ИММЛУНОГЕНЕТИКА

 

Группы крови человека и животных. В пределах вида особи различаются не только по морфологическим признакам, но и по ряду биохимических, которые могут быть выявлены иммуногенетически в виде системы антигенов. Антигены - это вещества белковой или полисахаридной природы, вызывающие при введении в организм развитие специфических иммунологических реакций. Антигены, определяющие группы крови, находятся на поверхности эритроцитов. Поэтому их часто называют эритроцитарными антигенами. При попадании антигенов в организм, где их нет, т.е. чужеродный, происходит иммунологическая реакция, в результате которой появляются антитела. Антитела - это сложные белки из класса иммуноглобулинов, которые вырабатываются в организме в ответ на введение антигенов. Антитела способны реагировать с антигенами, против которых они получены.

Первые сведения о группах крови были получены у человека. В 1900 году Ландштейнер при постановке перекрестных реакций между эритроцитами одних людей и сывороткой крови других открыл систему групп крови АВО. В 1907 году Янский описал более редкую 4 группу крови. Различия в антигенном составе разных групп показаны в таблице.

 

Группа крови Антигены эритроцитов Антитела сыворотки

I (0) нет анти- А, анти - В

I I (А) А анти - В

Ш (В) В анти - А

VI (AB) А, В нет

 

Установлено, что синтез каждого эритроцитарного антигена обусловлен действием одного гена. Антигены наследуются по типу доминирования или кодоминирования. В частности в системе АВО у человека антигены А и В доминируют над 0, а между собой А и В наследуются по типу кодомини­рования. В связи с этим четыре группы крови имеют шесть генотипов. Вторая и третья группы могут быть гомозиготными или гетерозиготными. Локус систем АВО принято обозначать буквой J. Наследование групп кро­ви подчиняется законам Менделя.

 

Группы крови Генотипы

 

I (0) J° J°

II (А) J^A J^A , J^A J°

Ш (В) J^B J^B, J^B J°

IY (А, В) J^A J^B

 

В 1940 году Ландштейнер и Винер открыли систему групп крови ре­зус-фактор. Люди, которые имеют этот антиген, называются резус-положи­тельные. По статистике среди европейцев их насчитывается 85%. Наследу­ется резус-антиген по доминантному типу. Резус-антиген иногда приводит к несовместимости матери и плода. Это явление наблюдается при браке резус-положительного мужчины с резус-отрицательной женщиной. В этом случае плод наследует резус-фактор, и этот антиген проникает через плаценту в организм матери для которой он является чужеродным. В ответ в ее организме вырабатываются антитела, которые, попадая в плод, вызы­вают эритробластоз. По статистике резус-несовместимость наблюдается в 0,4% случаев беременности.

Кроме этих систем, у человека открыто еще 10 систем, сведения о которых можно найти в специальной литературе.

После открытия групп крови у человека активно начались работы по изучению их у животных. В 1900 году Эрлих и Моргенрот установили индивидуальные различия в крови коз.­ Большой вклад в развитие этого направления внесли Фергуссон и Стормонт, которые впервые выявили более 30 антигенных факторов крови у крупного рогатого скота. Особенно в широком плане начали проводить работы по изучению групп крови после разработки этими учеными метода получения моноспецифических сывороток, с помощью которых можно определять группы крови.

Для поучения реагентов или моноспецифических сывороток проводят иммунизацию животных. Подбирают двух животных, донора и реципиента, которые различаются по нескольким эритроцитарным антигенам. Например, у животного донора имеются антигены А,В и С, а у реципиента – А, К и Д. Далее у донора берут кровь, отделяют эритроциты и вводят их в организм животного-реципиента. В ответ на это в его организме будут вырабатываться антитела против антигенов ( анти-В и анти-С). Чтобы получи­ть моноспецифическую сыворотку, содержащую антитела против одного атигена, к ней добавляют эритроциты с антигеном С. В результате произойдет реакция взаимодействия их с антителами анти-С и в сыворотке оста­нутся антитела против антигена В ( анти-В). В дальнейшем их можно использовать для обнаружения антигена В в крови животных.

В настоящее время у крупного рогатого скота изучено более 100 антигенов, которые объединены в 12 систем групп крови. В одну систему включают антигены, которые наследуются по типу множественного аллелизма, а к разным системам относятся антигены, которые наследуются неза­висимо друг от друга.

