Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1059910.32607/20758251-2013-5-1-33-46ReviewsОбзорыResearch ArticleUse of Transgenic Animals in Biotechnology: Prospects and ProblemsИспользование трансгенных животных в биотехнологии: перспективы и проблемыMaksimenkoO. G.МаксименкоO. Г.
Russian Federation
georgiev_p@mail.ruDeykinA. V.ДейкинA. В.
Russian Federation
georgiev_p@mail.ruKhodarovichYu. M.ХодаровичЮ. M.
Russian Federation
georgiev_p@mail.ruGeorgievP. G.ГеоргиевП. Г.
Russian Federation
georgiev_p@mail.ruInstitute of Gene Biology of the Russian Academy of SciencesИнститут биологии гена РАНShemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry of the Russian Academy of SciencesИнститут биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН1503201351VOL 5, NO1 (2013)ТОМ 5, №1 (2013)334617012020Copyright ©; 2013, Maksimenko O.G., Deykin A.V., Khodarovich Y.M., Georgiev P.G.Copyright ©; 2013, Максименко O.Г., Дейкин A.В., Ходарович Ю.M., Георгиев П.Г.2013Maksimenko O.G., Deykin A.V., Khodarovich Y.M., Georgiev P.G.Максименко O.Г., Дейкин A.В., Ходарович Ю.M., Георгиев П.Г.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10599

During the past two decades, there have been numerous attempts at using animals in order to produce recombinant human proteins and monoclonal antibodies. However, it is only recently that the first two therapeutic agents isolated from the milk of transgenic animals, C1 inhibitor (Ruconest) and antithrombin (ATryn), appeared on the market. This inspires hope that a considerable number of new recombinant proteins created using such technology could become available for practical use in the near future. In this review, the methods applied to produce transgenic animals are described and the advantages and drawbacks related to their use for producing recombinant human proteins and monoclonal antibodies are discussed.

В течение последних 20 лет предпринимались многочисленные попытки использования животных для производства рекомбинантных белков человека и моноклональных антител. Однако только недавно на рынке появились два первых терапевтических препарата, полученных из молока трансгенных животных: С1-ингибитор (Ruconest) и антитромбин (ATryn). Это позволяет надеяться на доведение в ближайшем времени до практического применения большего числа новых рекомбинантных белков, созданных с помощью этой технологии. В настоящем обзоре описаны способы получения трансгенных животных, обсуждаются преимущества и недостатки их использования для производства рекомбинантных белков человека и моноклональных антител.

