Genetika Praskavca In Stanje V Sloveniji - Seminar

UNIVERZA V LJUBLJANI ˇ BIOTEHNISKA FAKULTETA ODDELEK ZA ZOOTEHNIKO

Gregor Gorjanc1 in sod.2

GENETIKA PRASKAVCA IN STANJE V SLOVENIJI

Seminarska naloga pri temeljnem predmetu Genetika Podpiplomski ˇstudij genetike

Ljubljana, 2005 1 [email protected] 2 Oddelek

za zootehniko, Veterinarska fakulteta in Nacionalni veterinarski inˇstitut

Gorjanc G. Genetika praskavca in stanje v Sloveniji. Semin. naloga. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniˇska fakulteta, 2005

2

KAZALO VSEBINE str. 1

UVOD

3

2

TSE, PRIONI IN PRASKAVEC

3

2.1

Prioni

3

2.2

Praskavec

4

3

GEN PrP

5

4

PRASKAVEC IN SELEKCIJA

8

5

STANJE V SLOVENIJI

9

6

SKLEPI

10

7

VIRI

10

Gorjanc G. Genetika praskavca in stanje v Sloveniji. Semin. naloga. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniˇska fakulteta, 2005

1

3

UVOD

Praskavec je bolezen ovc in koz, ki tako kot BSE pri govedu, spada v skupino transmisivnih spongiformnih encefalopatij (TSE). V Sloveniji ta bolezen do nedavnega ni bil poznana, v zadnjem ˇcasu pa je bilo odkritih nekaj primerov pri ovcah. Namen tega prispevka je predstaviti praskavec s povdarkom na genetskem ozadju ter prikazati rezultate prvih genotipizacij ovc v Sloveniji za gen PrP.

2

TSE, PRIONI IN PRASKAVEC

Transmisivne spongiformne encefalopatije (TSE) ali prionske bolezni so skupina bolezni, katerih povzroˇcitelj je spremenjena oblika posebne beljakovine, imenovane prion. V skupino spadajo: kuru, Creutzfeldt-Jakobova bolezen, Gerstmann-Str¨ausslerjev sindrom, in usodna druˇzinska ter sporadiˇcna insomnija pri ljudeh, praskavec pri ovcah in kozah ter bovina spongiformna encefalopatija (BSE) pri govedu. TSE je poznan tudi pri maˇckah, kunah, gamsih, muflonih, srnah, losih in ˇse nekaterih drugih ˇzivalih. Pregled zgodovine odkrivanja prionskih bolezni lahko najdemo v Poser (2002a,b). Pozornost raziskovalcev in seveda tudi javnosti na bolezni iz skupine TSE se je poveˇcala po izbruhu BSE pri govedu v Veliki Britaniji in pojavu nove oblike Creutzfeldt-Jakobove bolezni pri ljudeh. Do sedaj ˇse ni bil odkrit izvor BSE. Z epidemioloˇsko raziskavo moˇznih vzrokov za pojav in ˇsirjenje BSE, so raziskovalci kot najbolj verjetni vir te mnoˇziˇcne okuˇzbe doloˇcili mesno, kostno in mesno-kostno moko, ki so jo rejci dodajali govedom kot krmni dodatek. Najˇsirˇse sprejeta hipoteza pravi, da so bila vir prvih okuˇzb trupla ovac obolelih s praskavcem. Vzrok prenosa bolezni z ovc na govedo naj bi bilo zniˇzanje temperature sterilizacije in opustitev nekaterih postopkov pri predelavi klavnih odpadkov. V predelavo pa so ˇsla tudi trupla obolelega goveda. Na tem mestu je potrebno poudariti, da to ni edina domneva. Pri TSE je ˇse veliko neznanega in je to trenutno zelo aktivno podroˇcje raziskovanja.

2.1

Prioni

Teorija, da TSE povzroˇca infekcijski agent, ki je sestavljen izkljuˇcno iz beljakovin, je bila postavljena ˇze v 60. letih (Alper et al., 1967; Griffith, 1967) o ˇcemer je pri nas razpravljal tudi Likar (1967). Takˇsne trditve so bile povsem v nasprotju s centralno dogmo moderne biologije, kjer so v osredju nukleinske kisline. Centralno dogmo so na drugi strani izpodbijala dejstva, da je povzroˇcitelj odporen na visoko ultravijoliˇcno sevanje, segrevanje pri viˇsjih temperaturah, visoke koncentracije formalina in celo na mnoge encime, ki razgrajujejo nukleinske kisline pa tudi beljakovine. Prusiner (1982) je bil prvi, ki mu je uspelo dokazati, da je povzroˇcitelj do takrat ˇse naznana beljakovina. Poimenoval jo je prion, pri ˇcemer je izhajal iz besed “proteinaceous” in “infectious”, kar nakazuje na naravo te molekule. Danes prionska teorija ne izpodbija centralne dogme. Prioni (PrP) so beljakovine in nastajajo po obiˇcajni poti kot ostali proteini ter so normalno prisotni v telesu kot membranski proteini in ne povzroˇcajo TSE. Vloga prionov v telesu ˇse ni povsem znana. Spremenjena oblika priona (PrPSc) je tista, ki povzroˇca TSE in sicer tako, da spreminja obiˇcajno obliko priona (PrP v

