Studium dědičnosti zdraví a selekce na rezistenci k chorobám představují perspektivní směry v dnešním chovu užitkových zvířat. Studium geneticky regulované rezistence k mikrobiální nebo virové infekci vyžaduje ale komplexní přístup a spolupráci celé řady odborníků. Jako příklad můžeme uvést studium příčin zánětu mléčné žlázy u skotu. K tomu, aby se mohla určit příčina a průběh choroby a navrhnout možné léčení, je žádoucí spolupráce mikrobiologa, zootechnika, genetika, patologa, fyziologa, biochemika, molekulárního biologa, imunologa a v neposlední řadě také veterinárního lékaře. Tento komplexní přístup umožní nejen studovat příčinu choroby, ale také dědičnost kontrolující mechanizmy obrany organismu a v neposlední řadě pomocí selekce se může zlepšit odolnost ke vzniku této choroby u potomků, realizovat prevence této choroby. Výsledkem úsilí je zdravý hovězí dobytek bez mastitidy a zvýšená kvalita mléka.
Přístup k otázce zdraví zvířat může být jednak aktivní, jak je uvedeno výše a nebo pasivní, kdy s využitím molekulárně biologických metod bude pouze prováděna negativní selekce nežádoucích recesivních genů, které mohou v některých případech také ovlivňovat imunologickou odpověď na infekci (například BLAD). Tento druhý postup, který můžeme nazvat kraví eugenika, je méně náročný na organizační zajištění a na finanční zdroje. Představuje ale velmi významný vstup do problematiky zdraví zvířat.
V současné době je u skotu známo více než 2750 lokusů, které jsou umístěny v genové mapě. Tento počet se zvyšuje každým dnem a je výsledkem celosvětové společné práce mnoha badatelských týmů. Většina těchto definovaných signálních znaků patří k typu II (anonymní segmenty u DNA, u kterých doposud není známa funkce). Signálních znaků typu I - tak zvané kódující úseky DNA, kde je umístěna dědičná informace pro konkrétní známou vlastnost, je zhruba 600. Z tohoto počtu znaků, je řada tzv. nežádoucích znaků, které mohou představovat genetickou zátěž pro konkrétní populaci zvířat. Jako příklad nežádoucího znaku si můžeme uvést BLAD (Bovine Leukocyte Adhesion Deficiency). Jedinci, kteří mají příslušný recesivní gen v homozygotním stavu, mají sníženou produkci proteinu nazvaného beta2-Integrin, což vede k tomu, že je porušena funkce neutrofilních granulocytů. Důsledkem této změny je neschopnost imunitního systému tohoto jedince se bránit proti bakteriálním infekcím.
Na základě funkce produktů příslušných nežádoucích genů jsme vybrali z této řady 15 znaků, u nichž existuje dostatek informací o způsobu jejich dědičnosti a jejich určení pomocí molekulárně biologických metod na DNA úrovni. Tyto znaky jsou pro větší přehlednost uvedeny v tabulce. Jsou většinou děděny autozomálně recesivně a mohou představovat potenciální zátěž genofondu skotu, chovaného v České republice. Seznam chorob uvedených v tabulce není konečný a je závislý na dalším studiu a získání nových poznatků.
V tabulce je v prvním sloupci uveden znak s příslušnou zkratkou. Ve druhém sloupci je stručně uveden mechanizmus působení příslušného genu a nebo patologický stav. V dalším sloupci je plemeno, u kterého je tento nežádoucí gen vyskytuje a nebo u kterého byl nalezen, jsme si ale vědomi toho, že ve střední Evropě je někdy obtížné mluvit o čistém plemeni s vyloučením možného přikřížení. Většinu těchto vybraných genů je možné určit s použitím PCR a se sekvencemi z příslušných genů jako primery. Pouze pro Weaver disease a bezrohost jsou používány primery pro mikrosatelity, které jsou lokalizovány na chromozómu v těsné blízkosti příslušného genu, který ale není ještě identifikován.
