Технология гамет и эмбрионов | Половое потомство

Гаметы: предварительный выбор пола путем сортировки по потоку спермы быка

Сперма для сортировки по полу

Сортировка сперматозоидов по признаку пола по содержанию ДНК позволяет определить пол телят с точностью 85–95%. Этот процесс определения пола, который сейчас коммерциализируется во многих местах по всему миру, использует проточный цитометр / сортировщик клеток для разделения сперматозоидов в соответствии с их содержанием ДНК. Сперма с Х-хромосомой, из которой производятся телки, содержит почти на 4% больше ДНК, чем содержащая Y-хромосома сперма, из которой производятся бычки. Содержание ДНК измеряется путем окрашивания свежесобранной спермы специфическим бисбензимидазольным ДНК-связывающим красителем, Hoechst 33342. После инкубации сперматозоидов в течение 1 часа с красителем окрашенные сперматозоиды флуоресцируют ярко-синим цветом под воздействием лазерного луча коротковолнового света ( рисунок 4). Окрашенные бисбензимидазолом X-сперматозоиды излучают пропорционально более яркую флуоресценцию, чем Y-сперматозоиды, из-за большего содержания ДНК. Сигналы флуоресценции, испускаемые окрашенными X- и Y-сперматозоидами, можно точно измерить с помощью фотоумножителя (ФЭУ). Для точного измерения содержания ДНК сперматозоиды должны быть правильно ориентированы внутри насадки. Сигналы, исходящие от сперматозоидов, количественно оцениваются и обрабатываются компьютером, поскольку они передают один файл перед PMT, что позволяет точно измерить содержание ДНК для большинства, но не для всех сперматозоидов. Это измерение происходит сразу после того, как поток жидкости, содержащий сперму, выходит из сопла сортировщика. Само сопло вибрирует с высокой частотой, вызывая образование отдельных капель со скоростью около 80 000 с -1. Капли, содержащие сперму, получают положительный или отрицательный заряд,в зависимости от информации о содержании ДНК от детектора. Никакой заряд не применяется к каплям без сперматозоидов, каплям с более чем одним сперматозоидом или тем сперматозоидам, содержание ДНК которых невозможно точно измерить. Мертвые сперматозоиды отличаются от живых сперматозоидов за счет поглощения не проницаемого для мембран второго красителя и просто утилизируются как отходы. Проточный цитометр / система сортировки клеток, которая используется для определения пола сперматозоидов, представляет собой MoFlo® SX (Дако, Форт-Коллинз, Колорадо, США) (Проточный цитометр / система сортировки клеток, которая используется для определения пола сперматозоидов, представляет собой MoFlo® SX (Дако, Форт-Коллинз, Колорадо, США) (Проточный цитометр / система сортировки клеток, которая используется для определения пола сперматозоидов, представляет собой MoFlo® SX (Дако, Форт-Коллинз, Колорадо, США) (Рисунок 5).

Рисунок 4. Сперма крупного рогатого скота флуоресцентно окрашивалась Hoechst 33342 для измерения 4% разницы ДНК между сперматозоидами, несущими X- и Y-хромосомы. Ориентация необходима, поскольку содержание ДНК можно точно измерить только по плоской поверхности точно ориентированных головок сперматозоидов (стрелки), а не по узкому краю (острие стрелки) или по смещенным ядрам сперматозоидов.

Рисунок 5. Обработка, окрашивание и сортировка спермы с помощью MoFlo® SX для получения спермы с разбивкой по полу для использования при искусственном оплодотворении или экстракорпоральном оплодотворении.