Gorjanc G. Genetika praskavca in stanje v Sloveniji. Semin. naloga. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniˇska fakulteta, 2005

4

PrPSc). Pri tej spremembi se na nivoju strukture proteina poveˇcuje deleˇz β -listov na raˇcun zmanˇsevanja α -heliksov (Pan et al., 1993). Kaj sproˇzi ta proces in kako se okuˇzba prenaˇsa ni znano. Bolezen se odraˇza kot kopiˇcenje spremenjenih prionov (slika 1) v centralnem ˇzivˇcnem sistemu, predvsem v hrbtenjaˇci in moˇzganih. To kopiˇcenje je posledica veriˇzne reakcije spreminjanja prionov in daje izgled “gobastega tkiva”. Posledice so poˇskodbe ˇzivˇcnega sistema, kar se najprej odrazi v spremenjenem obnaˇsanju. Za TSE je znaˇcilna dolga inkubacija doba v primerjavi s priˇcakovano dolˇzino ˇzivljenja pri “bolniku”. Te bolezni so vedno usodne, saj zanje ne poznamo ne zdravil ne naˇcina zaˇsˇcite pred njimi. Skrb vzbujajo tudi moˇzni prenosi med vrstami ˇzivali in ˇclovekom.

Slika 1: Kopiˇcenje spremenjenih prionov (PrPSc) v moˇzganih

2.2

Praskavec

Praskavec je primer TSE, ki se naravno pojavlja pri ovcah in kozah. Prvi pisni viri omenjajo praskavec ˇze v 18. stoletju na podroˇcju Evrope. Prvi zabeleˇzeni primer izhaja iz leta 1732 v Veliki Britaniji (Poser, 2002a). Po letu 1900, ˇse posebej po drugi svetovni vojni, se je praskavec z izvozom ˇzivali razˇsiril praktiˇcno na vse kontinente, kjer je ˇse danes prisoten. Potrjeni izjemi sta edino Avstralija in Nova Zelandija. Slednji drˇzavi sta po pojavu prvih primerov praskavca uvedli zelo stroge pogoje uvoza in pokol vseh ˇzivali, ki so bile v stiku z obolelimi in sta danes prosti te bolezni. K tema dvema drˇzavama se skuˇsa pridruˇziti tudi Juˇzna Afrika, ki naj bi iztrebila praskavec ˇze leta 1972. Poveˇcano zanimanje raziskovalcev za praskavec v zadnjih letih je seveda pogojeno z izbruhom BSE pri govedu in dejstvi, da je ovce mogoˇce okuˇziti z BSE in da je zelo teˇzko loˇciti BSE od praskavca pri ovcah. Najbolj sprejeta domneva je, da je praskavec okuˇzba, ki se prenaˇsa tako horizontalno (med ˇzivalmi v stiku) kot vertikalno (z matere na potomca), pri slednjem ˇsele po rojstvu. Znakov za bolezen je veˇc in smo jih opisali drugje (Gorjanc in Kompan, 2005). Vsekakor najbolj izstopa

Gorjanc G. Genetika praskavca in stanje v Sloveniji. Semin. naloga. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniˇska fakulteta, 2005

5

ˇ praskanje ˇzivali, po ˇcemer je bolezen tudi dobila ime. Zivali se praskajo ali drgnejo ob predmete v okolici tako da izgubijo volno (slika 2). Poleg praskanja se pojavljajo tudi motne v kretnjah in obnaˇsanju (slika 2).

Slika 2: Primera obolelih ovc s praskavcem: odpadla/spraskana volna (levo) in problemi s stojo (desno)

Za bolezen je znaˇcilna dolga inkubacijska doba. Tako je bilo najveˇc zabeleˇzenih primerov praskavca pri starostih od 2 do 5 let. Problem za pravoˇcasno odkrivanje okuˇzenih ˇzivali je v tem, da naj bi bile ˇzivali kuˇzne ˇze po zaˇcetnih fazah inkubacije, torej ˇse pred pojavom kliniˇcnih znakov bolezni. Na primeru ˇcrede v katero je bil vnesen praskavec so razliˇcne simulacije (Stringer et al., 1998; Woolhouse et al., 1999; Matthews et al., 2001) in analize zbranih podatkov pokazale, da do izbruha bolezni traja nekaj let in da je prisotnost praskavca prav tako dolga veˇc let; vse dokler se frekvenca dovzetnih genotipov ne zniˇza moˇcno. Simulacije so ˇse pokazale, da je veliko ˇzivali izloˇcenih pred prvimi znaki praskavca. Ugotovljeno je bilo tudi, da je bolj pomemben horizontalni kot vertikalni prenos okuˇzbe.

