Mutacje genowe prowadzą często do powstania chorób genetycznych mogących się przejawiać zaburzeniami rozwojowymi o charakterze morfologicznym lub upośledzeniem różnych funkcji organizmu, np. metabolicznych, odpornościowych itp. Mają one niekiedy śmiertelny charakter i są przyczyną upadków zwierząt chorych (homozygot zmutowanego genu). W różnych rasach bydła zarówno o użytkowości mlecznej, jak i mięsnej wykryto około 250 chorób genetycznych. Większość z nich (87%) uwarunkowanych jest obecnością allelu recesywnego, w związku z czym fenotyp heterozygotycznego nosiciela choroby genetycznej nie odbiega od typowego dla zwierząt zdrowych. Taki stan rzeczy utrudnia ich wczesne rozpoznanie i podejmowanie skutecznych działań, zapobiegających stratom ekonomicznym ponoszonym przez hodowców z tytułu upadków osobników chorych lub ich gorszych wyników produkcyjnych.

    Rozpowszechnianiu się chorób genetycznych sprzyjają współczesne techniki rozrodu takie jak inseminacja, zapłodnienia in vitro oraz przenoszenie i klonowanie zarodków. Obecnie jedynym skutecznym sposobem zapobiegania stratom hodowlanym w przypadku schorzeń o charakterze recesywnym jest wykrywanie nosicieli mutacji za pomocą molekularnych technik diagnostycznych oraz taki dobór zwierząt do kojarzeń by nie produkować osobników o niekorzystnym genotypie. Jednym z najczęściej stosowanych testów molekularnych jest test PCR-RFLP dający możliwość ustalania genotypów względem określonych mutacji zarówno zwierząt dorosłych jak i zarodków, co ma duże znaczenie w stadach bydła objętego programami sztucznej inseminacji i transferem zarodków. Dotychczas rozpoznano podłoże molekularne około 30 schorzeń genetycznych o charakterze recesywnym i opracowano testy DNA do identyfikacji ich nosicieli. 
W niniejszym artykule przedstawiono krótką charakterystykę 10 chorób genetycznych wykrytych w różnych rasach bydła o użytkowości mlecznej i mięsnej, dla których rozpoznano mutacje przyczynowe i opracowano testy molekularne do ich identyfikacji (tabela 1).

Wrodzony niedobór leukocytarnych  czasteczek adhezyjnych (BLAD) 
BLAD jest letalną chorobą genetyczną o charakterze recesywnym, występującą u bydła holsztyńsko-fryzyjskiego. Jest ona uwarunkowana mutacją w genie CD18, który koduje podjednostkę leukocytarnych receptorów, zwanych b2 integrynami. Odgrywają one ważną rolę w funkcjonowaniu układu odpornościowego, zwłaszcza w procesach zwalczania zakażeń. Normalny gen CD18 bydła określa się jako TL, a jego zmutowaną postać jako BL. Cielęta obciążone tą mutacją w formie homozygotycznej BL/BL charakteryzują się brakiem odporności i cierpią na częste, powtarzające się infekcje bakteryjne, owrzodzenia wewnątrz i wokół jamy ustnej, zapalenia przewodu pokarmowego uniemożliwiające właściwe pobieranie pokarmu, biegunki, infekcje układu oddechowego, a masa ich ciała stanowi około 60% normy. Wymienione objawy prowadzą do opóźnionego wzrostu i rozwoju cieląt, które zwykle padają w pierwszych miesiącach życia, na skutek infekcji wyniszczających organizm. Rozpowszechnianie mutacji BLAD następuje przez kojarzenie ze sobą heterozygotycznych nosicieli zmutowanego allelu BL, u których nie obserwuje się fenotypowych objawów upośledzenia funkcji immunologicznych. Sprzyja temu także fakt, że nosiciele mutacji charakteryzują się często wysoką wartością hodowlaną. Wykazano między innymi, że krowy nosicielki mutacji o genotypie TL/BL produkowały więcej mleka i białka niż ich półsiostry o prawidłowym genotypie TL/TL. Zespół BLAD u bydła po raz pierwszy opisano w 1983 roku. Jego molekularna identyfikacja nastąpiła natomiast w 1992 roku. Od 1995 roku test DNA jest stosowany w badaniach polskiego materiału hodowlanego. Monitorowanie zmutowanego allelu BL w puli genów bydła powinno służyć jako informacja hodowlana przy programowaniu kojarzeń, tak by nie dochodziło do kojarzeń nosicieli z nosicielami i produkowania w ten sposób potomstwa o genotypie recesywnej homozygoty BL/BL. 

