ФГБУ «ВНИИЗЖ» применяет генную инженерию для защиты здоровья животных

Новости науки 20.12.2024

В настоящее время инструменты и методы генной инженерии имеют огромное значение для развития биологической промышленности средств диагностики и профилактики заболеваний животных, контроля эпизоотических процессов инфекционных болезней и понимания эволюции возбудителей инфекций вирусной и бактериальной природы. Как один из ведущих научно-исследовательских институтов и одно из крупнейших биологических предприятий Российской Федерации подведомственное Россельхознадзору ФГБУ «Федеральный центр охраны здоровья животных» (ФГБУ «ВНИИЗЖ») играет важную роль в развитии ветеринарной науки, в том числе в области генетических технологий.

Для решения указанных задач 23 мая 2024 года была сформирована соответствующая инициативная группа, перед которой было поставлено нескольких многопрофильных и многоэтапных задач, направленных на получение препаратов специфической профилактики болезней животных нового поколения (в том числе векторных вакцин), разработку диагностических наборов на основе рекомбинантных белков, развитие эффективных методов контроля сырья и полуфабрикатов биологической промышленности, усовершенствование процессов производства вакцин и диагностических препаратов и т.д.

В связи с широким спектром поставленных задач «Инициативная группа развития генетических технологий» ФГБУ «ВНИИЗЖ» объединила опыт научных сотрудников, специализирующихся не только в области молекулярно-генетических исследований наследственного аппарата эукариотов, прокариотов и вирусов, но и в области получения систем клеточных культур и культивирования вирусных и бактериальных агентов, а также объединила ресурсы нескольких подразделений учреждения: лабораторию молекулярных и генетических исследований, Референтную лабораторию болезней крупного рогатого скота, Референтную лабораторию по африканской чуме свиней, Референтную лабораторию по особо опасным болезням, лабораторию биотехнологии и конструирования вирусных препаратов.

Членами «Инициативной группы развития генетических технологий» выполнен огромный пласт работы с генетическими материалами бактерий, вирусов и клеток млекопитающих, что позволило успешно завершить первые этапы поставленных задач.

Так, с помощью внедрения генов в генетический аппарат кишечной палочки Escherichia coli были получены специфические белки вируса чумы мелких жвачных животных и вируса болезни Шмалленберг. Указанные рекомбинантные белки являются основой для разработки средств диагностики чумы мелких жвачных и болезни Шмалленберг методом ИФА, которые не будут уступать аналогам – иностранным диагностическим наборам.

Кроме того, был проведён полногеномный анализ четырёх вакцинных штаммов бактерий: Vibrio anguillarum, Aeromonas salmonicida, Allivibrio salmonicida, Salmonella typhimurium, Salmonella enteritidis.Они являются активным действующим веществом вакцин против болезней птиц и рыб. Секвенирование позволило определить полную последовательность нуклеотидов бактериальной ДНК исследуемых штаммов, что, в свою очередь, предоставляет огромный объём информации, необходимой для создания генетического паспорта штаммов и полезной для контроля стабильности генотипических и фенотипических свойств вакцинных штаммов. Ведется работа с иными производственными и полевыми патогенами.

Также освоен метод метагеномного анализа образцов биологического материала, включая материалы клеточных систем и посевные материалы вакцинных штаммов вирусов и бактерий. Данный метод позволяет определить видовой состав микрофлоры исследуемого образца без необходимости выделения и культивирования микроорганизмов. Исследование метагенома невозможно без освоения секвенирования нового поколения (NGS от английского: «next generation sequencing»), которое представляет собой комплекс методов определения нуклеотидной последовательности ДНК и РНК, позволяющих единовременно «прочитать» сразу множество участков генома, что является главным отличием от более ранних методов секвенирования. NGS осуществляется с помощью повторяющихся циклов удлинения цепи, индуцированного полимеразой, или многократного лигирования олигонуклеотидов. В ходе NGS могут генерироваться до сотен мегабаз и гигабаз нуклеотидных последовательностей за один рабочий цикл.

Проведено редактирование генома вируса заразного узелкового дерматита крупного рогатого скота (ЗУД КРС) путём встройки двух генов, кодирующих флуоресцентный белок и фактор устойчивости к пуромицину. Наличие флуоресцентного белка в капсиде редактированного вируса позволяет контролировать его локализацию и накопление в культуральных системах, а фактор устойчивости к пуромицину обеспечивает его селекцию при культивировании. Успешная реализация внедрения желаемых генов в генетический аппарат вириона ЗУД КРС является первым этапом освоения технологии конструирования вакцинных штаммов со встроенным вектором желаемых генов.

Разработано 2 метода специфической индикации вакцинных штаммов бактерии Vibrio anguillarrum с помощью полимеразной цепной реакции в режиме реального времени, что является необходимым инструментом контроля качества посевных материалов при производстве вакцин против вибриоза рыб.

