после 10 делений дроб­ления, когда зародыш состоит приблизительно из тысячи клеток.

(1976) изучал первые стадии развития зародышей вьюна. Он обрабатывал оплодотворенные яйца лучами Рентгена. Дозы облучения были подобраны таким образом, чтобы прекратить деятельность ядра я нейтрализовать гены в молекулах ДНК. При облучении яиц сразу после оплодотворения или зародыша на стадии ранней бластулы развитие его шло нормально до поздней бластулы, а затем прекращалось, и наступала гибель. Следовательно, развитие эмбриона в этот период определяется иРНК, находящейся в цитоплазме клеток бластулы. Эта материнская иРНК и рРНК обеспечивают на ранней стадии дробления зиготы и бластулы синтез белков, необходимых для функционирования клеток и развития эмбриона. Разви­тие эмбриона прекращается на стадии гаструлы, так как для начала орга­ногенеза нужны белки, синтез которых кодируется ядерными генами, лока­лизованными в хромосомах материнской и отцовской особей.

При облучении эмбрионов в период гаструляции, перед началом органо­генеза и даже в период поздней бластулы развитие их прекращалось сразу после облучения.

В некоторых случаях наблюдается наличие в цитоплазме яй­цеклетки специальных фрагментов активной ДНК. Они синте­зируют мРНК и кодируют синтез специфических белков в цитоплазме. У амфибий и рыб в цитоплазме в период созревания ооцитов и в яйцеклетках были обнаружены в большом количе­стве фрагменты молекул ДНК. В период созревания яйцеклеток происходит интенсивное насыщение цитоплазмы ДНК, мРНК, рРНК, тРНК, а также другими компонентами. У дрозофилы 15 фолликулярных клеток, окружающих яйцеклетку, проника­ют в нее цитоплазматическими выростами и насыщают цито­плазму митохондриями, ДНК, РНК, белками и другими компо­нентами.

Таким образом, ядро зиготы, образовавшееся в результате слияния материнского и отцовского ядер и объединения их ге­нетической информации, в начальный период развития зароды­ша не оказывает влияния на дробление зиготы и образование бластулы. Эмбрион в этот период развивается за счет РНК и других компонентов, находящихся в цитоплазме яйцеклетки.

Критические периоды развития. Эмбриологи установили, что в онтогенезе, особенно на ранних стадиях развития, наблюда­ются периоды, когда наиболее ярко выражена реакция эмбрио­на на воздействие внешних факторов. В эти периоды эмбрионы легко повреждаются, у них нарушаются процессы развития органов, что приводит к гибели эмбрионов либо к появлению уродств. Критические периоды обычно предшествуют началу соответствующего процесса органогенеза. В это время в соот­ветствии с генетической программой развития особи усиливает­ся синтез соответствующих белков, прекращается синтез пред­шествующих веществ, происходит перестройка обмена веществ в клетке. Критические периоды, как правило, наступают после поздней бластулы, когда дальнейшее развитие эмбриона осуществляется под контролем генетической информации обеих ро­дительских особей.

Наиболее изучены внешние факторы, влияющие в критические периоды на процесс онтогенеза у рыб, птиц, амфибий, реп­тилий, несколько меньше — у млекопитающих.

У рыб нормальный онтогенез зависит от температуры воды и содержания в ней кислорода, причем у разных видов потреб­ность в этих факторах различна: вьюн менее чувствителен к этим факторам, чем форель, лосось. У кур на эмбриогенез боль­шое влияние оказывают температура и влажность воздуха в пе­риод инкубации. Эмбрионы особенно чувствительны к данным факторам на 2 — 3-й сутки инкубации, когда происходит образо­вание системы кровообращения; на 8 — 9-е сутки — в период ин­тенсивного морфогенеза — и на 19-е сутки, когда происходит пе­реход зародыша к легочному типу дыхания.

Критические периоды онтогенеза определены у хомяков, морских свинок, кроликов и других животных. У крупного рога­того скота наблюдается повышение эмбриональной смертности в первые дни развития зиготы, что свидетельствует о критичес­ком периоде.

Регуляция синтеза белков у эукариот в процессе онтогенеза. Процесс регуляции синтеза белков, разработанный Ф. Жакобом и Ж. Моно для прокариот на примере Е. coli и получивший на­звание механизма индукции-репрессии, возможен и у высших организмов. Вместе с тем для сложноорганизованных многокле­точных эукариот характерно наличие дифференцированных ор­ганов и тканей, состоящих из узкоспециализированных клеток. В этих клетках в активном состоянии находится только та часть генетической информации, которая необходима для синтеза строго определенных белков. В дифференцированных клетках интенсивно синтезируются белки определенного состава и функций, характерных для данного органа и ткани.