Niedobór syntetazy  monofosforanu urydyny (DUMPS) 
DUMPS jest letalną recesywną mutacją genu syntetazy urydynomonofosforanowej występującą u czarno-białego i czerwono-białego bydła hf. Zidentyfikowano ją pod koniec lat siedemdziesiątych, a analiza rodowodowa wykazała, że pierwszy nosiciel tej mutacji urodził się w Ameryce w roku 1957. W wyniku szerokiego stosowania sztucznej inseminacji zespół DUMPS rozprzestrzenił się w światowym pogłowiu bydła holsztyńskiego. Normalny gen UMPS oznacza się symbolem TD, a gen zmutowany jako DP. Homozygoty zmutowanego genu syntazy UMPS (DP/DP) zamierają około 40 dnia ciąży w okresie implantowania się zarodka w macicy. Z tego też powodu gen ten nazwano „genem wczesnej zamieralności zarodków”. Nosiciele mutacji heterozygoty TD/DP nie odbiegają fenotypowo od zwierząt normalnych, lecz aktywność enzymu w ich tkankach jest o połowę mniejsza niż u homozygot genu prawidłowego TD/TD. Jedyną drogą uniknięcia strat ekonomicznych jest wczesne wykrywanie nosicieli mutacji DUMPS za pomocą testu PCR-RFLP. Ze względu na letalny efekt zmutowanego genu w układzie homozygotycznym, niemożliwa jest analiza DNA osobników homozygotycznych DP/DP. Prowadzone są jednak badania blastocyst przewidzianych do embriotransferu pochodzących z kojarzeń osobników heterozygotycznych. W Polsce ze względu na stwarzane przez mutację DUMPS zagrożenie (straty związane z reprodukcją) w 1999 roku wprowadzono obowiązek jej monitorowania. W dotychczasowych badaniach przesiewowych nie stwierdzono występowania nosicieli mutacji DUMPS w krajowej populacji bydła hf. 

Citrulinemia – niedobór syntetazy  argininobursztynianowej 
Citrulinemia jest genetycznie uwarunkowanym schorzeniem metabolicznym o charakterze recesywnym, wykrytym po raz pierwszy w 1986 roku u bydła hf w Australii. Jego podłożem jest mutacja genu syntetazy argininobursztynianowej, jednego z enzymów cyklu mocznikowego. Mutacja ta prowadzi do syntezy skróconej, nieaktywnej cząsteczki enzymu u osobników o genotypie homozygoty recesywnej. Nosiciele citrulinemii są fenotypowo normalni, natomiast cielęta chore padają w ciągu pierwszego tygodnia życia z powodu upośledzenia zdolności usuwania mocznika z organizmu, wynikającej z braku omawianego enzymu. Osobniki chore występują z częstością 1 na 250 wycieleń. W 1989 roku opracowano test molekularny PCR-RFLP umożliwiający identyfikację nosicieli cytrulinemi. Szerokie wykorzystywanie w świecie nasienia najlepszych reproduktorów rasy hf spowodowało rozprzestrzenienie się tego schorzenia także poza Australią. Pierwsze badania wykonane w 1989 roku w byłej NRD na 116 embrionach linii syntetycznej wykazały obecność 17% heterozygotycznych nosicieli mutacji. W 1993 roku stwierdzono występowanie citrulinemii również u bydła hf w USA. W ramach działań prewencyjnych system monitorowania genu citrulinemii u bydła został wprowadzony do praktyki hodowlanej w wielu krajach.