Nebezpečnost námi vybraných alel, uvedených v tabulce, nespočívá v tom, že několik zvířat onemocní a nebo uhyne, nebezpečí existuje v souvislosti s praktikovaným chovatelským systémem. V době, kdy od jednoho býka je možné pomocí umělé inseminace získat desetitisíce potomků, je snadné si představit takový scénář, kdy se během dvou generací úplně obrátí frekvence určité nežádoucí alely. Z alely, která měla minimální frekvenci, se může během dvou generací stát nejčastější alela příslušného lokusu. Teprve stoupající frekvence homozygotů recesivních alel a s tím související exprese nežádoucích znaků u většího počtu zvířat je chovatelsky a ekonomicky negativní. V Dánsku během tříletého vyšetření provedeného u 312 zvířat byl diagnostikován u 82 zvířat, tj. u 26 %, gen pro muskulární atrofii. Tato zvířata byla zdravá s jedinou chybou, na jednom ze dvou chromozómů byla recesivní alela pro svalovou dystrofii. Pokud se takováto dvě zvířata setkají a dají vznik novému jedinci, můžeme u jedné čtvrtiny potomků očekávat vznik choroby. Se stoupající frekvencí výskytu zvířat s touto alelou stoupá pravděpodobnost, že se taková zvířata setkají jako rodiče. V Japonsku bylo ze 796 zvířat plemene holštýn bylo 8,1 % BLAD-nosičů, ale na vybrané farmě procento BLAD-nosičů dosáhlo dokonce 35,5 %.
V případě mendelisticky děděných dominantních znaků pro nežádoucí vlastnosti byla po tisíciletí praktikována negativní selekce, která byla velmi úspěšná a vedla většinou k eliminaci těchto dominantních genů. V případě recesivně děděných jednoduchých znaků je negativní selekce na úrovni fenotypu neúčinná, vzhledem k velmi nízké frekvenci homozygotů v poměru k heterozygotům.
S příchodem molekulární genetiky, kdy je možné určovat geny přímo na úrovni DNA, není nutná složitá a nákladná analýza genomu důležitého býka na potomstvu. Touto DNA in vitro analýzou je také v případě recesivních genů možné provádět velmi účinnou selekci, vedoucí k eliminaci zvířat s tímto genem a tím přispět k zlepšení genofondu skotu. V praxi je tak možné realizovat "kraví" eugeniku.
Termín eugenika poprvé použil anglický genetik z 19. století, Francis Galton, a může být definován tak, že s pomocí vědy dosáhne kvalitativního a kvantitativního zlepšení lidského genomu. Po období 30. a 40. let 20. století, kdy došlo ke zneužití této myšlenky v řadě zemí, dochází v posledních letech k její renesanci, ale s jinou interpretací. Cílem není pozitivní, ale pouze negativní selekce. Pomocí laboratorních metod se u několikabuněčného lidského zárodku určí, jestli jsou přítomny geny pro určité lidské choroby, například pro cystickou fibrózu nebo pro hemofílii A. V pozitivním případě, kdy hrozí nebezpečí, že narozené dítě bude mít diagnostikovanou chorobu, rodičové sami rozhodnou, jestli dojde k přerušení těhotenství a nebo ne.
Nejen u lidí, ale také u zvířat je k tomuto kroku samozřejmě důležitá dobrá znalost genetické regulace nežádoucího fenotypu, znalost molekulárně genetických mechanizmů a s tím související i možnost in vitro analýzy DNA příslušného individua. V praxi se tato metoda používá u skotu v případě alely pro BLAD a u prasat na citlivost na halotan. V zásadě jsou možné dva přístupy: přímé určení příslušných nežádoucích genů anebo nepřímé určení tohoto genu pomocí dalšího, tak zvaného signálního znaku a nebo markeru (například mikrosatelitu), se kterým je ve vazbě.
V Čechách dochází v posledních letech ke zvyšování počtů holštýnského skotu. Podle některých údajů je více než polovina býků plemene, působících v současné době v inseminaci, zahraničního původu. Vzhledem k tomu, že ne vždy jsou kupována zvířata s provedenou komplexní genetickou analýzou a z kontrolovaných chovů, hrozí nebezpečí, že dojde k zavlečení a nebo ke zvýšení frekvence nežádoucích alel u jejich potomků. Chovatelé se ale často brání genetickým analýzám svých plemenných zvířat, vzhledem k možnému horšímu prodeji plemenného materiálu z chovu, kde se nežádoucí alely vyskytují a byly detekovány. Za stávající situace provádějí pracoviště v Hradištku pod Medníkem analýzu genotypu, a to je částečnou, na požádání a za finanční úhradu (analyzují BLAD, DUMPS). U vybraných býků, kteří jsou velmi často využíváni při inseminaci, stojí za úvahu rozšířit seznam sledovaných recesivních genů. V první etapě by bylo vhodné centrálně provést analýzu vybraných býků a na základě získaných výsledků doporučit případná opatření. Zdůrazňujeme ještě jednou genetický přístup k této problematice. Vybrané alely nepředstavují samy o sobě nebezpečí pro populaci rozmnožující se přirozeným způsobem, v případě umělé inseminace mohou ale představovat velké zatížení genofondu.