Репликация ДНК. Дифференциация клеток определя­ет и их способность делиться по типу митоза, амитоза, эндомитоза Характер деления зависит от способности ДНК синтези­ровать белки, обеспечивающие репликацию ДНК и митотический цикл. В высокодифференцированных клетках, таких как нейроны, мышечные клетки, репликация ДНК не происходит довольно длительное время. Большие интервалы между деле­ниями имеют место также в клетках печени. Вместе с тем диф­ференцированные клетки эпителия кишечника, костного мозга довольно интенсивно делятся и проходят полный митотический цикл.

Стабильность мРНК. В отличие от прокариот мРНК у эукариот, особенно в клетках животных, относительно стабиль­на и может длительное время служить матрицей белкового синтеза, а также сохраняться в цитоплазме в виде информосом. Так, например, у человека длительность жизни ретикулоцитов до превращения их в эритроциты равна шести суткам. Ядра у них отсутствуют, но синтез специализированная молекул белка в них протекает на мРНК, образовавшихся в ядрах на предше­ствующей стадии нормобласта. Таким образом, у высших орга­низмов возможно образование безъядерных клеток, которые мо­гут нормально функционировать за счет ранее синтезированных мРНК. Аналогично осуществляется синтез белка на ранее син­тезированной иРНК и в клетках, содержащих неактивные ядра, как, например, в эритроцитах птиц, спермиях и других диффе­ренцированных клетках. Таким образом, для аукариот характерно иногда довольно продолжительное неодновременное про­текание процессов транскрипции и трансляции.

Каскадная регуляция активности генов. Она заключается в том, что в клетке происходит одновремен­ное включение или выключение большой группы генов, локали­зованных в разных молекулах ДНК, разных хромосомах. Эта регуляция осуществляется под воздействием специализирован­ных весьма разнообразных сигнальных веществ, активно синте­зируемых в клетках других тканей и поступающих в клетки данной ткани.

Гормональная регуляция. У высших животных важное значение имеет гормональная регуляция активности ге­нов. Гормоны вырабатываются железами внутренней секреций и активируют синтез соответствующих белков. Они могут иметь белковую и небелковую природу, но синтез каждого из них осу­ществляется под генетическим контролем ДНК. Выделяясь из соответствующих желез в кровь, гормоны разносятся по всему организму, вступают в контакт с соответствующими клетками и активируют их гены. Гормоны контролируют многие процессы онтогенеза: рост, органогенез, морфогенез, метаморфоза у на­секомых и амфибий, наступление половой зрелости и другие процессы.

Оптимальное количество гормонов является непременным условием нормального развития и существования организма, Недостаток одного или нескольких гормонов приводит к нару­шению процесса развития, иногда к стерильности особи. Избы­ток гормонов нарушает процесс обмена веществ в организме, обусловливает эндокринные расстройства.

Ряд гормонов влияет непосредственно на ДНК дифферен­цированных клеток и регулирует синтез специфических белков, Гормоны являются либо индукторами, либо супрессорами син­теза мРНК, или изменяют проницаемость клеточной мембраны для специфических индукторов синтеза мРНК.

Гормоны могут соединяться с молекулами ферментов и изменять их активность. Об активации ферментами геной, влияющих на процессы метаморфоза, свидетельствуют следующие экспери­менты. У двукрылых насекомых был выделен специальный гор­мон развития. Введение его личинкам способствовало быстрому их превращению в куколки. При добавлении в питательную сре­ду гормона щитовидной железы головастики быстро превраща­лись в лягушек, аксолотль — в амблистому.

Примером регуляторной деятельности гормона может слу­жить инсулин — наиболее изученный гормон поджелудочной же­лезы. Инсулин — белок, состоящий из одной полипептидной це­пи, содержащей 51 аминокислоту. Благодаря инсулину в крови поддерживается необходимая концентрация глюкозы, имеющей огромное значение в жизнедеятельности и развитии организма. Инсулин регулирует работу генетического аппарата клеток пе­чени, в которых синтезируются ферменты, необходимые для нор­мального течения двух противоположных процессов — синтеза глюкозы из неуглеводистых веществ и гликолиза глюкозы и син­теза из нее гликогена. Оптимальная концентрация глюкозы в крови поддерживается соотношением комплекса ферментов двух этих систем.