Капли, содержащие сперматозоиды, которые были отрицательно или положительно заряжены в соответствии с содержанием ДНК сперматозоидов, отклоняются латунной пластиной, заряженной напротив спермы. Потоки капель, выходящих из сопла, которые содержат X-сперматозоиды, Y-сперматозоиды или более одного сперматозоида или не содержат сперматозоидов, собираются в три отдельных сосуда. Этот процесс сортировки позволяет определять пол и собирать до 40% сперматозоидов, которые проходят через сортировщик со скоростью примерно 90 км / ч при частоте событий 30 000 сперматозоидов в секунду. Одновременно можно отсортировать от 3000 до 5000 живых сперматозоидов каждого пола в секунду, таким образом производя почти 12–18 × 10 6 живых сперматозоидов в час каждого пола с точностью 85–95%. Разделение пиков X- и Y-сперматозоидов показано на рисунке 6.. Эта система сортировки сперматозоидов способна производить более 200 соломинок сперматозоидов с разбивкой по полу на одну машину за 24 часа. Однако процесс теряет значительное количество отсортированных сперматозоидов из-за этапов пост-сортировки, таких как центрифугирование, необходимое для концентрирования сперматозоидов после сортировки. На некоторых предприятиях по сортировке спермы более десятка машин одновременно работают 24 часа 7 дней в неделю. Таким образом, разделенная по полу сперма от достаточно качественных производителей теперь доступна во всем мире. Текущие рекомендации состоят в том, чтобы использовать сперму телок только из-за присущей им более высокой плодовитости.

Рисунок 6. Гистограмма, показывающая популяции бычьих сперматозоидов с X- и Y-хромосомами, окрашенными Hoechst 33342, которые были выявлены с помощью лазерного освещения и количественно определены с помощью проточного цитометра / сортировщика клеток (MoFlo® SX).

Выбор пола

Противоправная инструментализация детей

Если процедуры выбора пола не приводят к разрушению эмбрионов или аборту, как при сортировке сперматозоидов, все же могут быть высказаны возражения, что выбор пола неправильно инструментализирует и дегуманизирует ребенка, потому что ребенок зачат и разрешен к рождению не просто на основании его или ее внутренней ценности, но, скорее, в силу его или ее пола для удовлетворения потребностей других, таким образом, становясь не более чем потребительским предметом, ценность которого зависит от характеристик, которые могут быть указаны заранее.

Однако этой точке зрения можно противопоставить аргумент о том, что дети довольно часто зачат и рождаются для различных целей - для пополнения семьи, для обеспечения компаньона для существующего брата или сестры, для обеспечения наследника, для сохранения фамилии, для обеспечения бабушка и дедушка с внуком, чтобы спасти брак или даже спасти страну. Следовательно, можно утверждать, что преднамеренное зачатие ребенка определенного пола просто расширяет круг причин, по которым могут быть зачаты дети, а не представляет собой качественно иное явление.

Транспорт и оплодотворение гамет

Ричард Э. Джонс, доктор философии, Кристин Х. Лопес, доктор философии, в области репродуктивной биологии человека (четвертое издание), 2014 г.

Выбор пола

Пары, желающие выбрать пол своего ребенка, теперь могут сделать это с некоторой долей успеха. Технология сортировки сперматозоидов ( метод микросортировки) является наиболее эффективной процедурой разделения сперматозоидов, несущих X и Y. Он использует тот факт, что большая Х-хромосома содержит значительно больше ДНК, чем крошечная Y-хромосома. Сначала у будущего отца берется образец спермы. Затем сперматозоиды обрабатывают флуоресцентным красителем, который прикрепляется к ДНК и светится под лазерным светом. Ученые рассудили, что сперма с большим количеством ДНК будет светиться ярче. Хотя X-сперматозоиды содержат только на 2,8% больше ДНК, чем сперматозоиды, несущие Y-хромосому, разницы в яркости достаточно, чтобы их можно было различить с помощью светового детектора. Меченые сперматозоиды отправляются через очень узкую трубку с диаметром, достаточным для того, чтобы одновременно пропускать только одну сперматозоид. Когда сперматозоиды движутся по трубке, они освещаются лазерным лучом. Затем автоматический механический сортировщик спермы отделяет сперму,отправка X сперматозоидов в одну трубку и Y сперматозоидов в другую. Отсортированную сперму затем можно поместить в матку женщины (искусственное оплодотворение) или использовать дляэкстракорпоральное оплодотворение. Примерно 91% сперматозоидов в X-несущей трубке содержат X-хромосому. Эта процедура эффективна только на 74% при отборе сперматозоидов, несущих Y. Таким образом, результаты не являются надежными, но этот метод действительно увеличивает шансы на создание эмбриона желаемого пола, особенно если пара желает иметь девочку.