Zespół zniekształceń  kręgosłupa (CVM) 
Zespół zniekształceń kręgosłupa jest letalnym schorzeniem o charakterze recesywnym występującym u bydła hf. Wyróżnia się dwie formy deformacji cieląt. Pierwsza z nich dotyczy układu kostnego. Ciała cieląt donoszonych, ale martwo urodzonych, a także płody poronione przed 260 dniem ciąży, charakteryzuje skrócony odcinek szyjny i piersiowy kręgosłupa, obustronne, symetryczne zesztywnienia nadgarstków, śródręcza i śródstopia, przykurcz palców w stawach pęcinowych, brak niektórych kręgów oraz wadliwe połączenia żeber z kręgami. Deformacje występujące w obrębie kręgosłupa, powodują uszkodzenia lub urazy rdzenia kręgowego, a nasilenie zmian patologicznych bywa różne u różnych osobników. Druga forma anomalii dotyczy układu krwionośnego i oddechowego. Negatywne skutki defektu CVM mogą występować w każdym okresie rozwoju prenatalnego, objawiając się resorbcją zarodków lub poronieniami przed 260 dniem ciąży a także wydalaniem martwych płodów przeważnie 1 – 2 tygodni przed planowaną datą wycielenia. Pierwszy przypadek urodzenia martwego cielęcia rasy hf z objawami CVM odnotowano w Danii w 2000 roku, kolejne martwo urodzone cielęta z tym schorzeniem zarejestrowano w USA, Holandii i Wielkiej Brytanii. Nosicielami CVM są w większości wybitni reproduktorzy męscy, u których nie stwierdza się negatywnych skutków tej wady. W 2004 roku wykryto w bydlęcym genie SLC35A3, mutację przyczynową schorzenia CVM. Ze względu na fakt, że CVM przynosi znaczne straty w reprodukcji bydła hf, w wielu krajach wprowadzono programy wykrywania nosicieli tego defektu wśród buhajów wykorzystywanych w sztucznej inseminacji przy pomocy testu DNA. Buhaje będące nosicielami mutacji oznacza się symbolem CV umieszczonym przy nazwie buhaja, natomiast osobnika wolnego od CVM oznacza się jako TV.
Zespół Chediak-Higashi (CHS) 
CHS jest schorzeniem o charakterze autosomalnym, recesywnym, wykrytym u japońskiego bydła czarnego (wagyu), hereford i brangus. Osobniki chore wykazują podobne objawy: albinizm oczno-skórny, dużą skłonność do krwotoków spowodowaną niskim poziomem agregacji płytek krwi, zmniejszoną odporność na infekcje oraz nieprawidłową wielkość granul cytoplazmatycznych w różnego typu komórkach. Podejrzenia o występowanie CHS u bydła opierano głównie na dużej skłonności do krwotoków ujawniającej się podczas skaleczeń, rutynowych zabiegów chirurgicznych - kastracji i usuwaniu rogów oraz powstawania wybroczyn śródskórnych. Stwierdzono, że obserwowane objawy u chorych osobników mają wspólne podłoże genetyczne. Jest nim punktowa mutacja w genie CHS1, położonym w chromosomie 28, uniemożliwiająca syntezę czynnościowo prawidłowego białka CHS1. W normalnych warunkach białko to wchodzi w skład kompleksu membranowego, uczestniczącego w przekazywaniu sygnału, który reguluje wewnątrz komórkowy transport białek między lizosomem a endosomem. Rozpoznanie podłoża molekularnego zespołu CHS u bydła i opracowanie testu PCR-RFLP dało hodowcom możliwość skutecznej identyfikacji jego nosicieli.