Инсулин активирует оперон, содержащий три структурных гена, синтезирующих ферменты, необходимые для гликолиза и синтеза гликогена. В то же время инсулин является репрессо-ром четырех генов другого оперона, влияющего на синтез глю­козы. приводит следующую схему регуляции ак­тивности генов печени при поступлении с пищей в организм че­ловека большого количества сахара:

Продуктивность различных пород животных зависит от ак­тивности различных гормонов. У мясных пород свиней гормон соматостатин активирует белковый синтез, необходимый для более эффективного использования кормов и увеличения живой массы. Особенно большое влияние на регуляцию работы гене­тического аппарата клетки оказывает гормон роста, выраба­тываемый гипофизом. Этот гормон является индуктором синте­за белков во многих клетках одновременно. Например при уда­лении гипофиза резко уменьшается синтез белков, необходимых для нормального роста.

Например, у белых крыс при гипофизэктомии вдвое умень­шается синтез белков и количество полисом по сравнению с контролем. При введении этим крысам гормона роста синтез мРНК, рРНК и белков возвращается к норме.

Наряду с хорошо известными гормонами в организме суще­ствуют и другие высокоспециализйрованные индукторы.

Большое влияние на активность соответствующих генов ока­зывают цитоплазма дифференцированных клеток, а также белки-гистоны, В процессе дифференциации клетка приобретает способность реагировать только на определенные раздражите­ли, в результате чего она синтезирует только те белки, которые необходимы для ее дальнейшего функционирования, жизнедея­тельности и дифференцировки. Характерно, что свойство гене­тического аппарата дифференцированной клетки синтезировать специфические белки клетка сохраняет и в последующих кле­точных поколениях. Таким образом, увеличение размеров ткани за счет деления клеток не изменяет работу генетического аппарата, и дифференцированные клетки синтезируют те же специ­фические для данной ткани белки.

Генотип и фенотип. Ген как дискретная единица наследст­венности реализуется в процессе синтеза ферментов или струк­турных белков. На молекуле ДНК транскрибируется мРНК, на которой в цитоплазме образуются полипептидные цепи. В пост­трансляционный период полипептиды претерпевают различные перестройки: соединяются друг с другом, с молекулами небел­ковой природы, приобретают вторичную, третичную или четвер­тичную структуру. Они участвуют в развитии и формировании органов и признаков, выполняя специфические функции фер­ментов, структурных или транспортных белков. В свою очередь, каждый этап реализации наследственной информации в процес­се биосинтеза контролируется сложной ферментативной и регуляторной системой. Результаты проводимых исследований свидетельствуют о дискретном характере наследственности, когда характер проявления одного признака контролируется одним, двумя или большим числом генов, локализованных в оп­ределенных участках молекулы ДНК и хромосомы.

Вместе с тем генотип нельзя рассматривать как мозаику дискретных единиц — генов. В процессе онтогенеза он проявля­ет себя как единая система, регулирующая все процессы разви­тия органов и признаков.

Фенотип особи определяется всей суммой индивидуальных Признаков, доступных наблюдению или анализу. Он также име­ет дискретную природу, так как каждому организму свойствен­ны специфические для него признаки. С другой стороны, фенотип представляет собой единое целое и нарушение строения од­ного органа сказывается на жизнеспособности всего организма. Фенотип особи складывается в онтогенезе под контролем гено­типа и под влиянием условий среды. В эмбриональный период онтогенеза органогенез осуществляется на основе тесной вза­имосвязи процесса заложения и развития органов

Пенетрантность и экспрессивность генов. Проявление дейст­вия гена может иметь различный характер, и фенотипическое проявление его может варьировать по степени выраженности признака. Один и тот же признак может проявляться или не проявляться у особей родственных групп. Это явление называ­ется пенетрантносяью гена, Пенетрантность определяют по проценту особей в популяции, у которых данный ген проявился, Если он проявится у всех обследованных животных или растений, то пенетрантность будет составлять 100%, если у части особей, то определяют их процент — 80, 75 % и т. д.