Более точный метод определения пола ребенка - это преимплантационная генетическая диагностика ( ПГД ), которая доступна в ограниченном количестве клиник. Он включает в себя экстракорпоральное оплодотворение с последующим отбором эмбрионов. Яйцеклетки матери и отца собираются, и яйцеклетки оплодотворяются в лаборатории. После трех дней развития из каждого эмбриона осторожно удаляют клетку и исследуют хромосомы. Несущие Y-хромосому отделяются от эмбрионов, не несущих Y-хромосому. В матку матери имплантируются только эмбрионы желаемого пола. Хотя эта процедура почти на 100% точна, она более инвазивная, дорогая и спорная, чем методы сортировки сперматозоидов.

Почему родители хотят заранее выбирать пол своего потомства? Одна из причин - избегать генетических заболеваний, связанных с полом, которые чаще встречаются у мужчин. Родители также могут захотеть сбалансировать свои семьи или они могут просто предпочесть иметь ребенка определенного пола. Некоторые выразили обеспокоенность тем, что способность выбирать пол ребенка может быть первым шагом к выбору «дизайнерских детей» по другим характеристикам, таким как рост, IQ, спортивные или музыкальные способности. Другие опасаются, что широко распространенный выбор пола приведет к гендерному дисбалансу в обществе и вызовет социальные проблемы. Фактически, предпочтение мальчиков в Китае привело к значительному сдвигу в соотношении полов в некоторых районах страны. В таких культурах, где мальчиков ценят выше, чем девочек,возможность выбора пола до оплодотворения позволяет избежать дорогостоящих и противоречивых с этической точки зрения практик, таких как амниоцентез (генетический скрининг пола) с последующим селективным абортом или даже детоубийство. В Соединенных Штатах отбор спермы, скорее всего, не приведет к общему гендерному дисбалансу, поскольку семейные предпочтения в отношении ребенка женского или мужского пола делятся более равномерно. Наконец, возможность заранее выбрать пол ребенка может помочь семьям ограничить их размер. Например, с помощью технологии выбора пола семья с тремя мальчиками может повысить вероятность того, что девочка будет четвертым и последним ребенком, вместо того, чтобы продолжать рожать до тех пор, пока девочка не зачала. Однако нынешняя высокая стоимость методов микросортировки и ПГД, вероятно, ограничит практику предварительного выбора пола в обозримом будущем.

Достижения в биотехнологии животных

Мультимедийные приложения

PDF по искусственному осеменению

Этот PDF-файл дает общий обзор искусственного оплодотворения, начиная со сбора спермы и заканчивая процедурой оплодотворения. Он включает такие детали, как оптимальная температура размораживания спермы и точность процедур сортировки сперматозоидов. В нем также подробно описаны преимущества и недостатки искусственного оплодотворения.

PDF по экстракорпоральному оплодотворению

В этом PDF-файле представлен общий обзор процедуры ЭКО, включая начальные этапы сбора ооцитов и завершение культивирования эмбрионов. PDF был разработан для лабораторного курса, поэтому в него включены точные реагенты и объемы для процедуры ЭКО крупного рогатого скота. Он также включает информацию о культуре эмбрионов других видов. Также обсуждается ИКСИ.

PDF-файл окончательных рекомендаций Управления по контролю за продуктами и лекарствами в отношении животных, созданных с помощью генной инженерии

Это документ, выпущенный FDA в 2009 году (и пересмотренный в 2011 году), в котором подробно описывается их текущая политика в отношении генетически модифицированных животных. Эти правила включают информацию о включении трансгенных животных в продукты питания, экологические проблемы, ведение учета и многие другие темы. Инструкции очень тщательные и подробные.

