Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания животных – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр животноводства – ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста»
Основная причина сокращения продолжительности жизни у маточного поголовья высокопродуктивных животных заключается в отсутствии эффективных тестов на жизнеспособность для включения их в селекционные индексы и мониторинга этого признака при использовании интенсивных технологий. При ретроспективном анализе данных по племенному учёту молочного скота ранее было показано, что среднюю продолжительность продуктивной жизни в когорте коров можно спрогнозировать по данным выбытия на первой лактации (Cherepanov, 2018). Это означает, что потенциал жизнеспособности формируется на этапах онтогенеза, предшествующих достижению возраста репродуктивной зрелости. Цель данной работы − систематизация научных результатов, полученных в области биологии развития, для содержательной трактовки выявленных закономерностей и поиска возможных подходов по ранней оценке жизнеспособности и прогнозированию выживаемости популяций высокопродуктивных животных. Основные разделы статьи: здоровье, гомеостаз, гомеорез, возрастное снижение жизненности, возраст-зависимые факторы формирования жизнеспособности (эмбриональный импринтинг, метилирование ДНК, ацетилирование гистонов, эпимутации, белки теплового шока, система «омоложения» половых клеток. система антиоксидантной защиты. клеточное старение, репродуктивное укорочение теломер). Проведенный анализ показал, что возможных кандидатов на роль тестов для ранней оценки жизнеспособности и прогнозирования выживаемости с большей вероятностью можно найти в области действия конститутивных эпигенетических факторов. Для продления срока продуктивной жизни необходимо увеличивать «начальную» величину жизнеспособности (потенциала выживаемости) за счёт мониторинга физиологического статуса матерей и устранения неблагоприятных отклонений в период пpeнатального развития, а также проведения скрининговых обследований в периоды, предшествующие наступлению репродуктивной зрелости.
1. Божков А.И., Колотова Т.Ю., Волянский Ю.Л. и др. Эпигенетическеий контроль, эпигенетическое наследование и перестройки генома. − Нестабильность генома и эпигенетическое наследование эукариот. − Харьков: Око, 2007.
2. Божков А.И., Длубовская В.Л., Дмитриев Ю.В., Мешайкина Н.И., Малеев В.Ф., Климов Е.М. Возможная роль «метаболической памяти» в формировании ответной реакции на стресс-факторы у молодых и взрослых организмов // Успехи геронтологии. − 2009. − Т. 22. − № 2. − С. 259-268.
3. Брехман И.И. Валеология − наука о здоровье. − М.: Физкультура и спорт, 1990.
4. Вайсерман А.М., Войтенко В.П., Мехова Л.В. Эпигенетическая эпидемиология возраст-зависимых заболеваний // Онтогенез. − 2011. − Т. 42. − № 1. − С. 30-50.
5. Герасимчук А.В. Связь признаков естественной резистентности с молочной продуктивностью, долголетием и воспроизводительными качествами коров // В сб.: Повышение генетического потенциала молочного скота. − М.: Агропромиздат, 1986.− С. 179-183.
6. Голубев А.Г. Проблемы обсуждения вопроса о возможности подходов к построению общей теории старения. III. Теория и практика старения // Успехи геронтологии. – 2009. – Т. 22.– № 3. – С. 387-400.
7. Голубовский М.Д. Век генетики: Эволюция идей и понятий. – СПб.: Борей Арт, 2000. –.262 c.
8. Гродзинский Д.М., Войтенко В.П., Кутляхмедов Ю.А., Кольтовер В.К. Надёжность и старение биологических систем. − Киев: Наукова думка, 1987. − 176 с.
9. Зотин А.И. Термодинамический подход к проблемам развития, роста и старения. − М.: Мир, 1974.
10. Карликова Г.Г. Генетическая устойчивость к болезням как фактор увеличения долголетия // В сб.: Продуктивное долголетие крупного рогатого скота молочных пород (информационный обзор). – Подольск-Дубровицы: ВИЖ, 2012. – С. 18-34.