Эритроцитарные антигены закладываются в эмбриональный период, не меняются в течение онтогенеза и не зависят от условий кормления, со­держания и других факторов среды. Большинство аллелей генетических систем групп крови наследуется по типу кодоминирования, то есть в гетерозиготе фенотипически проявляются оба гена. Гены систем групп крови локализованы в аутосомах. Существует три основных правила наследования групп крови: 1) каждая особь наследует по одному из двух аллелей от матери и отца в каждой системе групп крови; 2) особь с антигенами, не обнаруженными хотя бы у одного из родителей, не может быть потомком данной родительской пары; 3) гомозиготная особь по одному антигену, например А/А, не может быть потомком гомозиготной особи с противопо­ложным антигеном, например В/В.

Системы групп крови подразделяют на простые и сложные. К простым относят системы, которые включают один или два аллея, а к сложным - три и более.

Системы антигенных локусов групп крови и антигены принято обозна­чать буквами латинского алфавита. Но, так как букв не хватает некоторые антигены записывают с надстрочными и подстрочными индексами и штрихами. В каждой конкретной системе у животного может не быть антигенов вовсе или число их может достигать десятка. До настоящего времени в иммуногенетике не принято единой стилистики в написании групп крови. В прос­той системе групп крови, например F-V у животных могут быть три груп­пы (F/F, F/V, V/V). В сложной системе В группа крови записывается так: указывается система, а в индексе записываются антигены этой системы. Причем наклонная черта отделяет антигены матери от антигенов отца (В ^{А.СД/ ЕД}).

Некоторые системы характеризуются большим числом антигенов, входящих в группу крови. Из всех известных систем наиболее сложной явля­ется В-система у крупного рогато скота, включающая более 40 антиге­нов, которые в различных комбинациях образуют до 500 аллелей.

Биохимический полиморфизм белков. Полиморфизм – одновременное присутствие в популяции двух и более генетических форм одного признака в таком соотношении, что их нельзя отнести к повторным мутациям. Термин биохимический (генетический) полиморфизм применяют в тех случаях, когда редкий аллель встречается с частотой 0,01 или больше. В течение эволюционного процесса в результате мутаций происходят изменения генов, поэтому в популяции они встречаются не в одной, а в двух и более формах. Ген, представленный более чем одним аллелем, называют полиморфным геном. Доля полиморфных локусов точно не известна, но предполагают, что в популяциях животных их доля составляет 20 – 50%.

Основной метод изучения полиморфизма белков и ферментов – электрофорез в крахмальном или полиакриламидном геле и иммуноэлектрофорез. Белковые молекулы обычно несут определенный электрический заряд, величина которого связана со строением белковых молекул. Поэтому в электрическом поле они продвигаются с разной скоростью, что и позволяет их разделять.

У сельскохозяйственных животных изучено более 150 полиморфных локусов белков крови, молока, слюны и других веществ организма. Аллели, например, гемоглобинового локуса, обозначают следующим образом: НЬ^А, НЬ^В, НЬ^С и т.д., а генотипы – НЬ^АНЬ^А, НЬ^ВНЬ^В или Hb^A/A, Hb^B/B. В связи с кодоминантным наследованием большинства биохимических полиморфных систем фенотип животного соответствует его генотипу.

Замена некоторых аминокислот в белке вызывает функциональные различия полиморфных типов. Например, у человека, кроме нормального гемоглобина НЬ^А, известно 400 аномальных вариантов: S, С, D и др., которые вызывают различные заболевания.

Одним из первых был изучен гемоглобин серповидных эритроцитов, в котором в шестом положении валин замещен глутаминовой аминокислотой. У гомозигот (Hb^S/S) аномалия проявляется в условиях пониженного парциального давления кислорода (например, в горах), и у людей с ранних лет развивается хроническая анемия с расстройством кровообращения и трамбозами.

У крупного рогатого скота открыто 13 типов гемоглобина, у свиней – 4, у овец – 5, у лошадей и кур – 2 типа.

Система трансферрина (Tf). Трансферрин является металлопротеином сыворотки крови и осуществляет перенос железа в организме. Выявлена бактериостатическая функция трансферрина, что повышает защитную реакцию животного от инфекций. Этот белок проявляет большой генетический полиморфизм. У крупного рогатого скота зарегистрировано 12 аллелей трансферрина, у овец и коз – 13 аллелей, у свиней – 5.

Система церудоплазмина (Ср) играет центральную роль в обмене меди в организме, являясь основным переносчиком ее в ткани. Нарушение функций Сp или снижение его содержания в плазме крови, например у человекa, ведет к заболеванию нервной системы с некротическими изменениями в печени. У крупного рогатого скота в этой системе обнаружено три аллеля Ср^А, Ср^в и Ср^с - частота которых различна у разных пород скота. Аллель Ср^с обнаружен только у симментальского, красного и пятнистого скота Польши и Чехии.

Кроме указанных основных белков и ферментов сыворотки крови и эритроцитов, изучено большое количество других: щелочная и кислая фосфатазы, амилаза, постальбумин и др.