PDF о молекулярных маркерах

В этом файле содержится описание классических технологий, участвующих в разработке молекулярных маркеров. Обсуждаемые молекулярные маркеры включают маркеры RFLP, маркеры произвольно-RAPD, маркеры полиморфизма длины амплифицированного фрагмента (AFLP®), микросателлитные маркеры, маркеры SNP, маркеры области, охарактеризованной последовательностью, амплифицированной области (SCAR), расщепленные амплифицированные полиморфные последовательности, маркеры промежуточных повторов последовательности и полимеразную цепь. маркеры сайтов, меченные последовательностью на основе реакции.

Этика пренатального тестирования на основе внеклеточной ДНК для выявления анеуплоидий половых хромосом и определения пола

Вайбо Дондорп,. Гвидо де Верт, в неинвазивном пренатальном тестировании (НИПТ), 2018 г.

Выбор пола по немедицинским причинам

В дебатах об этике выбора пола по немедицинским причинам важно различать выбор пола как таковой, использование конкретных методов выбора пола на разных репродуктивных стадиях (сортировка сперматозоидов до зачатия, предимплантационный отбор эмбрионов и прерывание беременности). , и возможное влияние практики в различных социальных контекстах [66]. Те, кто отвергает все формы выбора пола по немедицинским причинам, подозревают, что сексистские мотивы будут работать в большинстве, если не во всех случаях.Они утверждают, что это делает эту практику весьма проблематичной с моральной точки зрения, даже если используемый метод сам по себе может быть безвредным с моральной точки зрения (как при предварительном выборе пола с использованием оплодотворения с использованием обогащенных фракций X- или Y-несущих сперматозоидов), а также когда Мотив будущих родителей - пополнить семью, состоящую только из мальчиков, девочкой или наоборот - так называемое семейное уравновешивание. Эти авторы подчеркивают, что «сексизм» относится не только к дискриминационному убеждению в том, что один пол лучше другого, но и к стереотипным взглядам на гендерное ролевое поведение. По их мнению, это также относится к выбору пола, направленному на создание «сбалансированной семьи». Хотя это приложение не обязательно основано на представлении о превосходстве одного пола, оно все же будет сексистским в смысле выражения и усиления предвзятых ожиданий гендерной роли [67,68]. Противники этой точки зрения утверждают, что, хотя индивидуальные просьбы о выборе пола действительно могут вытекать из сексистской родительской мотивации, нельзя утверждать, что это обязательно так [69,70]. Эти комментаторы не согласны с тем, что различие между тем, что мальчики и девочки могут внести в семейную жизнь, обязательно будет мешать ценить своих детей ради самих себя и позволить им вырасти в самостоятельных личностей.детей ради самих себя и позволяя им вырасти в самостоятельных личностей.детей ради самих себя и позволяя им вырасти в самостоятельных личностей.

Даже когда так много принято, из этого не следует, что понятие «семейное равновесие» не подлежит критике. Во-первых, это ложное сообщение о том, что может быть что-то не так с семьями, состоящими только из мальчиков или девочек [71]. Более того, применительно к семьям без мальчиков явно нейтральный язык «уравновешивания» вполне может служить оправданием практики, основанной на тех же идеях о неравенстве между полами, которые должны были не играть роли в выборе пола для этого. цель [72].

Что касается моральной оценки, многое также зависит от того, насколько большие усилия готовы приложить потенциальные родители, чтобы увидеть, как их предпочтения в отношении пола своих детей удовлетворены [73]. Если они готовы заплатить большие суммы денег за обременительную процедуру экстракорпорального оплодотворения с последующей преимплантационной генетической диагностикой только для того, чтобы иметь возможность выбрать пол эмбриона [74], мотив этих инвестиций становится вопросом морали. беспокойство. Действительно, возникает вопрос, будут ли все еще предоставлены каким-либо из образовавшихся детей свободу выбора собственного жизненного пути [75]. Аналогичные опасения возникают и в отношении будущих родителей, которые готовы пойти на прерывание желанной беременности только потому, что оказывается плод «неправильного» пола. С другой стороны,родители с сильными стереотипными гендерными ожиданиями будут соответствующим образом воспитывать своих детей, независимо от того, использовали ли они процедуры выбора пола.