Przewlekłe śródmiąższowe zapalenie nerek z rozproszonym strefowo zwłóknieniem (CINF) 
U cieląt czarnego bydła japońskiego rasy wagyu wykryto chorobę nerek CINF, która jest autosomalną recesywną cechą, prowadzącą do śmierci zwierzęcia przed osiągnięciem dojrzałości płciowej. Wzrost i rozwój chorych cieląt był opóźniony. Dzienny przyrost masy ciała do 180 dnia życia wynosił średnio 0,45 kg, podczas gdy zdrowych zwierząt 0,71 kg. Prawdopodobną przyczyną występowania syndromu CINF jest mutacja w genie klaudyny-16 (CL-16) zlokalizowanym w chromosomie 1. Dotychczas zidentyfikowano około 20 białek należących do rodziny klaudyn. Białka te tworzą pory w połączeniach międzykomórkowych, pośrednicząc tym samym w przewodnictwie międzykomórkowym, np. w przenikaniu metabolitów. Występowanie schorzenia CINF u cieląt z mutacją genu CL-16 wskazuje, że białko klaudyna-16 pełni ważną rolę w utrzymaniu homeostazy nerek. W 2000 roku opracowano test molekularny umożliwiający identyfikację nosicieli zmutowanego genu.

Choroba syropu klonowego (MSUD) 
Choroba syropu klonowego jest letalną, autosomalna cechą recesywną, po raz pierwszy zidentyfikowaną u bezrogiego, australijskiego bydła hereford w połowie lat 80-tych, a następnie u bydła tej samej rasy w Kanadzie. Na początku lat 90-tych doniesiono o wykryciu MSUD także u bezrogiego bydła rasy shorthorn w Australii. Nazwa choroba syropu klonowego pochodzi od zapachu moczu chorych osobników, zawierającego metabolity rozgałęzionych aminokwasów o charakterystycznym zapachu syropu klonowego. 
Przyczyną schorzenia jest niedobór enzymu aktywnej dehydrogenazy rozgałęzionych ketokwasów (BCKADH). Cechą charakterystyczną choroby MSUD jest szybko rozwijająca się dysfunkcja centralnego systemu nerwowego, prowadzącą do śmierci zwierzęcia w ciągu kilku dni po urodzeniu. U cieląt opisywanych jako normalne przy urodzeniu, w ciągu 12 do 48 godzin obserwowano wystąpienie braku koordynacji ruchowej, niezdolność do wstawania, ospałość przechodzącą w śpiączkę, kończącą się śmiercią zwierzęcia w czasie 48 do 72 godzin. W latach 1994 do 1995 rozpoznano 2 mutacje przyczynowe tej choroby w genie dehydrogenazy BCKADH, które są specyficzne dla określonych ras bydła. Mutacja przyczynowa MSUD wykryta u bezrogiego bydła rasy hereford jest inna od tej zidentyfikowanej u bezrogiego bydła rasy shorthorn. Opracowane testy molekularne oparte na analizie DNA, umożliwiają wykrywanie heterozygotycznych nosicieli tych mutacji i zapobieganie kumulacji recesywnych alleli w omawianych populacjach bydła. 

Alfa-mannozydoza 
Alfa-mannozydoza jest schorzeniem metabolicznym, dziedziczącym się jako autosomalna, recesywna cecha i charakteryzującym się gromadzeniem w różnych tkankach organizmu oligosacharydów bogatych w mannozę. Przyczyną takiego stanu rzeczy jest niedobór enzymu lizosomalnej alfa-mannozydazy. Kliniczne objawy schorzenia to niezborność ruchów, drżenie głowy, a w jego końcowej fazie paraliż, który prowadzi do śmierci zwierzęcia. Alfa-mannozydozę stwierdzono u bydła rasy angus w Australii, Nowej Zelandii, Europie i USA, u bydła murray grey w Australii i Nowej Zelandii oraz u bydła galloway w Australii. W 1997 roku wykryto dwie mutacje przyczynowe alfa-mannozydozy, które są specyficzne dla określonych ras bydła. Pierwszą z nich G662A, stwierdzono u bydła galloway, a drugą T961C u bydła angus, murray grey i brangus w Australii oraz w czerwonym bydle angus importowanym jako zarodki do Australii z Kanady. Przypuszcza się, że obie mutacje przyczynowe alfa-mannozydozy pochodzą od bydła szkockiego, skąd rozprzestrzeniły się w Ameryce, Nowej Zelandii i Australii wraz z eksportem zwierząt, zarodków lub nasienia, jeszcze przed rozpoznaniem genetycznego podłoża tych schorzeń. W 1997 roku opracowano test molekularny PCR-RFLP do diagnozowania mutacji genu alfa-mannozydazy, co umożliwia skuteczną selekcję nosicieli tego schorzenia w wyżej omówionych rasach bydła. 