11. Крутько А.Н. Подходы к «обшей теории здоровья» // Физиология человека. − 1994. − Т. 20. − № 6. − С. 34-42
12. Кузник Б.И., Линькова Н.С., Хавинсон В.Х. Белки теплового шока, возрастные изменения, развитие тромботических осложнений и пептидная регуляция генома (обзор литературы и собственных данных) // Успехи геронтологии. − 2011. − Т. 24. − № 4. − С. 539-552.
13. Кудрин А.Г., Загороднев Ю.П. Зоотехнические основы повышения пожизненной продуктивности коров. − М.: Колос, 2007. − 95 с.
14. Лебедев И.Н. Эпигенетические аспекты нарушений эмбрионального развития человека // Экологическая генетика человека. − 2011. − Т. 9. − № 3. − С. 15-19.
15. Москалёв А.А. Эволюционные представления о природе старения // Успехи геронтологии. − 2010. − Т. 23. − № 1. − С. 9-20.
16. Никольский В.В. Инфекция и иммунитет у сельскохозяйственных животных. − Киев: Урожай, 1974.
17. Новосельцев В.Н., Аркинг Р., Новосельцева Ж.А., Яшин А.И. Междисциплинарное моделирование системных механизмов репродукции и старения // Проблемы управления. – 2004. – № 4. – С. 27-40.
18. Новосельцев В.Н., Новосельцева Ж.А., Яшин А.И. Старение насекомых. II. Гомеостатическая модель // Успехи геронтологии. − 2000. − № 4.− С. 132-140.
19. Новосельцев В.Н., Новосельцева Ж.А. Здоровье, гомеостаз и долголетие // Успехи геронтологии. − 2011. − Т. 24. − № 4. − С. 553-562.
20. Озернюк Н.Д., Зотин А.И., Юровицкий Ю.Г. Оогенез как модель уклонения живой системы от стационарного состояния // Онтогенез. – 1971. – Т. 2. − № 6. – С. 565-571.
21. Прошина О., Лоскутов Н. Воспроизводство стада: потерянная страница // Животноводство России. – 2011. – № 9. – С. 40-41.
22. Светлов П. Г. Теория критических периодов развития и её значение для понимания принципов действия среды на онтогенез // В кн.: Вопросы цитологии и общей физиологии. – М.: изд. АН СССР, 1960. – С. 263-285.
23. Светлов П. Г. Роль внешних воздействий при реализации наследственных признаков в онтогенезе // Проблемы медицинской генетики. – Л.: Медицина. – 1965. − С. 106-136.
24. Сельцов В.И., Молчанова Н.В., Калиевская Г.Ф., Тохов М.Х. Продуктивное долголетие – комплексный показатель в селекции крупного рогатого скота // В сб.: Продуктивное долголетие крупного рогатого скота молочных пород (информационный обзор). – Подольск-Дубровицы: ВИЖ, 2012. – С. 9-27.
25. Чистяков В.А., Денисенко Ю.В. Имитационное моделирование старения дрозофилы in silico // Успехи геронтологии. − 2010. − Т. 23. − № 4. − С. 557-563.
26. Уоддингтон К.Х. Основные биологические коцепции // В кн.: На пути к теоретической биологии. I. Пролегомены. – М.: Мир, 1970. – 181 с. (Пер. с англ. изд.: Towards a theoretical biology. I. Prolegomena. IUBS Symposium. Ed. C.H. Waddington), Birmingham: Aldine Publ., 1968).
27. Яшин А.И., Украинцева С.В. Новые идеи, методы и проблемы в моделировании демографических и эпидемиологических проявлений старения // Проблемы управления. – 2004. – № 4. – С. 18-26.
28. Allison D.B., Miller R.A., Austad S.N. et al. Genetic variability in responses to caloric restriction in animals and in regulation of metabolism and obesity in humans // J. Geront. Ser. A. Biol. Sci. Med. Sci. − 2001. − Vol. 56. − No. 1. − P. 55-65.