Эти родительские ожидания и предпочтения не только личные, но и культурные. Наряду с более низкими показателями фертильности тот факт, что во многих частях мира существует сильное предпочтение мальчиков перед девочками, был важным фактором выбора пола, в основном в форме избирательных абортов по признаку пола плодов женского пола [76,77] . Как утверждала Мэри Энн Уоррен (которая ввела термин «гендерцид» в своей основополагающей книге по этому вопросу), отдельные женщины, которые просят об увольнении в этом контексте, не должны сами придерживаться каких-либо сексистских взглядов. Например, они могут быть мотивированы «нежеланием привести девочку в общество, в котором она будет подвергаться жестокому обращению и обесцениваться, как и они сами» [69]. Однако на уровне общества практика абортов по признаку пола четко отражает и усиливает сексистские культурные модели.

Эта практика не только сама по себе осуждена с моральной точки зрения, но и привела к серьезному искажению числового баланса между полами в нескольких азиатских странах с более широкими социальными последствиями с точки зрения роста преступности, социальных волнений и нарушений прав человека. [78]. Сильное предпочтение сыновей основано на сложном сочетании культурных и экономических факторов, включая, например, бремя, которое (запрещенная) система приданого в (регионах) Индии возлагает на семью невесты [79].

Поскольку в западных странах предпочтение сыновей сейчас очень слабо или даже отсутствует, похоже, нет причин опасаться, что более широкая доступность технологий выбора пола может привести к общему искажению соотношения полов в этой части мира [80,81] . Тем не менее, высказывались опасения по поводу избирательного аборта по признаку пола, который (предположительно) практикуется в западных странах представителями меньшинств из стран, которые сильно предпочитают сыновей. Об этом, по крайней мере, убедительно свидетельствуют данные об асимметричном соотношении полов среди этих групп [82–86]. Однако в исследованиях, проведенных в Великобритании и Норвегии, результаты конца 20-го века, которые указывали на это направление, не могли быть подтверждены в последующих исследованиях тех же групп в более поздние периоды [87,88].В недавней серии полугодовых отчетов о соотношении полов в Великобритании, выпущенных Министерством здравоохранения Великобритании с 2013 года, также не было обнаружено никаких доказательств выборочного аборта по признаку пола [89]. Эти обнадеживающие результаты не исключают, что в меньших масштабах также в таких странах, как Великобритания, беременность все же может быть прервана, чтобы избежать рождения девочки. Более того, настоящие цифры еще не отражают возможное влияние более широкой доступности раннего определения пола с модальностями тестирования вкДНК. Поэтому потребуется постоянный мониторинг.Настоящие цифры еще не отражают возможное влияние более широкой доступности раннего определения пола с модальностями тестирования вкДНК. Следовательно, потребуется постоянный мониторинг.Настоящие цифры еще не отражают возможное влияние более широкой доступности раннего определения пола с модальностями тестирования вкДНК. Поэтому потребуется постоянный мониторинг.

Носорог Териогенология

Роберт Гермес, Томас Бернд Хильдебрандт, в зоопарке Фаулера и медицине для диких животных, 2012 г.

Секс спермы

У домашних видов и некоторых видов диких животных использование образцов спермы с учетом гендерного фактора было описано как инструмент, позволяющий повлиять на пол потомства. Искусственный интеллект носорогов будет способствовать развитию и внедрению этой технологии в будущем. Возможность сортировки сперматозоидов по полу у черных, белых и индийских носорогов была продемонстрирована путем сортировки сперматозоидов на популяции, несущие X- и Y-хромосомы, на основе их относительных различий в ДНК. 2,3 Достигнута чистота сортировки 94% сперматозоидов, несущих Х-хромосому. Однако низкая скорость сортировки от 300 до 700 ячеек указывает на то, что еще можно внести улучшения, прежде чем сперматозоиды с сортировкой по полу можно будет использовать в будущих программах искусственного интеллекта.Использование сперматозоидов с сортировкой по полу может помочь в увеличении критически малых популяций содержащихся в неволе носорогов за счет производства большего количества потомства женского пола с использованием сперматозоидов, несущих Х-хромосому, или корректировки асимметричных гендерных соотношений при рождении, как, например, у индийского или черного носорога. 1,60