3

GEN PrP

Dejstvo, da nekatere ˇzivali v tropu poginejo zaradi praskavca druge pa ne ali pa poginejo pri viˇsjih starostih, kaˇze na razlike med ˇzivalmi pri odpornosti na praskavec. Prve genetske analize (Dickinson, 1976, cit. po Hunter, 1997) so bile opravljene v Veliki Britaniji v ˇcredi, ki je bila namenoma okuˇzena z virom praskavca in potem selekcionirana na dve liniji. Liniji sta se razlikovali glede na inkubacijsko dobo za praskavec. Raziskovalci so pri teh ovcah naˇsli gen, ki so ga poimenovali Sip (ang. scrapie incubation period), z dvema alelama. Omenjeni gen naj bi imel vpliv tudi na dovzetnost za praskavec, a z nasprotnim uˇcinkom alel kot pri dolˇzini inkubacijske dobe, kar je kazalo nejasno sliko. Kasnejˇse raziskave so nakazale moˇznost, da je gen Sip blizu ali pa kar gen PrP 3 (Hunter, 1997). Da je slednji res tisti, ki igra glavno vlogo pri praskavcu so dokazali s poskusi na miˇsih z “knockout” genom. Miˇsi z slednjim niso bile dovzetne na okuˇzbo s praskavcem. Raziskave, ki so sledile (pregled sta pripravila Baylis in Goldmann (2004)) so razkrile polimorfna mesta gena PrP, katerih razlike so povezane z uˇcinkovitostjo nastajanja spremenjene oblike priona (PrPSc) 3 Uporablja

se tudi kratica PrnP

Gorjanc G. Genetika praskavca in stanje v Sloveniji. Semin. naloga. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniˇska fakulteta, 2005

6

in s tem dovzetnostjo za praskavec. To so kodoni 136, 154 in 171 (slika 3). Prvi kodon (136) lahko tako kodira aminokoslini alanin (A) in valin (V), drugi kodon (154) arginin (R) in histidin (H) in tretji kodon (171) arginin (R), histidin (H) in glutamin (Q). Tako se rezultati velikokrat podajajo v obliki A136 R154 R171 ali kar ARR. Glede na majhne razdalje med polimorfnimi mesti, se omenjena tri mesta navajajo kar kot alela in v kombinaciji kot genotip, ˇceprav je to haplotip. Verjetnost za rekombinacijo na tako kratkem delu je namreˇc izjemno majhna 4 . Poleg naˇstetih polimorfnih mest je bilo v zadnjih letih aktivnega raziskovanja odkritih veˇc polimorfizmov tudi na drugih kodonih gena PrP, kar sta v pregledu zbrala Baylis in Goldmann (2004). 136 ARQ|AJ000739 ARH|AJ000734 AHQ|AJ000737 AHR|AY488861 ARR|AJ000736 VRQ|AJ000738 VRR|AY488862

477 417 417 391 477 417 391

GCCATGAGCAGGCCTCTTATACATTTTGGCAATGACTATGAGGACCGTTACTATC ....................................................... ....................................................... ....................................................... ....................................................... .T..................................................... .T..................................................... 154

ARQ|AJ000739 ARH|AJ000734 AHQ|AJ000737 AHR|AY488861 ARR|AJ000736 VRQ|AJ000738 VRR|AY488862

532 472 472 446 532 472 446

154

171

GTGAAAACATGTACCGTTACCCCAACCAAGTGTACTACAGACCAGTGGATCAGTA ....................................................T.. A...................................................... A..................................................G... ...................................................G... ....................................................... ...................................................G...

Slika 3: Poravnava sedmih nukleotidnih zaporedij od 136 do 171 kodona za gen PrP pri ovcah. ˇ Poleg alel so podane oznake za sekvence v GenBank pri NCBI. Stevilka na zaˇcetku sekvence predstavlja zaporedno nukleotidno mesto v posamezni sekvenci. V osnovi je poznanih pet alel: ARR, AHQ, ARH, ARQ in VRQ. V zadnjem ˇcasu sta bili odkriti ˇse aleli AHR in VRR in druge, ki so bolj redke. Alela ARQ naj bi bila izvorna alela, saj se vse ostale alele od te razlikujejo po mutaciji na enem mestu (slika 4). Slednje bi potrjevalo razvoj alel z mutacijami, poleg tega je alela ARQ najbolj pogosta pri veˇcini pasem, ˇse posebej pri nekaterih zelo “starih” pasmah. Zaradi velikega ˇstevila alel in genotipov (iz petih alel je moˇzno sestaviti 15 razliˇcnih genotipov, iz ˇsestih 21 in iz sedmih 28) in nejasnih odnosov med alelami ter nenazadnje vsak dan novih odkritij (vˇcasih tudi nasprotujoˇcih), je teˇzko podati celotno sliko vpliva genotipa. Zanimivo je, da pri veliki veˇcini raziskav niso naˇsli vseh moˇznih genotipov glede na alele. Alela, ki je najbolj povezana s pojavom praskavca je nedvoumno alela VRQ (tabela 1). Podatki iz Velike Britanije, kjer imajo najveˇc izkuˇsenj s praskavcem, kaˇzejo, da je izrazita veˇcina ˇzivali obolelih s praskavcem nosila to alelo. Najveˇcja odpornost za praskavec naj bi bila povezana z alelo ARR. V primeru kombinacije alel ARR in VRQ je ˇze bilo odkritih nekaj primerov praskavca, kar oˇcitno nakazuje na dominanten (prevladujoˇc) vpliv alele VRQ nad ARR. Nadalje se kot neugodna kaˇze alela ARQ, katero so pri ovcah obolelih s praskavcem najpogosteje naˇsli v kombinaciji s to isto alelo (ARQ) ali alelo VRQ. Kombinacija ARR/ARQ naj bi bila bolj odporna na praskavec. Aleli AHQ in ARH sta nekje vmes, pri ˇcemer velja prepriˇcanje, da je prisotnost alele AHQ bolj povezana z odpornostjo, prisotnost alele ARH pa bolj povezana z dovzetnostjo za praskavec. Alela ARR je 4 Ob

