Fremskridt opnået i tør konservering af pattedyrs sædceller

I et papir, der kommer i novemberudgaven af ​​tidsskriftet Teriogenologi , et team af forskere fra University of North Carolina i Charlotte og Smithsonian Conservation Biology Institute, annoncerede den første vellykkede tørring og rehydrering af sæd fra huskatte ved hjælp af en hurtig mikrobølgedehydreringsmetode.

Avisens forfattere, Jennifer Patrick og Gloria Elliott fra UNC Charlotte, og Pierre Comizzoli fra SCBI, viser, at de rehydrerede spermatozoer har minimal DNA-skade og er levedygtige - de er i stand til at producere embryoner in vitro. Da gruppen tidligere havde haft succes med at producere levedygtige dehydrerede katteæg, dette fund viser muligheden for at bevare katte-reproduktionsceller i tørret tilstand.

Langt fra at være en esoterisk bedrift, den vellykkede bevarelse af kattes spermatozoer ved dehydrering er et potentielt vigtigt skridt i behandlingen af ​​nøglespørgsmål, der er involveret i reproduktionsbiologien af ​​vilde kattedyr.

Mange biologer og miljøforskere tror, ​​at biosfæren i øjeblikket er midt i en "sjette udryddelse", der kan ende i en enorm reduktion af antallet af arter på planeten og sammenbrud af enorme økosystemer. Der er en betydelig risiko for, at i den nærmeste fremtid, arter, der er nøglen til planetens biologiske mangfoldighed, kan enten uddø eller være så reduceret i deres genetiske mangfoldighed, at vilde populationer ikke er levedygtige.

Videnskaben kan muligvis hurtigt og med succes forbedre status for små dyrepopulationer, hvis flere "biblioteker" af konserverede æg og sæd er tilgængelige. Forskere kunne simpelthen bruge lagre af formeringsmateriale, bevaret i stald, tørret form, rehydrere dem og skabe en population af levedygtige embryoner.

Hvorfor tørrede kønsceller? Ideen om at bevare sædceller, æg og embryoner til senere brug er ikke nyt, men generelt er den foretrukne konserveringsteknik, at disse materialer fryses. Kryopreservation er en gennemprøvet teknologi til at bevare kønsceller og embryoner, men der er problemer med denne tilgang, med tanke på fremtidig usikkerhed. Opbevaring ved frysepunktet kræver konstant energiforsyning, dyr teknologi og faciliteter, og komplekse vedligeholdelsesoperationer - alle vanskelige og dyre ting at vedligeholde løbende over lange perioder, især under lejlighedsvis ugunstige forhold.

Naturen foreslår en anden, måske mere robust, løsning:cellulær stase gennem dehydrering. Planter, svampe og bakterier, gør dette almindeligt, sætte deres genetiske materiale i sporer, cyster, pollen og frø, som holder det bevaret i korte perioder - og også, Sommetider, til meget længere tidsskalaer - og tillade det også at blive transporteret over afstande.

Nogle dyr, der lever i barske ørkener og andre ekstreme miljøer - såsom artemia og tardigrader ("vandbjørne") - har også udviklet evnen til at bringe deres biologi i en tilstand af dehydreret stase, nogle gange i lange perioder. De gør dette ved at producere og akkumulere høje koncentrationer af disaccharidsukker (som trehalose) i deres celler, som erstatter det vand, der går tabt under dehydrering og størkner til et glas - virkelig meget tyktflydende væske, der stopper kemisk aktivitet og immobiliserer enzymer - en frysning ved omgivelsestemperatur af cellulære strukturer og aktivitet, en version på molekylært niveau af insekter frosset i rav.

"Når du tænker på langsigtet bevarelse af organismer, du er ikke kun bekymret over elektriske afbrydelser. Oversvømmelser og andre vejrbegivenheder kan kræve flytning af prøver under tvang, " bemærker Elliott. "Frysne prøver er ikke let at transportere, mens hvis dine prøver opbevares som tørre pakker - ligesom tørrede frugter eller andre tørre varer, du har på en hylde - kan du smide din samling i en pose, og du går ud af døren . Det er konceptet - ikke kun for at holde lageromkostningerne lave, men for at gøre prøverne let transportable, lette deling eller flytning af prøver."

Den konserveringsmetode, som Elliotts forskerhold undersøger, involverer suspendering af celler i en fortyndet trehaloseopløsning, og derefter koncentrere det ved at fjerne vandet med en skånsom mikrobølgeassisteret opvarmningsproces, så der dannes et trehaloseglas, immobilisering af biologiske molekyler ved omgivende temperaturer, ligner frysning.

Reproduktionsceller er tidligere blevet tørkonserveret på samme måde med trehalose, ved at bruge en frysetørringsteknik, men den mikrobølge-assisterede metode er hurtigere og giver mulighed for mere omfattende brug af teknologien.

"Dette giver os mulighed for at få disse konserveringsteknologier ind i nogle miljøer med lav ressource - tredjeverdenslande som udviklingslande, , " sagde Elliott. "Hvis du overvejer prøver til biodiversitetsforskning - disse lande er ikke sat op til den slags indsamling, og denne konserveringsmetode åbner denne mulighed."

Fundet udvider også rækken af ​​pattedyrarter, hvis kønsceller med succes kan tørkonserveres. Tidligere eksperimenter har med succes tørkonserveret sæd- og ægceller i rotter og mus, men gnaverkimcellernes biologi er væsentligt forskellig fra andre pattedyrs, herunder katte og mennesker. Hos gnavere, sædcellen er forholdsvis enkel og indeholder primært kun det mandlige arvemateriale, mens det hos katte og mennesker også indeholder centrosomet, en cellestruktur, der er nødvendig for cellulær deling og succesfuld udvikling af et embryo. Da centrosomet er afgørende for reproduktionen, og da sædceller er små cellulære strukturer, kattesæd er potentielt mere udfordrende at bevare end gnaversæd.

"Det er første gang, det er blevet gjort med kattesæd, og kattesæd er tættere på menneskelig sæd end gnaversæd, " bemærker Elliott.

"Der er blevet udført meget arbejde på rotter, men rotten er ikke nødvendigvis en god model for centrosomal arv, som kan påvirke fertiliteten. Det er derfor, vi mener, at huskattemodellen er en bedre model for mennesker end gnavere, og dette fund er vigtigt, " hun sagde.

Den reproduktive succesrate for holdets rehydrerede sæd var 6,5 %, sammenlignet med en rate på 15 % med frisk sæd, en reduktion af levedygtigheden, men stadig acceptabel til bevarelsesformål. Rehydrerede sædceller var ikke bevægelige, men det var heller ikke afgørende for at producere levedygtige embryoner.

"Når vi tørrer og opbevarer prøver med det formål at skabe embryoner, vi behøver ikke at have helt intakte sædceller, da vi vil lave intracytoplasmatiske sædinjektioner med de rehydrerede prøver, " bemærkede Elliott. "Du behøver ikke at have en hale, du behøver ikke at have fuldstændig intakte sædhoveder - du injicerer i det væsentlige kritiske sædkomponenter. Sædhovederne behøver ikke at være i fantastisk form, men du skal sikre dig, at visse kritiske komponenter er intakte, inklusive centrosomet."

Selvom fundet er et proof-of-concept, Der skal arbejdes med at udvikle og bevise teknologien. Elliott bemærker, at det stadig skal ses, om det aktuelt opnåede tørhedsniveau er højt nok til langtidskonservering uden nogen form for køling. og også om yderligere tørring er mulig. Når disse forhold er blevet optimeret, så skal der udføres test for at sikre, at embryonerne kan modnes til sunde killinger.