Экспрессивность гена характеризует фенотипическое прояв­ление гена по реакции сходных генотипов на конкретные усло­вия внешней среды. Действие одних генов в онтогенезе может быть более или менее константным, стойким в своем проявле­ний или варьировать в зависимости от внешних условий. Рецес­сивные гены, которые в обычных условиях в гетерозиготном со­стоянии фенотипически не проявляются, могут проявиться при измененных условиях.

Примером экспрессивности и различного фенотипического проявления гена может служить окраска меха у кролика, опре­деляемая серией множественных аллелей гена С.

Гималайская окраска меха определяется аллелем ch и фенотипически проявляется в, белой окраске меха, но с черной окраской кончиков лап, ушей, носа и хвоста (рис. 46).

Окраска меха зависит от биохимических реакций, протекающих в клет­ках кожи, контролирующих выработку меланина, и от темпера­туры окружающей среды. Кролик, выращенный при температу­ре выше 30 °С, оказывается сплошь белым. Если выщипать не­большой участок белой шерсти и систематически его охлаждать, то на нем вырастет черная шерсть. Пониженная температура влияет на активность генов, контролирующих выработку опре­деленных ферментов,

Важное значение для характера проявления генов имеют на­личие и активность генов-модификаторов, определяющих сте­пень экспрессивности генов в зависимости от условий среды. В постэмбриональный период, когда идет процесс формирова­ния конкретных признаков, присущих данной особи, генотип проявляется в фенотипе как система взаимосвязанных генов. В этой системе развитие одного признака может зависеть от взаимодействия многих генов и один ген может влиять на раз­витие и проявление нескольких признаков.

Плейотропия. Явление одновременного влияния одного наследственного фактора — гена — на несколько признаков на­зывают плейотропией. Плейотропное действие гена может быть как положительным, так и отрицательным. Практически всегда при анализе связей гена и признака можно обнаружить явле­ние плейотропии. Особенно четко плейотропия проявляется при изучении фенотипических изменений признаков, вызываемых мутацией одного гена. У животных и человека мутация одного гена может обусловить целый комплекс патологических изме­нений фенотипа, называемых в медицине синдромами.

В медицине и ветеринарии наиболее изученными являются так называемые синдромные и биохимические плейотропии. При синдромной плейотропии один мутантный ген o6yсловливает комплекс повреждений в процессе раннего эмбрионального развития. Примером синдромной плейотропии может служить рецессивная мутация гена, кодирующего фермент галактозо-1-фосфатуридилтрансферазу, необходимый ребенку для усвоения молочного сахара. Эта мутация обусловливает заболевание галактоземией и оказывает плейотропный эффект на комплекс признаков. У больного проявляются такие пороки развития, как слабоумие, слепота, цирроз печени. Предупредить развитие заболевания можно, если больного перевести на искусственную диету, не содержащую молочного сахара. На первый взгляд эти дефекты не связаны между собой, хотя обусловлены мута­цией одного гена.

Примером биохимической плейотропии, послужившей мо­делью для изучения сложных взаимодействий структурных ге­нов и характера их проявления в фенотипе особи, могут служить мутации генов, контролирующих метаболизм аминокислот фенилаланина и тирозина. Нарушение этого метаболизма обу­словливает патологические изменения целой серии признаков у человека и такие заболевания, как фенилкетонурия, алкаптонурия, кретинизм, альбинизм (рис. 47).

Фенилкетонурия — тяжелое наследственное заболевание человека. Впер­вые оно описано в 1934 г., но только через 19 лет, в 1953 г., было установ­лено, что фенилкетонурия является следствием мутации гена, ответственного за синтез фермента, обеспечивающего гидролиз аминокислоты фенилаланина и синтез тирозина. Неспособность генотипа вырабатывать этот фермент приводит к тому, что поступающая с пищей аминокислота фенилаланин накапливается в плазме крови, а затем — в мозге. Избыток ее определяет плейотропный эффект, затрагивающий патологическое развитие комплекса признаков, и у больных детей развивается умственная отсталость, а затем и неполноценность, потеря речи, отсутствие координации движений.

После того как были установлены причины фенилкетонурии, разработаны методы диагностики у новорожденных и с помощью специальной диеты получена возможность предотвратить это заболевание.

Алкаптонурия проявляется в возрасте 40 лет и старше и характеризу­ется патологическими изменениями суставов конечностей, позвоночника, потемнением мочи. Причиной комплекса этих патологий является то, что у больных в печени не вырабатывается фермент оксидаза, необходимый для метаболизма гомогентизиновой кислоты. В организме происходит ее накоп­ление, и развивается тяжелое заболевание.