Hlavní metodou pro detekci genů je PCR (Polymerase chain reaction) technika, která umožňuje s minimálními pracovními a materiálními náklady získat požadované výsledky. PCR je amplifikace in vitro vybraných sekvencí DNA opakovanými cykly denaturace DNA, následného ochlazení, kdy dojde k připojení (annelingu) primerů a jejich prodloužení (dosyntetizování nového řetězce) pomocí termostabilní DNA - polymerázy. Denaturace probíhá při teplotě 94 až 95 C, anneling primerů při 54 až 65 C (v závislosti na délce a sekvenci primerů) a syntéza nového řetězce DNA při teplotě 72 C. Při PCR je také potřebné optimalizovat koncentraci hořčíkových iontů v reakční směsi a teplotní profil pro každý jednotlivý pár použitých oligonukleotidových primerů. Analýza PCR produktů se provádí na agarových gelech, v případě mikrosatelitních znaků se vyhodnocování provádí na sekvenčních gelech.
Pomocí výše popsaných metod je možné získat základní informace o zátěži plemenných býků nežádoucími recesivními geny. Toto bude první krok k realizaci "kraví" eugeniky s cílem zlepšení genogondu skotu. V praxi to znamená prověřit všechny plemeníky, kteří se používají v umělé inseminaci, na přítomnost výše uvedených nežádoucích recesivních genů a do dalšího chovu vybrat pouze ty, kteří budou ve všech testech negativní, to znamená bez nežádoucích genů. Takto praktikované genetické poradenství není zvláštní službou pouze u hovězího dobytka, ale v brzké budoucnosti také využíváno i u dalších hospodářsky důležitých zvířat, například u koní a prasat.
V anglické literatuře se v posledních letech používá termín "welfare" pro zvířata, která jsou zdravá, spokojená a žijící v optimálním zdravém prostředí, bez stresu a bez nezdravé zátěže. Ze společenského hlediska přispěje chov takto definovaných zdravých a spokojených zvířat, bez genetické zátěže recesivních nežádoucích genů k vytvoření optimálního typu zvířete, které přinese maximální a mnohostranný užitek chovateli. Vzhledem k důležitosti skotu pro naši výživu je možné očekávat vysokou společenskou návratnost vynaložených nákladů do praktické aplikace kraví eugeniky.
Vysvětlivky:
recesivní gen - dojde k jeho expresi, pokud se vyskytuje na obou chromozómech, tzn. je v homozygotním stavu.
BLAD (Bovine Leukocytes Adhesion Deficiency) - defekt způsobený mutací na pozici 128 proteinu CD 18, kdy místo aspartové aminokyseliny je glycin. Tato změna způsobí defektní funkci neutrofilních granulocytů, vedoucí k neschopnosti imunitního systému reagovat na bakteriální infekci.
Lokus - podle klasické genetiky místo na chromozómu, kde je lokalizován gen, molekulární genetika definuje lokus jako určitý úsek DNA - gen v řetězci chromozomální DNA. Tato lokalizace určuje také pořadí genů na chromozómu.
Primery - krátké jednořetězcové uměle syntetizované úseky DNA, které umožňují syntézu určité sekvence DNA izolované z chromozómu, pomocí PCR.
PCR (polymerase chain reaction) - polymerázová řetězová reakce je enzymovou reakcí, pomocí které je možné připravit 105 až 107 kopii určité DNA sekvence.
(Použitá literatura je k dispozici u autorů).
A. Prof. Dr. Karel Hala, CSc., D. I. Dušan Vašíček, PhD., Ústav obecné a experimentální patologie, Univerzita Innsbruck, Prof. D. I. Václav Řehout, CSc., Zemědělská fakulta Jihočeské univerzity, České Budějovice