Сельскохозяйственные и родственные биотехнологии

4.35.1 Введение

Сотни тысяч потомков родились в результате искусственного оплодотворения (ИИ) сперматозоидов, разделенных по полу [1]. Это выдающееся достижение в области искусственного разведения стало возможным благодаря модификации высокоскоростного проточного цитометра, позволяющей разделить сперматозоиды на две отдельные популяции в зависимости от того, несут ли они половые хромосомы X или Y [2]. С момента рождения первого предсексуального потомства более двух десятилетий назад [3] технология сортировки сперматозоидов быстро прогрессировала, превратившись из доказательства принципа в различные виды животных в коммерческую реальность для крупного рогатого скота. Прогресс к коммерциализации частично был достигнут из-за увеличения выхода сперматозоидов во время сортировки из-за использования высокоскоростного проточного цитометра, который правильно ориентирует 60–70% образца спермы.Другим фактором, позволяющим коммерциализировать сперму крупного рогатого скота с разделением по полу по сравнению с другими видами, является низкая доза (примерно 2 миллиона сперматозоидов), которую можно искусственно осеменять с сохранением фертильности на уровне 70–80% от получаемой с использованием обычной замороженной-размороженной спермы до 10 раз доза [4–7].

Одной из проблем, стоящих перед дальнейшим расширением коммерческой сортировки спермы крупного рогатого скота, является эффективный метод сохранения спермы перед транспортировкой на сортировочную установку. Количество быков, доступных для сортировки, в настоящее время ограничено географическим расстоянием между относительно небольшим количеством сортировочных предприятий и сотнями быков с высокой генетической ценностью, от которых требуется разделенная по полу сперма. Совсем недавнее исследование привело к разработке методов сортировки по полу спермы быков из замороженных-размороженных соломок для спермы, что позволяет эффективно сортировать сперму от любого производителя по полу.

С особым упором на молочный скот, в статье описываются преимущества определения пола, метод определения пола сперматозоидов и влияние процесса сортировки на жизнеспособность и фертильность сперматозоидов. Обсуждается относительно новая идея разделения сперматозоидов по полу из криоконсервированной спермы, а также способы распространения сперматозоидов с разбивкой по полу, при этом потенциальные преимущества каждого из них обсуждаются с коммерческой и научной точек зрения.

Сперма и консервация

ERS Roldan, Montserrat Gomendio, в биологии спермы, 2009 г.

14.3.4 Определение пола сперматозоидов

Выбор пола посредством сортировки сперматозоидов, несущих X- или Y-хромосомы, может быть ценным инструментом в управлении видами, находящимися под угрозой исчезновения, в программах разведения в неволе и, возможно, даже если отсортированная сперма используется в свободно живущих популяциях. В США и других странах существует надбавка за телят, и это стимулирует коммерческое применение сортировки спермы. У видов, находящихся под угрозой исчезновения, возможность выбора пола потомства может иметь значительное влияние на программы разведения в неволе, сталкивающиеся с ограничениями пространства или имеющие дело с видами, у которых система спаривания такова, что каждый самец может спариваться с несколькими самками.

Потомство заданного пола родилось у крупного рогатого скота, человека, овцы, свиньи, лошади, кролика, лося, буйвола, кошки и дельфина (обзор в Cran 2007). Сперма, отсортированная с помощью проточной цитометрии, с чистотой более 90% X- или Y-сперматозоидов, может использоваться для искусственного оплодотворения или in vitro.оплодотворение с последующим переносом полученных эмбрионов. Но использование будет зависеть от эффективности сортировки и вспомогательных репродуктивных технологий, доступных для разных видов. В настоящее время достижимы относительно высокие показатели сортировки и использование для оплодотворения низкими дозами сперматозоидов: минимум 35% подвижных сперматозоидов при оттаивании и показатели наступления беременности, что составляет около 75% результатов, полученных с несортированными сперматозоидами. Недавние исследования показали, что сперму можно заморозить, разморозить, отсортировать и снова заморозить для использования в полевых условиях (de Graaf et al. 2006), что открывает новые возможности для сбора сперматозоидов у диких животных и использования централизованных средств сортировки.