29. Bateson M. Cumulative stress in research animals: telomere attrition as a biomarker in a welfare context? // BioEssays. – 2016. – Vol. 38. – P. 201-212. DOI: 10.1002/bies.201500127
30. Bennet-Baker P.E., Wilkowski J., Burke D.T. Age-associated activation of epigenetically repressed genes in the mouse // Genetics. − 2003. − Vol. 165. − P. 2005-2062.
31. Britt J.H., Cushman R.A., Dechow C.D., Dobson H., Humblot P., Hutjens M.F., Jones G.A., Ruegg P.S., Sheldon I.M., Stevenson J.S. Invited review: Learning from the future-A vision for dairy farms and cows in 2067 // J. Dairy Sci. – 2018. – Vol. 101. – No. 5. – P. 3722-3741. DOI:10.3168/jds.2017-14025.
32. Сalabrese E.J., Baldwin L.A., Holland C.D. Hormesis: a highly generalizable and reproducible phenomenon with important implications for risk assessment // Risk Anal. – 1999. – Vol. 19. – P. 261-281.
33. Cherepanov G.G., Bogdanova N.A., Makar Z.N. Special traits of the age dynamics of milk production in dairy cows in relation to their viability // Russian Agricultural Sciences. − 2013. – Vol. 39. – No. 5-6. – P. 442-445.
34. Cherepanov G.G., Makar Z.N. Analysis of relationship between viability of cows, herd turnover rate, and milk production efficiency (system and algorithm modeling) // Russian Agricultural Sciences. − 2015. − Vol. 41. − No. 2-3. – P. 166-170. DOI 10.3103/S106836741502007X
35. Cherepanov G.G. Prediction of viability of cows: a new look at the old problem // Agricultural Research and Technology. Open Journal (ARTOAJ). − 2018. − Vol. 141. − Issue 5. DOI: 10.19080/ARTOAJ.2018.14.555931
36. Chong S., Whitelaw E. Epigenetic germline inheritance // Curr. Opin. Genet. Dev. − 2004. − Vol. 14. − P. 692-696.
37. Chiras D. Human Biology: Health, Homeostasis, and the Environment. – N.Y.: Jones & Barlett Publ., 2002.
38. Dolinoy D.C., Weidman J.R., Jirtle R.L. Epigenetic gene regulation: linking early developmental environment to adult disease // Reprod. Toxicol. − 2007. − Vol. 23. − Р. 297-307.
39. De Felici M., Kinger F.G., Farini D. et al. Establishment of oocyte population in the fetal ovary: primordial germ cell proliferation and oocyte programmed cell death // Reprod. Biomed. Online. − 2005. − Vol. 10. − No. 2. − P. 182-191.
40. Doonan R., McElwee J.J., Mathijssens F. et al. Against the oxidative damage theory of ageing: superoxide dismutases protect against oxidative stress but have little or no effect on life span in C. elegans // Gen. Develop. − 2009. − Vol. 22. − P. 3236-3241.
41. Esteller M. Aberrant DNA methylation as a cancer-inducing mechanism // Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. − 2005. − Vol. 45. − P. 629-656.
42. Faragher R.G.A., Sheerin A.N., Ostler E.L. Can we intervene in human aging? // Expert Reviews. − 2009. − Vol. 11. − P. 1-13.
43. Franzetti B., Schoehn G., Ebel C. et al. Characterization of a novel complex from halophillic archaebacteria, which displays chaperone-like activities in vitro // J. Biol. Chem. − 2001. − Vol. 276. − No. 32. − P. 29906-29914.
44. Gianelli F. Mitochondria and the quality of human gametes // Amer. J. Hum. Genet. − 2001. − Vol. 68. − P. 1535-1537.
45. Ginsburg G.S., Willard H.F. Genomic and personalized medicine: foundations and applications // Transl. Res. – 2009. −Vol. 154. – No. 6. − P. 277-287.