predostavki 1 cM = 106 bp je verjetnost rekombinacije med najbolj oddaljenima kodonoma 0.000105 %

Gorjanc G. Genetika praskavca in stanje v Sloveniji. Semin. naloga. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniˇska fakulteta, 2005

7

AHR AHQ

ARR

VRR

ARQ VRQ

ARH

Slika 4: Shema mutacij na kodonih 136, 154 in 171 za gen PrP

oˇcitno najbolj povezana z odpornostjo. Vendar slednje ni povsem sigurno, saj je do sedaj znan en primer ovce z genotipom ARR/ARR, ki je zbolela za praskavcem (Ikeda in sod., 1995, cit. po. Houston et al., 2003). Dodatno je potrjen prenos BSE na ovce (Houston et al., 2003). Iz vsega naˇstetega tako ni jasno ali je alela ARR povezana z dovzetnostjo za okuˇzbo ali le moˇcno podaljˇsa ˇcas inkubacije in s tem nastopa kliniˇcnih znakov. Tabela 1: Domnevna odpornost na praskavec pri ovcah po posameznih alelah (+ visoka, - nizka) Odpornost / Kodon ++ + +/--

136 A A A A V

154 R H R R R

171 R Q H Q Q

Kot smo ˇze omenili, odnosi med alelami niso kodominantni (Dubois et al., 2002). Zaradi velikega ˇstevila genotipov je priroˇcno zdruˇzevanje posameznih genotipov v skupine s podobno odpornostjo na praskavec (tabela 2). Te skupine, velikokrat oznaˇcene s kratico NSP (ang. national scrapie plan), so tudi osnova za selekcijo o ˇcemer bomo govorili kasneje. Na sploˇsno velja, da ovce z bolj dovzetni genotipi zbolijo in umirajo prej kot tiste z manj dovzetnimi genotipi. Ker so lahko ˇzivali izloˇcene ˇse pred pojavom kliniˇcnih znakov bolezni, je odkritje pravega vpliva posameznih genotipov oteˇzeno.

Gorjanc G. Genetika praskavca in stanje v Sloveniji. Semin. naloga. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniˇska fakulteta, 2005

8

Tabela 2: Domnevna odpornost na praskavec pri ovcah po posameznih genotipih (+ visoka, nizka) in NSP skupine Odpornost / Kodon ++ + +/--

NSP 1 2 3 4 5

Genotip ARR/ARR ARR/AHQ, ARR/ARH, ARR/ARQ AHQ/AHQ, AHQ/ARH, AHQ/ARQ, ARH/ARQ, ARH/ARH, ARQ/ARQ ARR/VRQ AHQ/VRQ, ARH/VRQ, ARQ/VRQ, VRQ/VRQ