Тирозиноз — заболевание, обусловленное нарушениями в метаболизме
аминокислоты тирозина. Накопление в организме избытка данной аминокис­лоты и ее метаболитов обусловливает задержку в развитии младенца,
кретинизм, слабоумие, патологию почек и печени.

Причиной альбинизма является не избыток, как в предыдущих случаях, а недостаток продукта - меланина, поэтому патология бывает выражена в раннем возрасте, уже у новорожденных. Причиной альбинизма бывает по­теря организмом способности синтезировать меланин из тирозина из-за отсутствия фермента тирозиназы. Этот фермент в норме катализирует образование пигмента меланина в клетках кожи, волос, радужной оболочки глаз, Отсутствие его блокирует образование меланина, и люди рождаются альбиносами.

Коррелятивные связи органов. В формирова­нии фенотипа важное значение имеют коррелятивные связи органов и признаков. (1884—1963) выде­лял следующие типы коррелятивных связей: геномные, морфо­логические и функциональные. Геномные связи обусловлены действием генотипа как целостной системы в процессе онтоге­неза. Морфологические корреляции наследственно обусловлены и возникают в результате передачи веществ или возбуждений от одной части организма к другой. Функциональные корреля­ции являются следствием функциональной связи между органами. считал, что в онтогенезе особую роль играют морфогенетические корреляции, благодаря которым развитие организма и формирование фенотипа осуществляют­ся как единый процесс. Выявление коррелятивных связей и их роли в развитии признаков имеет важное значение в генетике и селекции животных.

Генетические основы воспроизведения и долголетия живот­ных. Воспроизведение потомства и долголетие обусловлены сложными генетическими процессами, осуществляемыми на фо­не взаимодействия организмов с разнообразными факторами среды.

Под воспроизведением животных понимают способность ор­ганизмов давать полноценный приплод, определяемый качест­вом родительского поколения. Воспроизведение и продуктив­ность являются тесно связанными между собой биологически­ми процессами, на уровень которых влияет состояние живот­ных, их наследственность и условия жизни.

Интенсивность воспроизведения, как и показатели продук­тивности, входит в комплекс селекционных признаков. В основе селекционного эффекта, означающего повышение интенсивнос­ти воспроизведения, лежат условия жизни и наследственные особенности размножающихся особей и их потомков. Опираясь на эти факторы, можно методом селекции достигать повышения воспроизводительности животных.

Практическими показателями нормального процесса воспро­изведения животных в ряде поколений могут служить: биологи­ческое и хозяйственное долголетие животных, оплодотворяемость самок и спермояродукция самцов, пренатальная и пост­эмбриональная жизнеспособность, сопровождающаяся приспо­собленностью потомства к условиям внешней среды и элемен­там технологии, способность длительное время проявлять высо­кие продуктивные качества при интенсивном воспроизведении. Однако даже при создании необходимых условий жизни могут быть срывы и снижение воспроизводительной функции, прояв­ляться повышенная пренатальная смертность, снижение жизне­способности и продуктивности в последующие периоды онто­генеза.

Основу функции воспроизведения определяют процессы, обусловленные наследственностью животного, особенностями его генетического аппарата и биосинтеза белковых молекул, в частности таких, как антитела, иммуноглобулины, ферменты, антигены, гормоны и другие активные биологические соедине­ния, то есть комплекс иммунологических факторов.

Иммунологическая обусловленность уровня воспроизведения. В последние годы установлено, что в процессах гаметогенеза, оплодотворения и взаимоотношений между эмбрионом и материнским организмом важную роль играют взаимосвязи иммун­ной системы самца, самки и эмбриона. В основе взаимосвязей — соотношение антигенов половых клеток родителей и антител материнского организма и зародыша.

Антигенными свойствами обладают клетки, ткани и жидкости тела, в частности клетки семенников и яичников, секреты добавочных половых желез самцов, клетки молочной железы и половой системы самок, органоиды половых клеток (акросома) ядро, прозрачная оболочка и др.). Ответная реакция на анти­гены выражается синтезом антител, то есть иммунным отве­том.

По инициативе болгарских ученых в 1967 г. была проведена. Первая международная конференция по иммунологии воспро­изведения, в которой участвовало 40 стран мира, В 1980 г. в Париже проведен первый международный конгресс по иммуно­логии воспроизведения. В СССР организован Советский коми­тет по иммунологии воспроизведения и иммуногенетике и в 1977 г. проведен первый симпозиум, Исследования по иммуно­логии воспроизведения в нашей стране ведут академик и профессор .