bioreactormilk protein productionproduction of monoclonal antibodiesrecombinant proteinstherapeutic drugstransgenic animalsбиореакторпродукция белков в молокепроизводство моноклональных антителрекомбинантные белкитерапевтические препаратытрансгенные животныеThis work was supported by the Federal Target Programme “Research and Development in Priority Directions for the Development of the Russian Science and Technology Complex for 2007-2013” (state contracts No. 16.512.12.2007 and 16.552.11.7067).Работа поддержана ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно- технологического комплекса России на 2007–2013 годы» (государственные контракты № 16.512.12.2007 и 16.552.11.7067).1. Demain A.L., Vaishnav P. // Biotechnology Advances. 2009. V. 27. P. 297-306.2. Durocher Y., Butler M. // Curr. Opin. Biotech. 2009. V. 20. P. 700-707.3. Hammer R.E., Brinster R.L., Rosenfeld M.G., Evans R.M., Mayo K.E. // Nature. 1985. V. 315. P. 413-416.4. Dyck M.K., Lacroix D., Pothier F., Sirard M.A. // Trends Biotechnol. 2003. V. 21. P. 394-399.5. Echelard Y. // Curr. Opin. Biotechnol. 1996. V. 7. P. 536-540.6. Houdebine L.-M. // Comp. Immunol. Microbiol. Infect. Dis. 2009. V. 32. P. 107-121.7. Redwan el-R.M. // J. Immunoassay Immunochem. 2009. V. 30. P. 262-290.8. Rudolph N.S. // TIBTEC H. 1999. V. 17. P. 367-374.9. Soler E., Thepot D., Rival-Gervier S., Jolivet G., Houdebine L.-M. // Reprod. Nutr. Dev. 2006. V. 46. P. 579-588.10. BIOPHARMA: Biopharmaceutical Products in the US and European Markets. http://biopharma.fmsdb.com/biopharma7. lasso?S=index&DB_test=DD&-nothing11. Vàzquez-Salat N., Salter B., Smets G., Houdebine L.-M. // Biotechnology Advances. 2012. . V. 30. № 6. P. 1336-1343.12. Kues W.A., Niemann H. // Prev. Vet. Med. 2011. V. 102. P. 146-156.13. Goldman I.L., Kadullin S.G., Razin S.V. // Med. Sci. Monit. 2004. V. 10. P. RA274-285.14. Wilmut I., Schnieke A.E., McWhir J., Kind A.J., Campbell K.H. // Nature. 1997. V. 385. P. 810-813.15. Echelard Y., Williams J.L., Destrempes M.M., Koster J.A., Overton S.A., Pollock D.P., Rapiejko K.T., Behboodi E., Masiello N.C., Gavin W.G., et al. // Transgenic Res. 2009. V. 18. P. 361-376.16. Yang P., Wang J., Gong G., Sun X., Zhang R., Du Z., Liu Y., Li R., Ding F., Tang B., et al. // PLoS One. 2008. V. 3. P. e3453.17. Whyte J.J., Prather R.S. // Mol. Reprod. Dev. 2011. V. 78. P. 879-891.18. Zhang Y., Yang Z., Yang Y., Wang S., Shi L., Xie W., Sun K., Zou K., Wang L., Xiong J., et al. // J. Mol. Cell Biol. 2011. V. 3. P. 132-141.19. Honaramooz A., Yang Y. // Vet. Med. Int. 2010. pii: 657860.20. Garrels W., Mátés L., Holler S., Dalda A., Taylor U., Petersen B., Niemann H., Izsvák Z., Ivics Z., Kues W.A. // PLoS One. 2011. V. 6. P. e23573.21. Shi G., Chen H., Wu X., Zhou Y., Liu Z., Zheng T., Huang P. // Transgenic Res. 2009. V. 18. P. 573-582.22. Goldman I.L., Georgieva S.G., Gurskiy Ya.G., Krasnov A.N., Deykin A.V., Popov A.N., Ermolkevich T.G., Budzevich A.I., Chernousov A.D., Sadchikova E.R. // Biochem. Cell Biol. 2012. V. 90. P. 513-519.23. van Berkel P.H., Welling M.M., Geerts M., van Veen H.A., Ravensbergen B., Salaheddine M., Pauwels E.K., Pieper F., Nuijens J.H., Nibbering P.H. // Nat. Biotechnol. 