Jesienią 2020 roku, kiedy Chad Dechow otrzymał telefon od lekarzy weterynarii z Nowego Jorku opisujący dziwną przypadłość cieląt rasy holsztyńskiej na dwóch fermach, którymi się opiekowali, nie był zaznajomiony z chorobą, która stała się znana jako pozycja cieląt.

Zwierzęta były słabe i nie mogły stać po urodzeniu lub wkrótce po nim, a większość nie przeżyła powyżej szóstego tygodnia życia. Weterynarze nie wykryli żadnych nieprawidłowości neurologicznych, zakaźnych ani metabolicznych u bardzo młodych zwierząt. To była tajemnica.

„Nie mogli tego rozgryźć – dokonali autopsji cieląt, które zmarły i nie mogli znaleźć niczego złego” – powiedział Dechow, profesor nadzwyczajny genetyki bydła mlecznego w Penn State. „Skontaktowali się ze mną, ponieważ przeczytali artykuł w popularnym magazynie prasowym, który napisałem o innej genetycznej recesywnej chorobie”.

Weterynarze wysłali próbki tkanek z dwóch sekcji zwłok cieląt do laboratorium Dechowa w College of Agricultural Sciences i rozpoczęło się dochodzenie. Wkrótce potem Dechow dowiedział się, że stado rasy holsztyńskiej na Florydzie, które stosuje zapłodnienie in vitro dla swoich genetycznie elitarnych, czyli wysokoprodukcyjnych zwierząt, napotkało podobny problem. Jedno godne uwagi krycie zaowocowało kilkoma cielętami, które nie mogły znieść, a kierownicy stada przesłali od nich próbki tkanek Dechowa.

„Potem znalazłem stado w Pensylwanii, które również stosuje zapłodnienie in vitro, które miało podobny problem u niektórych cieląt” – powiedział Dechow. „Tak więc między dwoma stadami w Nowym Jorku, stadem na Florydzie i stadem w Pensylwanii, udało nam się zebrać populację, która była wystarczająco duża, aby rozpocząć śledzenie mutacji. Przeprowadziliśmy asocjację całego genomu, używając tysięcy DNA markery i analiza rodowodów w celu ustalenia, czy genetyczne pochodzenie leżącości było wiarygodne”.

Aby zlokalizować region DNA, który wyzwalał chorobę, Dechow musiał nie tylko genotypować cieląt w pozycji leżącej, ale także grupę zdrowych krewnych, aby można było określić region genomu, który jest inny między dwiema grupami. Badania były wspomagane przez staranną dokumentację genetyczną prowadzoną przez hodowców holsztyńskich na całym świecie.

W przypadku nowo odkrytego „haplotypu” – który jest fizycznym zgrupowaniem wariantów genomowych wzdłuż chromosomu – powodującego leżenie cieląt, genotypowano 18 cieląt, które wykazywały niezdolność do stania w okresie noworodkowym i porównano z 26 cielętami zdrowymi z te same grupy rodzinne. Dechow i współpracownicy ustalili, że 18 dotkniętych chorobą cieląt miało dwie kopie regionu na chromosomie 16.

„To, co różniło ten stan od większości innych znanych defektów genetycznych bydła, polega na tym, że mutacja nie gwarantuje, że cielę zostanie dotknięte chorobą” – powiedział. „Niektóre zwierzęta są nosicielami dwóch kopii mutacji i są normalne. Jednak większość nie ma tyle szczęścia”.

Naukowcy wyśledzili najbliższego przodka wspólnego reproduktora urodzonego w 2008 r., który był obecny zarówno w liniach ojcowskich, jak i matczynych wszystkich dotkniętych chorobą cieląt. Ten ojciec miał wpływowego syna urodzonego w 2010 roku, który jest obecnie jednym z najbardziej spokrewnionych buhajów z rasą holsztyńską. Późniejsze badania zidentyfikowały byka urodzonego w 1984 roku jako jednego z pierwszych nosicieli i być może protoplastę mutacji.

Dechow i jego współpracownicy opublikowali ustalenia w listopadzie 2022 r Komunikacja JDS.

Po określeniu regionu genomu, który jest inny, musiał zlokalizować konkretną mutację w tym regionie, aby opracować test DNA w celu zidentyfikowania innych zwierząt będących nosicielami mutacji. Dechow zsekwencjonował trzy zwierzęta z pomocą firmy zajmującej się genetyką bydła – ABS Global – w celu zidentyfikowania mutacji w genie związanym z kanałami wapniowymi w mięśniach. Wiadomo, że mutacje w tym genie wpływają na funkcje mięśni szkieletowych innych gatunków, w tym ludzi.

Dechow opracował prosty test genetyczny w celu zidentyfikowania holsztynów, u których występuje mutacja. On i Penn State następnie złożyli wniosek o patent i do tej pory współpracowali z trzema firmami w celu komercjalizacji technologii. Wystarczy, że rolnicy prześlą do laboratorium kilka kosmyków włosów, krwi lub tkanki, aby dowiedzieć się, czy zwierzę, od którego pochodzi, jest zdrowe, nosicielem mutacji lub cierpi na leżącość.

Dla Dechowa rozwiązanie zagadki poprzez badania, opracowanie innowacyjnego testu, a następnie współpracę z sektorem prywatnym w celu komercjalizacji technologii było satysfakcjonującym procesem.

„Mam satysfakcję z faktu, że odkryliśmy to dość wcześnie, zanim naprawdę przerodziło się to w duży problem dobrostanu cieląt” – powiedział. „Złapaliśmy to, zanim fala cieląt została dotknięta chorobą leżącą i zostałaby uśpiona. Myślę, że zdusiliśmy tę chorobę w zarodku, zanim się rozpowszechniła. Jestem również bardzo wdzięczny, że nasze biuro technologiczne dostrzegło potrzebę komercjalizacji testu DNA szybko.”

DeChow spodziewa się, że przemysł mleczarski zacznie stosować test do agresywnej selekcji byków, które są nosicielami zmutowanego genu.

„W rzeczywistości to już się zaczęło” – powiedział. „W rezultacie za kilka lat częstotliwość występowania choroby będzie naprawdę niska. Na dłuższą metę niższa częstotliwość spowoduje, że testy nie będą tak potrzebne, ale zwierzęta, które są częścią przemysłu sztucznego zapłodnienia, nadal będą zostać przetestowane, aby upewnić się, że nie pominięto żadnych ukrytych nośników”.