NSP - ang. national scrapie plan

Gen PrP ima osrednjo vlogo pri praskavcu. Kljub temu so raziskovalci velikokrat naleteli na nasprotujoˇce ali vsaj nekoliko drugaˇcne rezultate. Poleg nekaterih okoliˇskih vplivov npr. velikost gnezda, naˇcin vzreje jagnjet (Elsen et al., 1999) vplivajo na dovzetnost za praskavec ˇse drugi genetski vplivi. Moreno et al. (2002, 2003) so poroˇcali o QTL-ih za dovzetnost in trajanje inkubacije pri ovcah in miˇsih. Poleg tega so (Diaz et al., 2005) ocenili deleˇz poligene genetske variance, ki je pojasnila kar 21 % vse genetske variabilnosti za dolˇzino inkubacijske dobe za praskavec. Tako kot pri genu PrP, tudi pri drugih genih mehanizmi delovanja niso znani. Raziskovanje moˇcno oteˇzuje nepoznavanje vira okuˇzbe. Znan je potek nastajanja spremenjenih prionov (PrPSc) ne pa tudi kdaj, zakaj in kako se to zaˇcne. Ovce namreˇc ne zbolijo za praskavcem kar “same od sebe”, ˇce imajo npr. VRQ/VRQ genotip. Ta genotip je samo bolj dovzeten za okuˇzbo. To so nazorno pokazali Hunter in Cairns (1998), ko sta opravili genotipizacijo ovc v Avstraliji in Novi Zelandiji. Ti dve drˇzavi sta prosti praskavca, a so imele ovce povsem primerljive frekvence posameznih alel kot drugje po svetu. Dodatna vpraˇsanja oz. nejasnosti povzorˇca moˇznost razliˇcnih “sojev” praskavca (Moum et al., 2005), ki delujejo razliˇcno na posamezne genotipe (Baylis in Goldmann, 2004). V literaturi je moˇc najti precejˇsne razlike v frekvencah posameznih alel in genotipov med pasmami in drˇzavami, npr. Dr¨ogem¨ uller et al. (2001); Palhi´eere et al. (2002); DeSilva et al. (2003); Dr¨ogem¨ uller et al. (2004). Na sploˇsno je frekvenca alele VRQ razmeroma nizka. Na ˇzalost je obiˇcajno nizka tudi frekvenca alele ARR, a ne povsod, saj imajo nekatere pasme v posameznih drˇzavah zelo visok deleˇz alele ARR. V veliko populacijah je frekvenca alele ARQ s tem pa tudi genotipa ARQ/ARQ najviˇsja. V takˇsnem primeru je tudi zelo veliko heterozigotov z alelo ARQ, kar je dobro znan pojav. Pri nekaterih pasmah je ˇstevilo obolelih ovc s praskavcem z genotipom ARQ/ARQ enako ali celo veˇcje kot pri genotipu VRQ/VRQ.

4

PRASKAVEC IN SELEKCIJA

Kljub temu, da proti dovzetnim genotipom deluje naravna selekcija ni znano zakaj praskavec ˇse ni iztrebljen. Pri tem naj bi imeli kljuˇcno vlogo visoka starost nastopa kliniˇcnih znakov, delno dovzetni genotipi, razlike v dovzetnosti med pasmami in moˇznost razliˇcnih “sojev” praskavca. Od okuˇzbe do izbruha bolezni lahko traja veˇc let. Dodatno intenzivnost naravne selekcije zmanjˇsuje dejstvo, da ne zbolijo vse ˇzivali naenkrat, ampak je prisotnost bolezni v tropu dolgotrajna

Gorjanc G. Genetika praskavca in stanje v Sloveniji. Semin. naloga. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniˇska fakulteta, 2005

9

(Stringer et al., 1998; Woolhouse et al., 1999; Matthews et al., 2001), vse dokler se deleˇz dovzetnih genotipov moˇcno ne zmanjˇsa. Z usmerjeno selekcijo proti doloˇcenim alelam bi lahko sˇcasom izloˇcili dovzetne genotipe. Na podlagi dovzetnosti za praskavec so raziskovalci razvrstili genotipe v pet skupin (tabela 2), ki so tudi osnova za zatiranje praskavca. Izbrana intenzivnost selekcije proti doloˇcenim alelam je seveda odvisna od frekvence posamezne alele in velikosti populacije. Pri selekciji seveda ne gre zanemariti povezanosti s proizvodnimi lastnostmi. Zadnje raziskave kaˇzejo, da ni znaˇcilnejˇsih povezav med posameznimi alelami za gen PrP in lastnostmi plodnosti, mleˇcnosti in rasti (Barillet et al., 2002; Prokopov´a et al., 2002; de Vries et al., 2004; Brandsma et al., 2004, 2005; Alexander et al., 2005; Chase-Topping et al., 2005). Ker imajo ˇzivali z bolj dovzetnimi genotipi krajˇso ˇzivljensko dobo (Elsen et al., 1999; Vitezica et al., 2005) je ˇzivljenska prireja logiˇcno niˇzja (Chase-Topping et al., 2005). Frekvenca posameznih alel in velikost populacije bosta tako igrala kljuˇcne vloge pri selekciji na odpornost proti praskavcu. Dr¨ogem¨ uller et al. (2001) in Dr¨ogem¨ uller et al. (2004) poroˇcajo, da bi potrebovali od ˇstiri do devet generacij, da bi v kontroliranih ˇcredah pridobili ˇzivali z ARR/ARR genotipom. Izpostavili so tudi problem maloˇstevilˇcnih pasem, kjer je inbriding lahko ˇze brez selekcije problem. Simulacije razliˇcnih shem selekcije v Veliki Britaniji so pokazale, da bo potrebno tudi do 20 let, da bodo imela vsa klavna jagnjeta vsaj eno alelo ARR, kar bi pomenilo, da so vsaj delno nedovzetni za praskavec. S problemom inbridinga so se pomoˇcjo simulacij ukvarjali tudi Windig et al. (2004). Z intenzivno selekcijo na alelo ARR je lahko stopnja poveˇcevanja koeficienta inbridinga prevelika zato predlagajo bolj milo obliko selekcije, pri ˇcemer je intenzivnost selekcije odvisna od velikosti posamezne populacije in frekvence alel. Zmanjˇsana intenzivnost selekcije naj ne bi imela velikega negativnega uˇcinka na zviˇsevanje frekvence alele ARR. V kasnejˇsih generacijah, ko se frekvenca alele ARR zviˇsa, se lahko intenzivnost selekcije poveˇca.

