Авторы статьи, Дженнифер Патрик и Глория Эллиотт из UNC Charlotte и Пьер Комиццоли из SCBI, показывают, что регидратированные сперматозоиды имеют минимальное повреждение ДНК и жизнеспособны — они способны производить эмбрионы in vitro. Поскольку группе ранее удалось получить жизнеспособные обезвоженные кошачьи яйца, это открытие показывает возможность сохранения репродуктивных клеток кошек в высушенном состоянии.Успешное сохранение кошачьих сперматозоидов путем обезвоживания — далеко не эзотерическое достижение, а потенциально важный шаг в решении ключевых проблем, связанных с репродуктивной биологией диких кошачьих.Многие биологи и ученые-экологи считают, что биосфера в настоящее время находится в середине «шестого вымирания», которое может закончиться резким сокращением количества видов на планете и разрушением обширных экосистем.
Существует значительный риск того, что в ближайшем будущем виды, имеющие ключевое значение для биологического разнообразия планеты, могут либо исчезнуть, либо их генетическое разнообразие настолько сократится, что дикие популяции станут нежизнеспособными.Наука могла бы быстро и успешно улучшить состояние популяций мелких животных, если бы стало доступно больше «библиотек» консервированных яйцеклеток и спермы.
Ученые могли просто использовать запасы репродуктивного материала, сохраненные в стабильной высушенной форме, повторно гидратировать их и создать популяцию жизнеспособных эмбрионов.Почему высушенные репродуктивные клетки? Идея сохранения спермы, яйцеклеток и эмбрионов для последующего использования не нова, но, как правило, предпочтительным методом консервации является замораживание этих материалов.
Криоконсервация — это проверенная технология сохранения половых клеток и эмбрионов, но у этого подхода есть проблемы, учитывая неопределенность будущего. Хранение при отрицательных температурах требует постоянного энергоснабжения, дорогостоящих технологий и оборудования, а также сложных операций по техническому обслуживанию — все это трудные и дорогостоящие вещи, которые необходимо поддерживать в течение длительного периода времени, особенно при иногда неблагоприятных условиях.
Природа предлагает другое, возможно, более надежное решение: застой клеток из-за обезвоживания. Растения, грибы и бактерии обычно делают это, помещая свой генетический материал в споры, цисты, пыльцу и семена, которые сохраняют его в течение коротких периодов времени, а иногда и в течение гораздо более длительного времени, и позволяют транспортировать его. и на расстоянии.Некоторые животные, обитающие в суровых пустынях и других экстремальных условиях, такие как морские креветки и тихоходки («водяные медведи»), также развили способность помещать свою биологию в состояние обезвоженного застоя, иногда на длительные периоды. Они делают это, производя и накапливая высокие концентрации дисахаридных сахаров (например, трегалозы) в своих клетках, которые заменяют воду, потерянную во время обезвоживания, и превращаются в стекло — действительно очень вязкую жидкость, которая останавливает химическую активность и иммобилизует ферменты — окружающую среду. температурное замораживание клеточных структур и активности, версия замороженных в янтаре насекомых на молекулярном уровне.
«Когда вы думаете о долгосрочном сохранении организмов, вас не интересуют только перебои с электричеством. Наводнение и другие погодные явления могут потребовать перемещения образцов под принуждением», — отмечает Эллиотт. «Замороженные образцы нелегко транспортировать, тогда как, если ваши образцы хранятся в сухих пакетах — как сухофрукты или любые сухие продукты, которые у вас есть на полке, — вы можете выбросить свою коллекцию в сумку и выйти за дверь. концепция — не только снизить стоимость хранения, но и сделать образцы легко транспортируемыми, облегчая совместное использование или перемещение образцов ».
Метод консервации, который исследует группа исследователей Эллиотта, включает суспендирование клеток в разбавленном растворе трегалозы, а затем его концентрацию путем удаления воды с помощью мягкого процесса нагрева с помощью микроволн, так что образуется стекло из трегалозы, иммобилизуя биологические молекулы при температуре окружающей среды, аналогично тому, как это происходит. замораживание.Репродуктивные клетки ранее подвергались аналогичному сухому консервированию с трегалозой с использованием метода сублимационной сушки, но метод с использованием микроволн быстрее и может позволить более широко использовать эту технологию.«Это позволяет нам использовать эти технологии сохранения в некоторых странах с ограниченными ресурсами — в странах третьего мира, таких как развивающиеся страны», — сказал Эллиотт. «Если вы рассматриваете образцы для исследования биоразнообразия — эти страны не созданы для такого рода коллекций, и этот метод сохранения открывает такую ??возможность».Открытие также расширяет круг видов млекопитающих, чьи половые клетки можно успешно консервировать в сухом виде.
В предыдущих экспериментах успешно сохранялись сперматозоиды и яйцеклетки у крыс и мышей, но биология половых клеток грызунов значительно отличается от таковых у других млекопитающих, включая кошек и людей. У грызунов сперматозоид относительно прост и содержит в основном только мужской генетический материал, тогда как у кошек и людей он также содержит центросому — клеточную структуру, необходимую для клеточного деления и успешного развития эмбриона. Поскольку центросома жизненно важна для воспроизводства, а сперматозоиды представляют собой небольшие клеточные структуры, кошачью сперму потенциально сложнее сохранить, чем сперму грызунов.
«Это первый раз, когда это было сделано со спермой кошек, и сперма кошек ближе к человеческой сперме, чем сперма грызунов», — отмечает Эллиотт.«На крысах было проделано много работы, но крыса не обязательно является хорошей моделью для центросомного наследования, которое может повлиять на фертильность. Вот почему мы считаем, что модель домашней кошки является лучшей моделью для людей, чем грызуны, и это находка имеет большое значение ", — сказала она.Показатель репродуктивного успеха регидратированной спермы команды составил 6,5% по сравнению с показателем 15% для свежей спермы, снижение жизнеспособности, но все же приемлемое для целей сохранения.
Регидратированные сперматозоиды не были подвижными, но это тоже не было критичным для получения жизнеспособных эмбрионов.«Когда мы сушим и храним образцы с целью создания эмбрионов, нам не обязательно иметь полностью неповрежденную сперму, поскольку мы будем делать внутрицитоплазматические инъекции сперматозоидов с регидратированными образцами», — отметил Эллиотт. «Вам не обязательно иметь хвост, вам не обязательно иметь полностью неповрежденные головки сперматозоидов — вы, по сути, вводите важные компоненты сперматозоидов. Головки сперматозоидов не должны быть в фантастической форме, но вы должны убедиться, что что некоторые важные компоненты не повреждены, в том числе центросома ".Хотя это открытие является подтверждением концепции, еще предстоит проделать работу по разработке и испытанию технологии.
Эллиотт отмечает, что еще предстоит выяснить, будет ли достигнутый в настоящее время уровень сухости достаточно высоким для длительного хранения без охлаждения, а также возможна ли дальнейшая сушка. После того, как эти условия будут оптимизированы, необходимо провести тестирование, чтобы убедиться, что эмбрионы могут вырасти в здоровых котят.