2002. V. 20. P. 484-487.24. Zhang J., Li L., Cai Y., Xu X., Chen J., Wu Y., Yu H., Yu G., Liu S., Zhang A., et al. // Protein Expression and Purification. 2008. V. 57. P. 127-135.25. Platenburg G.J., Kootwijk E.P., Kooiman P.M., Woloshuk S.L., Nuijens J.H., Krimpenfort P.J.A., Pieper F.R., de Boer H.A., Strijker R. // Transgenic Res. 1994. V. 3. P. 99-108.26. Deykin A.V., Ermolkevich T.G., Gursky Y.G., Krasnov A.N., Georgieva S.G., Kuznetsov S.L., Derevyanko V.G., Novikova N.I., Murashev A.N., Goldman I.L., et al. // Dokl. Biochem. Biophys. 2009. V. 427. P. 195-198.27. Tong J., Wei H., Liu X., Hu W., Bi M., Wang Y., Li Q., Li N. // Transgenic Res. 2011. V. 20. P. 417-419.28. Maga E.A., Shoemaker C.F., Rowe J.D., BonDurant R.H., Anderson G.B., Murray J.D. // J. Dairy Sci. 2006. V. 89. P. 518-524.29. Maga E.A., Anderson G.B., Huang M.C., Murray J.D. // Transgenic Res. 1994. V. 3. P. 36-42.30. Wang J., Yang P., Tang B., Sun X., Zhang R., Guo C., Gong G., Liu Y., Li R., Zhang L., et al. // J. Dairy Sci. 2008. V. 91. P. 4466-4476.31. Kabotyanski E.B., Rijnkels M., Freeman-Zadrowski C., Buser A.C., Edwards D.P., Rosen J.M. // J. Biol. Chem. 2009. V. 284. P. 22815-22824.32. Choi T., Huang M., Gorman C., Jaenisch R. // Mol. Cell. Biol. 1991. V. 11. P. 3070-3074.33. Whitelaw C.B., Archibald A.L., Harris S., McClenaghan M., Simons J.P., Clark A.J. // Transgenic Res. 1991. V. 1. P. 3-13.34. Girod P.A., Zahn-Zabal M., Mermod N. // Biotech. Bioeng. 2005. V. 91. P. 1-11.35. Girod P.A., Nguyen D.Q., Calabrese D., Puttini S., Grandjean M., Martinet D., Regamey A., Saugy D., Beckmann J.S., Bucher P., et al. // Nat. Methods. 2007. V. 4. P. 747-753.36. Benton T., Chen T., McEntee M., Fox B., King D., Crombie R., Thomas T.C., Bebbington C. // Cytotechnology. 2002. V. 38. P. 43-46.37. Kwaks T.H.J., Barnett P., Hemrika W., Siersma T., Sewalt R.G., Satijn D.P., Brons J.F., van Blokland R., Kwakman P., Kruckeberg A.L., et al. // Nat. Biotech. 2003. V. 21. P. 553-558.38. Kwaks T.H.J., Otte A.P. // Trends Biotechnol. 2006. V. 24. P. 137-142.39. Recillas-Targa F., Valadez-Graham V., Farrell C.M. // BioEssays. 2004. V. 26. P. 796-807.40. Maksimenko O., Chetverina D., Georgiev P. // Genetika. 2006. T. 42. C. 845-857.41. Herold M., Bartkuhn M., Renkawitz R. // Development. 2012. V. 139. P. 1045-1057.42. Chung J.H., Bell A.C., Felsenfeld G. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997. V. 94. P. 575-580.43. Bell A.C., West A.G., Felsenfeld G. // Cell. 1999. V. 98. P. 387-396.44. West A.G., Huang S., Gaszner M., Litt M.D., Felsenfeld G. // Mol. Cell. 2004. V. 16. P. 453-463.45. Dickson J., Gowher H., Strogantsev R., Gaszner M., Hair A., Felsenfeld G., West A.G. // PLoS Genetics. 2010. 6:e1000804.46. Giles K.E., Gowher H., Ghirlando R., Jin C., Felsenfeld G. // Cold Spring Harbor Symp. Quantitative Biol. 2010. V. 75. P. 1-7.47. Giraldo P., Martinez A., Regales L., Lavado A., Garcia-Diaz A., Alonso A., Busturia A., Montoliu L. // Nucl. Acids. Res. 2003. V. 31. P. 6290-6305.48. Giraldo P., Rival-Gervier S., Houdebine L.