5

STANJE V SLOVENIJI

V Sloveniji v preteklosti praskavca nismo poznali. Do sedaj so bile identificirane tri obolele ˇzivali s praskavcem. V skladu z direktivami Evropske unije smo v Sloveniji opravili predhodne analize, ki bi pokazale frekvenco posameznih alel pri posameznih pasmah ovc v Sloveniji. Poleg tega morajo biti od leta 2005 pregledani tudi plemenski ovni v kontroliranih in veˇcjih tropih. Skupno smo do sedaj genotipizirali 608 ˇzivali (467 ovnov in 141 ovc) razliˇcnih pasem: jeserskosolˇcavska (JS), oplemenjena JS (JSR), bovˇska (B), istrska pramenka (IP), belokranjska pramenka (BP) in texel (T). Naˇsli smo ˇsest alel: ARR, AHQ, ARH, ARQ, VRQ in VRR, pri ˇcemer je bila alela VRR zelo redka (manj kot 0,5 %) in smo jo zdruˇzili skupaj z alelo VRQ. Naˇstete alele so bile zastopane v 14 genotipih, kar pomeni, da nismo naˇsli vseh moˇznih genotipov. Najveˇc genotipizacij smo opravili na ˇzivalih JS (220) in JSR (158) pasme (tabela 3), kar je glede na zastopanost v celotni populaciji ovc v Sloveniji razumljivo. Pri ostalih pasmah smo pridobili za genotipizacijo veˇc kot 50 ˇzivali, razen pri pasmi texel. Rezultati genotipizacij pri nas kaˇzejo, da je frekvenca alele VRQ pri posameznih pasmah manjˇsa od 10 frekvenca alele ARR

Gorjanc G. Genetika praskavca in stanje v Sloveniji. Semin. naloga. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniˇska fakulteta, 2005

10

nad 10 pri T). Tako kot pri nekaterih populacijah v tujini je tudi pri nas najpogostejˇsa alela ARQ, s frekvencami nad 50 Tabela 3: Deleˇzi posameznih alel po pasmah v Sloveniji Pasma JS JSR B IP BP T

N 220 158 52 87 72 19

ARR 0.18 0.11 0.17 0.25 0.29 0.37

AHQ 0.07 0.11 0.16 0.08 0.04 0.05

ARH 0.08 0.01 0.06 0.01 0.00 0.13

ARQ 0.60 0.71 0.56 0.60 0.65 0.39

VRQ* 0.07 0.05 0.05 0.06 0.01 0.05

JS - jezersko-solˇcavska; JSR - oplemenjena JS; B - bovˇska; IP - istrska pramenka; BP - belokranjska pramenka; T - texel; N - ˇstevilo ˇzivali; * - VRQ in VRR

Na podlagi ugotovljenih frekvenc posameznih alel za gen PrP in velikosti populacij posameznih pasem smo se odloˇcili, da bomo na preizkusni postaji v Logatcu in na alternativni preizkusni postaji na Jezerskem izloˇcevali ovne z alelo VRQ. Uporaba in prodaja ovnov z genotipom ARR/VRQ bo moˇzna le v posebnih primerih. Za intenzivnejˇso selekcijo v korist alele ARR bi potrebovali podrobnejˇso analizo moˇznosti selekcije in njenega vpliva na velikost in vitalnost populacij ter navsezadnje trdne dokaze o smotrnosti takˇsne selekcije. Potrebno je namreˇc povdariti, da ni jasno ali je alela ARR povezana z dovzetnostjo za praskavec ali le moˇcno podaljˇsa inkubacijsko dobo in s tem ˇcas nastopa kliniˇcnih znakov. 6