Иммунные процессы, влияющие на воспроизведение, прояв­ляются на различных уровнях и этапах этой функций. В комп­лекс процессов входят следующие компоненты: а) формирова­ние иммунных особенностей гамет, образующихся в процессе спермато - и оогенеза; б) взаимодействие иммунных систем по­ловых продуктов самца и самки после осеменения и при про­движении спермы в половых путях; в) иммунные процессы, про­исходящие в период собственно оплодотворения и образования зиготы; г) иммунные взаимоотношения организма матери и пло­да в пренатальный период. Каждый из этих компонентов иммун­ного комплекса имеет свою специфику, иммунную особенность и силу влияния на качество приплода.

Для выявления иммунных взаимосвязей антиген — антитело используют методы реакции преципитации, агглютинации, иммунофореза и др. Важное значение в системе биотехнологии приобретают пересадки зигот от самок-доноров к самкам ре­ципиентам, а также при использовании искусственного осемене­ния в условиях in vitro и in vivo.

Иммунные процессы при гаметогенезе. В процессе сперматогенеза у спермиев формируется иммунная система, включающая до 18 антигенов, что обусловлено их сложной химической структурой. Дополнительным источником антигенности спермия служат жидкости добавочных половых желез.

Антигены головки и хвоста спермия различны. Выявлено общее сходство некоторых антигенов между спермиями быка, барана и хряка. Иногда выявляется сходство некоторых анти­генов семенной жидкости с антигенами крови самца.

Антигенная структура спермия формируется постепенно в процессе сперматогенеза. Так, генетическая обусловленность его антигенности зависит от хромосомного аппарата гаплоид­ных сперматид. Кроме этого, антигенность гамет создается еще и за счет образования липопротеидной оболочки спермия из секретов придатков семенников.

В акросоме спермия иммуноантигенность проявляют такие ферменты, как гиалуронидаза, дегидрогеназа и другие, оказы­вающие влияние на оплодотворяющую способность спермия. Так, гиалуронидаза способствует освобождению яйцеклетки от клеток яйценосного бугорка и лучистого венца, что помогает спермию достигнуть прозрачной оболочки ооцита, Лактатдегидрогеназа влияет на дыхательный процесс спермия и его подвиж­ность.

На поверхности спермиев выявлены антигены, обусловлен­ные функцией генов, вызывающих гистонесовместимосты Их действие может приводить к отторжению пересаженных участ­ков ткани или органов. В современной зоотехнии применяемая пересадка зигот или эмбрионов в качестве приема генетической инженерии также может сопровождаться реакцией гистонесовместимости между пересаженной зиготой или эмбрионом от самки-донора к самке-реципиенту. В результате происходит гибель пересаженных элементов. Следовательно, иммунное со­стояние самки-реципиента влияет на успех пересадки.

У мышей выявлен антиген гистосовместимости, который определяется геном, расположенным на Y-хромосоме Опыты и показали, что в результате обработки крольчих спермой кролика, подвергнутого воздействию антисывороткой, иммунной к клеткам кожи самца, наблюдается существенный сдвиг в соотношении полов у при­плода. Это позволило авторам высказать гипотезу о возможности использо­вания антигенных свойств спермы для регулирования соотношения полов в потомстве

Для нормального воспроизведения важно, чтобы в организ­ме самца не было процесса образования антител в отношении собственных спермиев, то есть, чтобы отсутствовала аутоиммунность с образованием аутоантител, наличие которых приводит к агглютинации (склеиванию) головок собственных спермиев и тем самым к утрате их оплодотворяющей способности. Образо­вание аутоантител у самца может вызываться различными внешними факторами, например перегревом или переохлажде­нием семенников, их ушибами и другими травмами органа. Учи­тывая отрицательное влияние аутоиммунных антител, необхо­димо тщательно оберегать самцов от травм.

Аутоантитела также могут синтезироваться клетками, в ко­торых произошла мутация гена, вызывающая искажение реак­ции на антигены собственного организма. Аутоиммунизация сопровождается повреждением акросомы головки спермия, она набухает и даже утрачивается. Патологические спермин часто присутствуют в придатках семенников и эякуляте.

При аутоиммунизации количество патологических гамет в придатках самцов достигало 49% и в эякуляте 46, а у нор­мальных самцов около 30% (Боярский, 1978).