В настоящее время ведутся опытно-экспериментальные работы по редактированию генома вируса герпеса индеек путём встройки гена (-ов), кодирующего специфический антиген вируса болезни Ньюкасла. Конечным результатом указанных работ является получение модифицированной версии вируса герпеса индеек как действующего вещества вакцин против болезни Ньюкасла. Преимущество векторных вакцин – безопасность для иммунизируемых животных.

Созданы генетические конструкции, которые необходимы для начала экспериментальных работ по созданию трансгенной культуры клеток CV, предназначенной для культивирования вируса чумы мелких жвачных животных. Данная клеточная система будет чувствительна только к указанному вирусному агенту, что исключит возможность контаминации посевных материалов посторонними вирусами (в том числе нецитопатогенным вирусом вирусной диареи) и позволит накапливать культивируемый штамм в больших титрах.

Научным отображением проведённой исследовательской работы является написание 8 научных статей, 5 из которых опубликованы в иностранных журналах: «Full genome analysis of LSDV strain demonstrates unique evolution through recombination and multiple independent transboundary incursions», «A proposed update of African swine fever virus (genotype II) subgenotyping based on the central variable region (CVR) of Russian isolates», «Genome sequence characterization of the unique recombinant vaccine-like lumpy skin disease virus strain Kurgan/2018», «Metagenomic profiling of viral and microbial communities from the pox lesions of lumpy skin disease virus and sheeppox virus-infected hosts», «A recombinant vaccine-like strain of lumpy skin disease virus causes low-level infection of cattle through virusinoculated feed», «Разработка и валидация высокочувствительного метода мультиплексной ОТ-ПЦР-РВ для обнаружения генома вируса классической чумы свиней», «Современные подходы к разработке тест-систем на основе количественной ПЦР в режиме реального времени», «Генодиагностика оспы овец на территории Российской Федерации».

Значимость научных разработок подтверждена патентами, полученными в 2024 году: «Тест-система для выявления ДНК возбудителя контагиозной плевропневмонии крупного рогатого скота методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени» (RU2694499C1), «Способ генотипирования изолятов и штаммов возбудителя парвовирусного энтерита собак на основе филогенетического анализа с применением оригинальных олигонуклеотидных праймеров для высоковариабельного участка гена VP2» (RU2822036C1), «Способ дифференциации генома вакцинного штамма «ВНИИЗЖ» от полевых изолятов вируса бешенства методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени с анализом пиков температур плавления ампликонов и применением ассиметричного красителя SYBR Green» (RU2822037C), «Способ генотипирования изолятов и штаммов калицивируса кошек посредством филогенетического анализа с применением оригинальных олигонуклеотидных праймеров для высоковариабельного участка гена ORF2-ORF3» (RU2822162C1), «Способ генотипирования вакцинных штаммов вируса ящура серотипа SAT-2 методом исследования пиков температур плавления ампликонов с применением флуоресцирующего димерного акридина Eva488» (RU2823753C1), «Способ дифференциации генома вируса ящура производственных штаммов серотипа А методом анализа максимумов температур плавления продуктов ПЦР с применением интеркалирующего красителя SYBR Gold» (RU2823777C1), «Способ дифференциации вакцинного штамма «РВ-97» от полевых изолятов вируса бешенства по данным максимума графика производной сигмоидной функции при амплификации участка N-гена вирусной кДНК с использованием красителя SYTO 16» (RU2823779C1), «Способ дифференциации вакцинного штамма «Лавр» возбудителя инфекционного ринотрахеита от других штаммов и полевых изолятов вируса ИРТ кошек с помощью анализа температурного графика плавления продуктов ПЦР V1-гена с применением оранжевого полимерного красителя SuperNova v605» (RU2824661C1), «Способ дифференциации вакцинного штамма «ВГНКИ» возбудителя аденовирусной инфекции от других штаммов и полевых изолятов с помощью анализа максимумов температур плавления ПЦР-продуктов с применением тандемного флуоресцирующего красителя SuperNova v605» (RU2825893C1), «Способ дифференциации вакцинного штамма «Рич» от других штаммов и полевых изолятов возбудителя коронавирусной инфекции собак с помощью анализа максимальных экстремумов графиков температур плавления ампликонов с применением фиолетового лазерного красителя SuperNova v428» (RU2826458C1) и другие.

Таким образом, за относительно короткий срок существования «Инициативная группа развития генетических технологий» объединила молекулярных биологов учреждения и заложила основу для дальнейших разработок и изысканий в области генной инженерии, модификации генома микроорганизмов, конструирования ветеринарных препаратов и средств диагностики нового поколения. Полученные результаты являются итогом ответственной и слаженной работы сотрудников ФГБУ «ВНИИЗЖ».