SKLEPI

Kljub veˇcletnim raziskavam o praskavcu pri ovcah in kozah in ostalih TSE v zadnjem ˇcasu je danes ˇse vedno veliko neznanega. Povzroˇcitelj bolezni ni znan, poznan pa je vzrok za poˇskodbe centralnega ˇzivˇcnega sistema pri obolelih ˇzivalih. Slednje povzroˇca sprememba molekule normalnega celiˇcnega priona (PrP) v spremenjeno obliko (PrPSc), ki poteka kot veriˇzna reakcija. Eno od kljuˇcnih vlog pri dovzetnosti in razvoju bolezni pri ovcah ima gen PrP, katerega vpliv je bil preuˇcevan v ˇstevilnih raziskavah. Alelna oblika VRQ je najbolj povezana z okuˇzbo s praskavcem, medtem ko naj bi na drugi strani alela ARR bila povezana z odpornostjo. Poleg tega gena obstajajo ˇse drugi okoliˇski in genetski dejavniki. Nacionalni selekcijski programi so zaˇceli v odbiro ˇzivali vkljuˇcevati informacije za gen PrP z namenom vzreje bolj odpornih ˇzivali. V Sloveniji je frekvenca alele VRQ pod 10 frekvenca alele ARR pa med 10 in 30 ARQ. Na podlagi frekvenc alel in velikosti populacij smo se odloˇcili, da bomo ob odbiri izloˇcevali ˇzivali, ki bodo nosile alelo VRQ. 7

VIRI

Alexander, B. M., Stobart, R. H., Russell, W. C., O’Rourke, K. I., Lewis, G. S., Logan, J. R., Duncan, J. V., in Moss, G. E. (2005). The incidence of genotypes at codon 171 of the prion protein gene (PRNP) in five breeds of sheep and production traits of ewes associated with those genotypes. J. Anim. Sci., 83(2):455–459. Alper, T., Cramp, W. A., Haig, D. A., in Clarke, M. C. (1967). Does the agent of scrapie replicate without nucleic acid? Nature, 214:764–766.

Gorjanc G. Genetika praskavca in stanje v Sloveniji. Semin. naloga. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniˇska fakulteta, 2005

11

Barillet, F., Andr´eoletti, O., Palhi´eere, I., Aguerre, X., Arranz, J. M., Minery, S., Soulas, C., Belloc, J. P., Briois, M., Fr´egeat, G., Teinturier, P., Amigues, Y., Astruc, J. M., Boscher, M. Y., in Schelcher, F. (2002). Breeding for resistance using PrP genotyping in the French dairy sheep breeds. In Proceedings of the 7th World Congress on Genetics Applied to Livestock Production, Montpellier, 2002-08-19/23, number 13-20. Castanet-Tolosan, INRA. Baylis, M. in Goldmann, W. (2004). The genetics of scrapie in sheep and goats. Curr. Mol. Med., 4(4):385–396. Brandsma, J. H., Janss, L. L. G., in Visscher, A. H. (2004). Association between PrP genotypes and littersize and 135 days weight in Texel sheep. Livest. Prod. Sci., 85(1):59–64. Brandsma, J. H., Janss, L. L. G., in Visscher, A. H. (2005). Association between PrP genotypes and performance traits in an experimental Dutch Texel herd. Livest. Prod. Sci. in press, available online 1 February 2005. Chase-Topping, M. E., Kruuk, L. E. B., Lajous, D., Touzeau, S., Matthews, L., Simm, G., Foster, J. D., Rupp, R., Eychenne, F., Hunter, N., Elsen, J.-M., in Woolhouse, M. E. J. (2005). Genotype-level variation in lifetime breeding success, litter size and survival of sheep in scrapie-affected flocks. J. Gen. Virol., 86(4):1229–1238. de Vries, F., Hamann, H., Dr¨ ogem¨ uller, C., Ganter, M., in Distl, O. (2004). Analysis of associations between the prion protein genotype and reproduction traits in meat sheep breeds. Anim. Sci., 79(3):397–404. DeSilva, U., Guo, X., Kupfer, D. M., Fernando, S. C., Pillai, A. T. V., Najar, F. Z., S., S., Fitch, G. Q., in Roe, B. (2003). Allelic variants of ovine prion protein gene (PRNP) in Oklahoma sheep. Cytogenet. Genome Res., 102(1-4):89–94. Diaz, C., Vitezica, Z. G., Rupp, R., Andreoletti, O., in Elsen, J.-M. (2005). Polygenic variation and transmission factors involved in the resistance/susceptibility to scrapie in a Romanov flock. J. Gen. Virol., 86(3):849–857. Dr¨ ogem¨ uller, C., de Vries, F., Hamann, H., Leeb, T., in Distl, O. (2004). Breeding German sheep for resistance to scrapie. Vet. Rec., 154(9):257–260. Dr¨ ogem¨ uller, C., Leeb, T., in Distl, O. (2001). PrP genotype frequencies in German breeding sheep and the potential to breed for resistance to scrapie. Vet. Rec., 149(12):349–352. Dubois, M.-A., Sabatier, P., Durand, B., Calavas, D., Ducrot, C., in Chalvet-Monfray, K. (2002). Multiplicative genetic effects in scrapie disease susceptibility. Comptes Rendus Biologies, 325(5):565–570. Elsen, J.-M., Amigues, Y., Schelcher, F., Ducrocq, V., Andreoletti, O., Eychenne, F., Tien Khang, J. V., Poivey, J.-P., Lantier, F., in Laplanche, J.-L. (1999). Genetic susceptibility and transmission factors in scrapie: detailed analysis of an epidemic in a closed flock of Romanov. Arch. Virol., 144(3):431–445. Gorjanc, G. in Kompan, D. (2005). Praskavec in genotipizacija. Drobnica, 10(1):3–6. Griffith, J. S. (1967). Self-replication and scrapie. Nature, 215:1043–1044. Houston, F., Goldmann, W., Chong, A., Jeffrey, M., Gonzalez, L., Foster, J., Parnham, D., in Hunter, N. (2003). Prion diseases: BSE in sheep bred for resistance to infection. Nature, 423(6939):498–498. Hunter, N. (1997). The genetics of the sheep, chapter Molecular biology and genetics of scrapie in sheep, pages 225–240. CAB International, Oxon, UK. Hunter, N. in Cairns, D. (1998). Scrapie-free Merino and Poll Dorset sheep from Australia and New Zealand have normal frequencies of scrapie-susceptible PrP genotypes. J. Gen. Virol., 79(8):2079–2082. Likar, M. (1967). Ali bo “praskavica” (scrapie) obrnila na glavo osnove sodobne genetike? Proteus, 30(4–5):114– 116. Matthews, L., Coen, P. G., Foster, J. D., Hunter, N., in Woolhouse, M. E. J. (2001). Population dynamics of a scrapie outbreak. Arch. Virol., 146(6):1173–1186.