Появление аутоиммунности у здоровых самцов под влияни­ем внешних факторов, вызывая патологию в состоянии акросомы спермия, приводит к снижению оплодотворяемости самок. Для диагностики аутоиммунности в практике животноводства можно использовать степень реакции оседания спермиев (РОС), появляющейся в антисыворотке данного самца.

В опытах и др. (1960) из 59 обследованных быков-производителей реакция оседания была выявлена у шести быков Высокий процент стельности у коров отмечен при использовании быков с отрицательной реакцией оседания спермиев На практике важно осуществлять провер­ку производителей для систематической оценки спермопродукции.

предложен метод определения биологиче­ской (оплодотворяющей) способности спермы по состоянию акросомы спермия. Для этого просматривают капли спермы под микроскопом с темнопольным конденсором. У неполноценных спермиев акросома не светится или даже отсутствует, а у нор­мальных передний край акросомы ярко освещен. Инструкция по оценке состояния акросом уже внедряется в практику ското­водства и позволяет оценивать быков-производителей по со­стоянию их спермопродукции в динамике в период их использо­вания.

Присутствие многообразных антигенов у спермиев и в семен­ной жидкости придатков может служить фактором, снижаю­щим эффект воспроизведения в результате выработки половой системой самки антител к веществам антигенного типа в про­дуктах воспроизводительной системы самца, а также и уже развивающемуся зародышу. В половом тракте самца существу­ют защитные механизмы, предупреждающие проявление анти­генного влияния половых продуктов самца и его аутоиммунность. Например, защитными свойствами обладают липопротеидный покров спермиев и слабокислая реакция эпидидимиса. Кроме этого, капилляры извитых канальцев семенника непро­ницаемы для антител, что предотвращает возможность иммунной реакции антиген — антитело на уровне сперматогенеза. Этот процесс защиты в семеннике называется гематотестику-лярным барьером.

Антигенные свойства яичника и половой системы самки. Закладка фолликулярного слоя с оогониями у самок происходит в эмбриональном периоде, поэтому антигенные свойства половых клеток самок проявляются уже в пренатальном периоде. Антигены были выявлены в яичнике, яй­цеводах, матке, желтых телах и фолликулярной жидкости. В яичнике обнаружено около 10 антигенов, которые отсутству­ют в других тканях тела. Такое число антигенов яичника могло бы вызвать реакцию аутоиммунных процессов, но охрана анти­генной системы зрелого ооцита от антител, которые может синтезировать организм самки, достигается за счет наличия сосу­дистой оболочки фолликула и большим числом слоев фоллику­лярных клеток, не пропускающих прорастания капилляров, не­сущих клетки, синтезирующие антитела. Аналогичную защит­ную роль от аутоантител выполняют фолликулярная жидкость и прозрачная зона ооцита, Прозрачная зона ооцита содержит вещества, которые служат имунной защитой в период прохож­дения ооцита, зиготы или бластоцисты по половой системе самки. Она является важным элементом, обеспечивающим сохране­ние яйца, зиготы, бластоциста от возможного иммунного воз­действия антител, выделяемых иммунной системой оплодотво­ренной самки, и тем самым повышает эффект воспроизведения.

После введения семенной жидкости самца в половые пути самки наступает неспецифическая иммунная реакция ее орга­низма в виде фагоцитоза. При этом сегментоядерные нейтрофильные лейкоциты устраняют мертвых и слабых спермиев.

Реакция организма самки на введенную семенную жидкость самца сопровождается появлением в крови естественных анти­тел типа агглютининов, лизинов. Если самка несколько раз была осеменена и беременность не наступила, то концентрация агглютининов в ее крови увеличивается и может превышать критический уровень антител (1:15, 1:32). Повышение титра агглютининов многократным осеменением может достигать со­отношения 1:639. Такое соотношение антител и антигенов спермиев приводит к снижению оплодотворяемости самок.

Повышение титра агглютинации может быть вызвано недо­статком витаминов A, D, E и микроэлементов (кобальта). Оно наблюдается в первый месяц после отела, поэтому осеменение в первую охоту, то есть менее чем через 30 дней, часто сопровож­дается прохолостом коровы. Естественные антитела к спермиям выявлены у самок не только в крови, но и в слизи половых путей. Эти антитела в основном относят к группе иммуйоглобулинов, в частности к IgG.