Системы белков молока. Основные полиморфные системы молока связаны с сывороткой молока и казеином. У крупного рогатого скота выявлены следующие полиморфные системы молока. В сыворотке – локус бетта-лактоглобулина с аллелями: А, В, С и Д и α - лактоглобулина с аллелями А и В. Белки казеина проявляют полиморфизм в четырех локусах: локус бетта-казеина с 6 аллелями, локус гамма-казеина с двумя аллелями, локус каппа-казеина с 2 аллелями и локус альфа S₁-казеина с 4 аллелями. Учеными установлена разная встречаемость аллелей этих локусов у пород скота и связь некоторых из них с качественными характеристиками молока.

Использование групп крови и полиморфных систем белков в животноводстве.

Контроль достоверности происхождения животных. Одним из основных направлений применения групп крови и полиморфных систем белков является контроль происхождения животных. По данным обследований племенных стад, установлено, что ошибки в данных о происхождении животных в некоторых из них достигают 20%. Это может быть следствием не только недостатков в работе техников по искусственному осеменению (потери номеpов, неправильного их чтения, нарушения учета спермадоз), но и результатом осеменений животных спермой разных производителей при повторных охотах после плодотворного осеменения.

Поэтому в соответствии с приказом Министерства сельского хозяйства в нашей стране на племпредприятиях организованны иммуногенетические лаборатории, основная задача которых – подтверждение достоверности происхождения ценных племенных животных. Контроль достоверности происхождения животных возможен благодаря: кодоминантному наследованию антигенных факторов, неизменности их в течение онтогенеза, большому числу комбинаций групп крови и полиморфных систем, которые в пределах вида практически не бывают одинаковыми у двух особей.

Для подтверждения данных о происхождении нужно взять кровь у трех животных: мать, отец и потомок и определить группы крови. Происхождение потомка от предполагаемых родителей подтверждается, если у него выявлены антигены матери и отца. Если же у него обнаружены антигены, которых нет у родителей, родители для потомка указаны неправильно. Рассмотрим это на примере.

 

мать	ВAD/ZOE Hb A/A
отец	BZH/K Hb A/A
потомок 1	BAD/K Hb A/A	происхождение подтверждается
потомок 2	BZOE/M Hb A/B	происхождение не подтверждается

 

Иммунологический анализ близнецов. С помощью групп крови можно определить, являются ли близнецы разнояйцовыми или однояйцовыми. Однояйцовые или монозиготные близнецы всегда рождаются одного пола и имеют одинаковые группы крови. Разнополые двойни всегда дизиготны и с разными группами крови. В среднем у крупного рогатого скота рождается около 2 – 3% двоен, из них 10% являются однояйцовыми.

У 90% двоен крупного рогатого скота возникает анастомоз (срастание) кровеносных сосудов и, как следствие этого, у дизиготных двоен наблюдается химеризм (смесь двух типов эритроцитов). Если двойни рождаются разнополыми, то обычно телки оказываются бесплодными и их приходится выбраковывать из воспроизводства. Это явление получило название фримартинизма.

Связь групп крови с продуктивностью. Прогнозирование продуктивных качеств животных является актуальной задачей. Селекционеры постоянно ищут надежные маркеры (показатели), которые имели бы связь с продуктивностью. Для этих целей используются экстерьерные показатели, состав крови и тканей. Однако надежность этих маркеров не отвечает точным прогнозам. Многими учеными проведены исследования по изучению связи групп крови с продуктивными качествами животных. Теоретической основой такой связи может быть плейотропное действие аллелей групп крови на продуктивность за счет сцепления генов.

Так, у шведского черно-пестрого скота установлена связь аллеля BYD с содержанием жира в молоке. У животных голштинской породы обнаружена положительная связь антигенов G, Y, E и J с жирномолочностью. З. Вагонис показал, что в одном стаде коровы с антигеном Е превосходили по удою сверстниц, а в другом стаде, наоборот, имели более низкий удой.

Повышение продуктивности может быть связано с гетерозиготностью по группам крови. Так, увеличение гетерозиготности по локусу В у кур привело к повышению вылупляемости цыплят, интенсивности роста и яйценоскости.

В.Н. Тихонов установил, что гетерозиготность по некоторым антигенам групп крови ведет к гетерозису. В его опытах при спаривании гомозиготных особей типа Gbb x Gbb в среднем от свиноматки получено 10,67 поросят, а при спаривании животных разных генотипов Gaa xGbb – 12,34 поросенка.

Сложная наследственная обусловленность количественных признаков и сильное влияние на них различных факторов среды пока не позволяют дать надежных рекомендаций по использованию групп крови в качестве генетических маркеров при селекции животных.

 

Лекция 12