46. Gluckman P.D., Hanson M.A. The developmental origins of the metabolic syndrome // Trends Endocrinol. Metab. − 2004. − Vol. 15. − P. 183-187.
47. Guarente L., Kenion C. Genetic pathways that regulate ageing in model organisms // Nature. − 2000.− Vol. 51. − No. 6. − P. 887-898.
48. Heidinger B.J., Blount J.D., Boner W. et al. Telomere length in early life predict lifespan // Proc. Natl. Acad. Sci. National Acad. Sciences. − 2012. – Vol. 109. – P. 1-6.
49. Helfand S.L., Inouye S.K. Rejuvenating views of the aging process // Nat. Rev. Genet. − 2002. − Vol. 3. − P. 149-153.
50. Hemminki K., Lorenzo Bermejo J., Forwsi A. The balance between heritable and environmental aetiology of human disease // Nat. Rev. Genet. − 2006. − Vol. 7. − P. 958-965.
51. Holloszy J.O. Longevity of exercising male rats: effect of an antioxidant supplemented diet // Mech. Aging Dev. − 1998. − Vol. 100. − P. 211-219.
52. Hooven T.A., Yamamoto Y., Jeffer W.R. Bing cavefish and heat shock protein chaperones: a novel role HSP9a in lens apoptosis // Int. J. Dev. Biol. −2004. − Vol. 48. − P. 731-738.
53. Jaenish R., Bird A. Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals // Nat. Genet. − 2003. − Vol. 33. − P. 245-254.
54. Krishnamurthy J., Torrice C., Ramsey M.R. et al. Ink4a/Arf expression is a biomarker of aging // J. Clin. Invest. − 2004. − Vol. 114. − No. 9. − P. 1299-1833.
55. Lee Y.K., Manalo D., Liu A.Y. Heat shock response, heat shock transcript HEAT-tion factor and cell aging // Biol. Signals. − 1996.− Vol. 5. − P. 180-191.
56. Lithgow G.J., White T.M., Melov S., Johnson T.E. Thermotolerance and extended life-span conferred by single-gene mutations and induced by thermal stress // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. − 1995. − Vol. 92. − P. 7540-7544.
57. Mango S.E. Aging: generations of longevity // Nature. − 2011. − Vol. 479. − P. 302-303.
58. Marin R., Valet J.P., Tanguay R.M. Heat shock induces changes in the expression and binding of ubiquitin in senescent Drosophila melanogaster // Dev. Genet. − 1993. − Vol. 14. − P. 78-86.
59. Medvedev Z.A. On the immortality of the germ line: genetic and biochemical mechanism. A review // Mech. Aging Dev. − 1981. − Vol. 17. − No. 4. −331-359.
60. Michalski A.I., Johnson T.E., Cypser J.R. et al. Heating stress patterns in Caenorhabditis elegans longevity and survivorship // Biogerontology. − 2001. − Vol. 2. − P. 35-44.
61. Miglior F., Fleming A., Malchiodi F., Brito L.F., Martin P., Baes C.F.. A 100-Year Review: Identification and genetic selection of economically important traits in dairy cattle // J. Dairy Sci. 2017, 100(12): 10251-10271. DOI: 10.3168/jds.2017-12968.
62. Novaković Ž., Aleksić S., Sretenović L. et al. Longevity of high-yielding cows // Biotechnology in Animal Husbandry. – 2009. – Vol. 25. – No. 5-6. – P. 645-654.
63. Nilsson E., Larsen G., Manikkam M., Guerrero-Bosanga C. et al. Environmentally induced epigenetic transgenerational inheritance of ovarian disease // PLoS ONE. − 2012. − Vol. 7. − No. 4. − e36129.
