РАЗДЕЛ 2
ПРИМЕНЕНИЕ оптических электротехнологий для создания систем автоматизации
биотехнологических процессов
2.1. Особенности автоматизации биотехнологических процессов в животноводстве
Основными трудностями при автоматизации биотехнологических процессов является
необходимость учета взаимодействия технических систем с биологическими
объектами [7]. Как следует из приведенного выше анализа таких методов,
применяемых в воспроизводстве и селекции, автоматизация всего технологического
процесса является достаточно сложной задачей, решение которой не всегда
приводит к желаемому результату, т. е. достижению экономического эффекта.
Перспективным направлением при автоматизации биотехнологий является такой
принцип построения этих систем, который позволяет, осуществив декомпозицию
всего процесса, выбрать узловые элементы, автоматизация которых обеспечит
повышение эффективности биотехнологического процесса [1].
Одним из основных элементов автоматизации является необходимость оценки
качества микробиологических объектов. При этом такая операция повторяется
неоднократно на протяжении всего технологического цикла рис.2.1.
Определение морфофизиологического состояния яйцеклеток и эмбрионов является
одним из ключевых этапов практически всех эмбриональных технологий
(трансплантация эмбрионов, получение трансгенных и химерных зародышей,
различные способы эмбрионального и соматического клонирования и т.д.), а также
экспериментов с этими объектами. Правильность оценки эмбрионального материала и
своевременное исключение из дальнейшей работы непригодных объектов изначально
определяет эффективность как перечисленных, так и многих других достаточно
дорогих и трудоемких процессов. От того, насколько правильно оценено исходное,
промежуточное и конечное состояние биообъекта, зависит также и достоверность
получаемых экспериментальных данных, и правильность их интерпретации.
Рис. 2.1. Схема участков контроля состояния эмбрионов в биотехнологическом
процессе трансплантации эмбрионов КРС.
Существуют различные способы оценки жизнеспособности яйцеклеток и эмбрионов. В
основе каждого из них лежат свои критерии, характеризующие те или иные
структурные и/или функциональные свойства живого объекта. Яйцеклетки и эмбрионы
оценивают и отбирают: по морфологическим признакам [69,141,200]; по
соответствию стадии их развития фактическому возрасту [62,141,200]; по
отношению к тест-красителям [141,196,199,200]; по осмотической реакции на
растворы различной осмолярности [12,164]; по интенсивности обмена веществ
[200]; а также по способности развиваться и достигать соответствующей стадии
развития в культуре in vitro [141] или in vivo (в яйцеводе промежуточного
реципиента) [168]. Высшим критерием оценки жизнеспособности эмбриона является
рождение развившегося из него в результате трансплантации нормального приплода
[155]. Именно этим показателем и пользуются обычно для определения
объективности того или иного метода оценки эмбрионов.
Выбор критериев оценки жизнеспособности объекта, а значит и соответствующих
способов их определения, обусловливается задачами исследований,
технологическими особенностями работы с объектом. Очевидно, что чем больше
критериев используется для оценки жизнеспособности объекта, тем полнее и
достовернее будет эта информация. Однако применение на практике большинства из
перечисленных способов оценки эмбрионального материала ограничено, поскольку
все они характеризуются своими методическими особенностями и для практического
применения каждого из них необходимо обеспечение соответствующих условий, то
есть наличие определенного оборудования, препаратов, а в некоторых случаях и
животных-реципиентов. Необходимо также учитывать и то, что не все способы
оценки технологически могут быть совместимы с той или иной эмбриональной
технологией или методикой проведения того или иного эксперимента. Еще один
фактор, который в каждом конкретном случае следует обязательно учитывать при
выборе способа оценки жизнеспособности яйцеклеток и эмбрионов, это то, что все
они различаются по своему влиянию на объект. Условно их можно разделить на три
категории [155]: 1) индифферентные для объекта (например: оценка объекта по
морфологическим признакам и по темпам развития в репродуктивном тракте донора);
2) относительно индифферентные (например: витальное окрашивание объекта,
воздействие на него гипертоническими растворами, оценка его развития в
яйцеводах промежуточного реципиента); 3) жесткие, являющиеся активным
инструментом эмбриоселекции (например: культивирование объекта in vitro,
температурный шок и криоконсервация).
Из всех существующих в настоящее время способов оценки качества яйцеклеток и
эмбрионов на практике наиболее широко используется метод оценки по
морфологическим признакам. Это обусловлено тем, что данный способ оценки
является наиболее простым в техническом плане, оказывает отрицательное
минимальное влияние на жизнеспособность оцениваемых объектов, легко
комбинируется с другими способами и является идеальным в плане технической
совместимости с различными методиками, по которым может проводиться работа с
объектом.
Оценку качества яйцеклеток и эмбрионов по морфологическим признакам проводят in
vitro визуально с помощью микроскопа. Функциональное состояние объекта таким
способом определяется только по видимым внешним признакам и не позволяет
выявлять скрытые внутренние клеточные дефекты, влияющие на его
жизнеспособность. Однако информация о морфологическом состоянии объекта
является очень важной и должна обязательно учитывать
- Київ+380960830922