Beta-mannozydoza 
Beta-mannozydoza jest schorzeniem związanym z niedoborem enzymu beta-mannozydazy. Dziedziczy się ona jako autosomalna recesywna cecha. Wynikiem niedoboru tego enzymu są zakłócenia w procesie uwalniania beta-mannozy z oligosacharydów wchodzących w skład glikoprotein. Beta-mannozydozę zidentyfikowano u cieląt rasy salers w 1991 roku. Defekt ten cechuje się znacznie obniżoną aktywnością enzymu beta-mannozydazy w mózgu i limfocytach chorych cieląt. Cielęta dotknięte schorzeniem nie mogą zachować pozycji stojącej z powodu zaburzeń neurologicznych i bez specjalnej opieki nie są zdolne do życia. Za mutację warunkującą to schorzenie uznano tranzycję G  A w pozycji 2574 cDNA genu beta-mannozydazy. Jej wynikiem jest synteza enzymu nieaktywnego biologicznie, gdyż jego łańcuch jest krótszy o 22 aminokwasy od łańcucha enzymu aktywnego (857 aminokwasów zamiast 879). W 1999 roku opracowano test molekularny umożliwiający identyfikację nosicieli mutacji przyczynowej tego schorzenia. 

Protoporfiria (PP)
Protoporfiria jest schorzeniem dziedziczącym się jako cecha recesywna. Charakteryzuje się ona obniżoną o około 10 do 15% aktywnością mitochondrialnego enzymu ferrochelatazy, przy jednoczesnym wzroście poziomu protoporfiryny w erytrocytach krwi i kale chorych zwierząt. Enzym ferrochelataza katalizuje końcowy etap biosyntezy hemu, tj. włączenia żelaza w strukturę protoporfiryny. Głównym klinicznym objawem protoporfirii jest nadwrażliwość na światło. U cieląt cierpiących na ten defekt, obserwowano między innymi utratę sierści oraz rozwój wrzodów na powierzchniach ciała bez pigmentu i okrywy włosowej (uszy, nozdrza), wystawionych na działanie światła słonecznego. Następstwem chronicznego zapalenia skóry występującego u niektórych zwierząt dotkniętych chorobą był ich słabszy rozwój i postępujące wyniszczenie organizmu. Skutkowało to często koniecznością wcześniejszej eliminacji takich osobników z hodowli. Protoporfiria występuje głównie u czystorasowego bydła limousine oraz mieszańców z udziałem tej rasy, a także u bydła blonde d’aquitaine. W 1998 roku wykryto mutację przyczynową G1250T w genie ferrochelatazy odpowiedzialną za syntezę nieprawidłowego enzymu ferrochelatazy o obniżonej aktywności katalitycznej oraz opracowano test molekularny do jej identyfikacji.

Podsumowanie 
W ostatnich latach rozpoznano mutacje przyczynowe kilkunastu chorób genetycznych w różnych rasach bydła oraz opracowano molekularne testy do identyfikacji ich nosicieli. Umożliwiło to przyjęcie odpowiedniej strategii hodowlanej, której efektem było zredukowanie częstości występowania heterozygotycznych nosicieli różnych mutacji i ograniczenie strat ponoszonych przez hodowców z tytułu kojarzenia ich ze sobą i produkowania homozygot recesywnych pod względem allelu letalnego bądź allelu pogarszającego czynności życiowe organizmu.

Tags: choroby bydła , rozród bydła