-M., Montoliu L. // Transgenic Res. 2003. V. 12. P. 751-755.49. Potts W., Tucker D., Wood H., Martin C. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2000. V. 273. P. 1015-1018.50. Rival-Gervier S., Pantano T., Viglietta C., Maeder C., Prince S., Attal J., Jolivet G., Houdebine L.-M. // Transgenic Res. 2003. V. 12. P. 723-730.51. Chandler K.J., Chandler R.L., Broeckelmann E.M., Hou Y., Southard-Smith E.M., Mortlock D.P. // Mamm. Genome. 2007. V. 18. P. 693-708.52. Tong J., Lillico S.G., Bi M.J., Qing T., Liu X.F., Wang Y.Y., Zheng M., Wang M., Dai Y.P., Bruce C., Whitelaw A., Li N. // Transgenic Res. 2011. V. 20. P. 933-938.53. Saidi S., Rival-Gervier S., Daniel-Carlier N., Thépot D., Morgenthaler C., Viglietta C., Prince S., Passet B., Houdebine L.-M., Jolivet G. // Gene. 2007. V. 401. P. 97-107.54. Saux A.L., Houdebine L.-M., Jolivet G. // Transgenic Res. 2010. V. 19. P. 923-931.55. van Keuren M., Gavrilina G., Filipiak W., Zeidler M., Saunders T. // Transgenic Res. 2009. V. 18. P. 769-785.56. Burnouf T. // Vox. Sanguinis. 2011. V. 100. P. 68-83.57. Lubon H. // Biotechnol. Annu. Rev. 1998. V. 4. P. 1-54.58. Parker M.H., Birck-Wilson E., Allard G., Masiello N., Day M., Murphy K.P., Paragas V., Silver S., Moody M.D. // Protein Expr. Purif. 2004. V. 38. P. 177-183.59. Huang Y.J., Huang Y., Baldassarre H., Wang B., Lazaris A., Leduc M., Bilodeau A.S., Bellemare A., Côté M., Herskovits P., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. V. 104. P. 13603-13608.60. Ko J.H., Lee C.S., Kim K.H., Pang M.G., Koo J.S., Fang N., Koo D.B., Oh K.B., Youn W.S., Zheng G.D., et al. // Transgenic Res. 2000. V. 9. P. 215-222.61. Lee C.S., Lee D.S., Fang N.Z., Oh K.B., Shin S.T., Lee K.K. // Reprod. Dev. Biol. 2006. V. 30. P. 293-299.62. Edmunds T., van Patten S.M., Pollock J., Hanson E., Bernasconi R., Higgins E., Manavalan P., Ziomek C., Meade H., McPherson J.M., et al. // Blood. 1998. V. 91. P. 4561-4571.63. Yan J.-B., Wang S., Huang W.-Y., Xiao Y.-P., Ren Z.-R., Huang S.-Z., Zeng Y.-T. // Biochem. Genet. 2006. V. 44. P. 349-360.64. Ebert K.M., DiTullio P., Barry C.A., Schindler J.E., Ayres S.L., Smith T.E., Pellerin L.J., Meade H.M., Denman J., Roberts B. // Biotechnology (N.Y.). 1994. V. 12. P. 699-702.65. Huang S., Zhang K., Huang Y., Chen M., Li H., Lu D., Lu J., Chen Y., Qiu X., Xue J., et al. // Chin. Sci. Bull. 1998. V. 43. P. 1317-1319.66. Salamone D., Baranao L., Santos C., Bussmann L., Artuso J., Werning C., Prync A., Carbonetto C., Dabsys S., Munar C., et al. // J. Biotechnol. 2006. V. 124. P. 469-472.67. Serova I.A., Dvoryanchikov G.A., Andreeva L.E., Burkov I.A., Dias L.P., Battulin N.R., Smirnov A.V., Serov O.L. // Transgenic Res. 2012. V. 21. P. 485-498.68. Korhonen V.P., Tolvanen M., Hyttinen J.M., Uusi-Oukari M., Sinervirta R., Alhonen L., Jauhiainen M., Jänne O.A., Jänne J. // Eur. J. Biochem. 