Gorjanc G. Genetika praskavca in stanje v Sloveniji. Semin. naloga. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniˇska fakulteta, 2005

12

Moreno, C. R., Lantier, F., Andr´eoletti, O., Vaiman, D., Sarradin, P., Echeyenne, F., Cribiu, E. P., Cosseddu, G., in Elsen, J.-M. (2002). Transposition to sheep of mouse quantitative trait loci (QTL) influencing susceptibility to prion diseases. In Proceedings of the 7th World Congress on Genetics Applied to Livestock Production, Montpellier, 2002-08-19/23, number 13-21. Castanet-Tolosan, INRA. Moreno, C. R., Lantier, F., Lantier, I., Sarradin, P., in Elsen, J.-M. (2003). Detection of new quantitative trait loci for susceptibility to transmissible spongiform encephalopathies in mice. Genetics, 165(4):2085–2091. Moum, T., Olsaker, I., Hopp, P., Moldal, T., Valheim, M., Moum, T., in Benestad, S. L. (2005). Polymorphisms at codons 141 and 154 in the ovine prion protein gene are associated with scrapie Nor98 cases. J. Gen. Virol., 86(1):231–235. Palhi´eere, I., Francois, D., Elsen, J.-M., Barillet, F., Amigues, Y., Perret, G., in Bouix, J. (2002). Allele frequencies of the PrP gene in 29 French sheep breeds. possible use in selection for resistance to scrapie. In Proceedings of the 7th World Congress on Genetics Applied to Livestock Production, Montpellier, 2002-08-19/23, number 13-13. Castanet-Tolosan, INRA. Pan, K., Baldwin, M., Nguyen, J., Gasset, M., Serban, A., Groth, D., Mehlhorn, I., Huang, Z., Fletterick, R. J., Cohen, F. E., in Prusiner, S. B. (1993). Conversion of α -helices β -sheets features in the formation of the scrapie prion proteins. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 90(23):10962–10966. Poser, C. M. (2002a). Notes on the history of the prion diseases: part i. Clin. neurol. neurosurg., 104(1):1–9. Poser, C. M. (2002b). Notes on the history of the prion diseases: part ii. Clin. neurol. neurosurg., 104(1):77–86. Prokopov´ a, L., Lewis, R. M., Dingwall, W. S., in Simm, G. (2002). Scrapie genotype: a correlation with lean growth rate. In Proceedings of the 7th World Congress on Genetics Applied to Livestock Production, Montpellier, 2002-08-19/23, number 13-44. Castanet-Tolosan, INRA. Prusiner, S. B. (1982). Novel proteinaceous infectious particles cause scrapie. Science, 216:136–144. Stringer, S. M., Hunter, N., in Woolhouse, M. E. J. (1998). A mathematical model for the dynamics of scrapie in a sheep flock. Math. Biosci., 153(1):79–98. Vitezica, Z. G., Elsen, J.-M., Rupp, R., in D´ıaz, C. (2005). Using genotype probabilities in survival analysis: a scrapie case. Genet. Sel. Evol., 37(4):403–415. Windig, J. J., Eding, H., Moll, L., in Kaal, L. (2004). Effects on inbreeding of different strategies aimed at eliminating scrapie sensitivity alleles in rare sheep breeds in the Netherlands. Anim. Sci., 79(1):11–20. Woolhouse, M. E. J., Matthews, L., Coen, P., Stringer, S. M., Foster, J. D., in Hunter, N. (1999). Population dynamics of scrapie in a sheep flock. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B, (354):751–756.