64. Offit K. Personalized medicine: new genomics, old lessons // Hum. Genet. – 2011. – Vol. 130. – No. 1. – P. 3-14.
65. Opsomer G., Van Eetvelde M., Kamal M., Van Soom A. Epidemiological evidence for metabolic programming in dairy cattle // Reprod. Fertil. – 2016. – Vol. 29. – No. – P. 52-57. DOI: 10.1071/RD16410.
66. Pang S., Curran S.P. Longevity and the long arm of epigenetics: Acquired parental marks influence lifespan across several generations // Bioessays. − 2012. − Vol. 34. − P. 652-654.
67. Pockey A.G. Heat shock proteins as regulation of the immune response // Lancet. − 2003. − Vol. 362. − P. 469-476.
68. Rasmussen U.F., Krustrup P., Kjaer M., Rasmussen H.N. Human skeletal muscle mitochondrial metabolism in youth and senescence no signs of functional changes in ATP formation and mitochondrial oxidative capacity // Europ. J. Physiol. − 2003. − Vol. 446. − P. 270-278.
69. Richardson B. Impact of aging on DNA methylation // Aging Res. Rev. − 2003. − Vol. 2. − P. 245-261.
70. Rodwell G.E.J., Sonu R., Zahn J.M. et al. A transcriptional profile of aging in the human kidney // PLoS Biol. − 2004. − Vol. 2. − No. 12. − P. 2191-2201.
71. Schumacher A., Petronis A. Epigenetics of complex diseases: from general theory to laboratory experiments // Curr. Top. Microbiol. Immunol. − 2006. − Vol. 310. − P. 81-115.
72. Seeker L.A., Hska J.J., Psifidi A., Wilbourn R.V. et al. Bovine telomere dynamics and the association between telomere length and productive lifespan // Sci. Rep. − 2018a. – Vol. 8. – No. 1. – Art. 12748. DOI: 10.1038/s41598-018-31185-z
73. Seeker L.A., Hska J.J., Psifidi A.,Wilbourn R.V. et al. Longitudinal changes in telomere length and associated genetic parameters in dairy cattle analysed using random regression models // PLoS ONE 2018b 13(2): e0192864).
74. Tzschentke B. Attainment of thermoregulation as affected by environmental factors // Poult. Sci.− 2007. − Vol. 86. − No. 5. − P. 1025-1036.
75. Vanraden P.M., Wiggans G.R. Productive life evaluation: calculation, accuracy, and economic value // J. Dairy Sci. – 1995. – Vol. 78. – P. 631-638.
76. Vasseur E. Animal behavior and well-being symposium: optimizing outcome measures of welfare in dairy cattle assessment // J. Anim. Sci. – 2017. – Vol. 95. – No. 3. – P. 1365-1371. DOI: 10.2527/jas.2016.0880.
77. Vaupel J.W., Baudisch A., Dolling M. et al. The case for negative senescence // Theor. Popul. Biol. − 2004. − Vol. 65. − P. 339-351.
78. Vaupel J.W. Biodemography of human aging // Nature. − 2010. − Vol. 404. − No. 7288. − P. 536-542.
79. Walter C.A., Walter R.B., McCarrey J.R. Germline genomes − a biological fountain of youth? // Sci. Aging Knowl. Environ. − 2003. − Vol. 20. − No. 8. − P. 4.
80. Waterland R.A., Travisano K.G., Tahiliani K.G., Mirza S. Methyl donor supplementation prevents transgenerational amplification of obesity // Int. J. Obes. (Lond.) − 2008. − Vol. 32. − P. 1373-1379.
81. Wheeler J.G., Bieschke E.T., Tower J. Muscle-specific expression of Drosophila HSP70 in response to aging and oxidative stress // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. − 1995. − Vol. 92. − P. 10408-10412.
82. Welch W.G., Suhan J.P. Cellular and biochemical events in mammalian cells during and after recovery from physiological stress // J. Cell Biol. − 1986. − Vol. 103. − P. 2035-2052.
83. Zielinska E. How free radicals make us old // The Scientist. − 2008. − Vol. 19. − No. 5. − P. 37.