1997. V. 245. P. 482-489.69. Wall R.J., Powell A.M., Paape M.J., Kerr D.E., Bannerman D.D., Pursel V.G., Wells K.D., Talbot N., Hawk H.W. // Nat. Biotechnol. 2005. V. 23. P. 445-451.70. Kerr D.E., Plaut K., Bramley A.J., Williamson C.M., Lax A.J., Moore K., Wells K.D., Wall R.J. // Nat. Biotechnol. 2001. V. 19. P. 66-70.71. Van Cott K.E., Lubon H., Russell C.G., Butler S.P., Gwazdauska F.C., Knight J., Drohan W.N., Velander W.H. // Transgenic Res. 1997. V. 6. P. 203-212.72. van Cott K.E., Butler S.P., Russel C.G., Subbramanian A., Lubon H., Gwazdauskas F.C., Knight J., Drohan W.N., Velander W.H. // Biomol. Engineering. 1999. V. 15. P. 155-160.73. Chrenek P., Vasicek D., Makarevich A.V., Jurcik R., Suvegova K., Bauer M., Parkanyi V., Rafay J., Batorova A., Paleyanda R.K. // Transgenic Res. 2005. V. 14. P. 417-428.74. Chrenek P., Ryban L., Vetr H., Makarevich A.V., Uhrin P., Paleyanda R.K., Binder B.R. // Transgenic Res. 2007. V. 16. P. 353-361.75. Hiripi L., Makovics F., Halter R., Baranyi M., Paul D., Carnwath J.W., Bosze Z., Niemann H. // DNA Cell Biol. 2003. V. 22. P. 41-45.76. Baldassarre H., Deslauriers J., Neveu N., Bordignon V. // Transgenic Res. 2011. V. 20. P. 1265-1272.77. Toledo J.R., Sánchez O., Seguí R.M., García G., Montañez M., Zamora P.A., Rodríguez M.P., Cremata J.A. // J. Biotechnol. 2006. V. 123. P. 225-235.78. Sanchez O., Toledo J.R., Rodriguez M.P., Castro F.O. // J. Biotechnol. 2004. V. 114. P. 89-97.79. Han Z.S., Li Q.W., Zhang Z.Y., Xiao B., Gao D.W., Wu S.Y., Li J., Zhao H.W., Jiang Z.L., Hu J.H. // Protein Expr. Purif. 2007. V. 53. P. 225-231.80. Gursky Y., Bibilashvili R., Minashkin M., Krasnov A., Deikin A., Ermolkevich T., Popov A., Verbovaya L., Rutkevich N., Shevelev A., et al. // Transgenic Res. 2009. V. 18. P. 747-756.81. Gil G.-C., Velander W.H., van Cott K.E. // Glycobiology. 2008. V. 18. P. 526-539.82. Koles K., van Berkel P.H., Pieper F.R., Nuijens J.H., Mannesse M.L., Vliegenthart J.F., Kamerling J.P. // Glycobiology. 2004. V. 14. P. 51-64.83. Parkera M.H., Birck-Wilsonb E., Allardb G., Masiellob N., Dayb M., Murphya K.P, Paragasa V., Silverb S., Moody M.D. // Protein Exp. Purif. 2004. V. 38. P. 177-183.84. Shukla A.A., Thommes J. // Trends Biotech. 2010. V. 28. P. 253-261.85. Young M.W., Meade H., Curling J.M., Ziomek C.A., Harvey M. // Res. Immunol. 1998. V. 149. P. 609-610.86. Pollock D.P., Kutzko J.P., Birck-Wilson E., Williams J.L., Echelard Y., Meade H.M. // J. Immunol. Meth. 1999. V. 231. P. 147-157.87. Simons J.P., McClenaghan M., Clark A.J. // Nature. 1987. V. 328. P. 530-532.88. Shamay A., Solinas S., Pursel V.G., McKnight R.A., Alexaner L., Beattie C., Hennighausen L., Wall R.J. // J. Anim. Sci. 1991. V. 69. P. 4552-4562.89. Castilla J., Pintado B., Sola I., Sanchez-Morgado J.M., Enjuanes L. // Nat. Biotechnol. 1998. V. 16. P. 349-354.90. Limonta J., Pedraza A., Rodriguez A., Freyre F.M., Barral A.M., Castro F.O., Lleonart R., Gracia C.A., Gavilondo J.V., de la Fuente J. // Immunotechnology. 1995. V. 1. P. 107-113.91. Sola I., Castilla J., Pintado B., Sanchez-Morgado J.M., Whitelaw C.B., Clark A.J., Enjuanes L. // J. Virol. 1998. V. 72. P. 3762-3772.92. Tang B., Yu S., Zheng M., Ding F., Zhao R., Zhao J., Dai Y., Li N. // Transgenic Res. 2008. V. 17. P. 727-732.93. Zhang R., Rao M., Li C., Cao J., Meng Q., Zheng M., Wang M., Dai Y., Liang M., Li N. // Transgenic Res. 2009. V. 18. P. 445-453.94. Zhang R., Cui D., Wang H., Li C., Yao X., Zhao Y., Liang M., Li N. // Transgenic Res. 2012. DOI 10.1007/s11248-012- 9589-z95. Baruah G.L., Belfort G. // Biotech. & Bioenhineering. 2004. V. 87. P. 274-285.96. Baruah G.L., Nayak A., Wenkelman E., Belfort G. // Biotech. & Bioenhineering. 2005. V. 93. P. 747-754.97. Houdebine L.-M. // Curr. Opin. Biotech. 2002. V. 13. P. 625-629.98. Raju T.S., Briggs J.B., Borge S.M., Jones A.J. // Glycobiology. 2000. V. 10. P. 477-486.99. Bork K., Horstkorte R., Weidemann W. // J. Pharm. Sci. 2009. V. 98. P. 3499-3508.100. Lim Y., Wong N.S.C., Lee Y.Y., Ku S.C.Y., Wong D.C.F. // Biotech. Appl. Biochem. 2010. V. 55. P. 175-189.101. Shinkawa T., Nakamura K., Yamane N., Shoji-Hosaka E., Kanda Y., Sakurada M., Uchida K., Anazawa H., Satoh M., Yamasaki M., et al. // J. Biol. Chem. 2003. V. 278. P. 3466-3473.102. van Eenennaam A.L., Muir W.M. // Nat. Biotechnol. 2011. V. 29. P. 706-710.103. Murray J.D., Maga E.A. // Transgenic Res. 2010. V. 19. P. 357-361.104. Maga E.A., Cullor J.S., Smith W., Anderson G.B., Murray J.D. // Foodborne Pathog. Dis. 2006. V. 3. P. 384-392.105. Brundige D.R., Maga E.A., Klasing K.C., Murray J.D. // J. Nutr. 2008. V. 138. P. 921-926.106. Karatzas C.N., Turner J.D. // J. Dairy Sci. 1997. V. 80. P. 2225-2232.107. Kang Y., Jimenez-Flores R., Richardson T. // Basic Life Sci. 1986. V. 37. P. 95-111.108. Brophy B., Smolenski G., Wheeler T., Wells D., L’Huillier P., Laible G. // Nat. Biotechnol. 2003. V. 21. P. 157-162.109. Wheeler M.B., Bleck G.T., Donovan S.M. // Reprod. Suppl. 2001. V. 58. P. 313-324.110. Golovan S.P., Meidinger R.G., Ajakaiye A., Cottrill M., Wiederkehr M.Z., Barney D.J., Plante C., Pollard J.W., Fan M.Z., Hayes M.A., et al. // Nat. Biotechnol. 2001. V. 19. P. 741-745.111. Kerr D.E., Wellnitz O. // J. Anim. Sci. 2003. V. 81. P. 38-47.112. Weissmann C., Enari M., Klöhn P.C., Rossi D., Flechsig E. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002. V. 99. P. 16378-16383.113. Richt J.A., Kasinathan P., Hamir A.N., Castilla J., Sathiyaseelan T., Vargas F. // Nat. Biotechnol. 2007. V. 25. P. 132-138.114. 187 Guidance for Industry Regulation of Genetically Engineered Animals Containing Heritable Recombinant DNA Constructs. U.S. Department of Health and Human Services, Food and Drug Administration, Center for Veterinary Medicine (CVM). 2009, 2011.