Искусственное оплодотворение

Роберт Х. Фут,. Джон Э. Паркс, Справочный модуль по науке о продуктах питания, 2020 г.

Исторический очерк

Сегодня мы знаем, что ИИ - это первая биотехнология репродукции животных, которая была применена для (1) значительного снижения заболеваемости венерическими заболеваниями, (2) огромного улучшения практических типовых черт и генетической способности молочного скота производить молока, (3) сокращение летальных и полулегальных генов в популяции молочного скота и (4) возможность предварительного выбора пола телят в промышленных масштабах. Разработка и всеобщее признание первоначальных процедур искусственного интеллекта заложили основу, на которой были построены многие репродуктивные биотехнологии животных. Эти технологии включают криоконсервацию спермы, осеменение суперовулированных коров с последующим сбором, манипуляциями и переносом эмбрионов, а также сортировку спермы по полу. Обеспечивая превосходную генетику,Устраняя стоимость безопасного содержания и опасность наличия зрелых быков на ферме, а также устраняя сельскохозяйственных быков как переносчиков венерических заболеваний, ИИ фактически заменил практику естественного спаривания в коммерческом молочном животноводстве.

Левенгук и его ученик Хамм в 1677 году открыли дверь для исследований роли сперматозоидов в оплодотворении, когда в свой простой микроскоп обнаружили эти маленькие подвижные клетки, которые они назвали «анималкулами». Новости об их открытии были отправлены в Лондонское королевское общество, где король был очарован, и статья была опубликована. Почти 100 лет спустя, в 1780 году, Спалланцани зарегистрировал первое успешное искусственное оплодотворение, когда у осемененной им суки родились щенки. В 1899 году Иванов организовал исследования ИИ лошадей и других домашних животных в России, а вскоре после этого Исикава в Японии.

В 1930-х гг. Датские ветеринары развили искусственный интеллект, разработав ректовагинальную технику осеменения. Эта процедура требовала меньшего количества сперматозоидов на осеменение, потому что сперма откладывалась через цервикальный барьер непосредственно в матку. Эта процедура была перенесена в Соединенные Штаты в 1938 году, где несколько исследователей изучали возможность использования ИИ. Кооперативное движение ИИ быстро распространилось в Соединенных Штатах, и было проведено много исследований, которые способствовали выдающемуся развитию ИИ с жидкой спермой. Позже индустрия искусственного интеллекта в большинстве стран перешла на замороженную сперму после успешного замораживания спермы быков в Англии.

Для производства превосходной упаковки спермы, содержащей сперму, требуется множество этапов, которые можно легко передать корове, чтобы вызвать беременность. К ним относятся надлежащие методы обращения с быками и сбора спермы, критическая оценка количества и качества собранной спермы, а также быстрое, но осторожное обращение и сохранение спермы посредством обработки и осеменения. Переход от жидкой спермы к замороженной потребовал инноваций в методах упаковки, криоконсервации, хранения и размораживания спермы в рамках современной передовой технологии искусственного интеллекта.

Вспомогательные репродуктивные технологии у свиней

ТЕХНОЛОГИЯ СПЕРМЫ СЕКСА

Возможность предварительного выбора пола потомства во время зачатия входит в число самых востребованных репродуктивных технологий всех времен. Определение пола спермы млекопитающих имеет несколько важных применений в свиноводстве; однако определение пола сперматозоидов будет иметь огромное влияние на эффективность существующих систем размножения. Мы наблюдаем кардинальные изменения в свиноводстве с консолидацией и вертикальной интеграцией, которые влияют на производство и продажу свиней. Использование предварительного выбора пола имеет большой потенциал для повышения эффективности. В будущем те, кто не пользуется преимуществами эффективности, такими как контроль пола, могут покупать продукты животного происхождения у тех, кто их использует. 25

В течение нескольких лет исследователи без особого успеха пытались более десятка подходов к разделению сперматозоидов, несущих Х-хромосому и Y-хромосому, на основе предполагаемых и предполагаемых различий в физических характеристиках или иммунологических факторах. Однако недавно новый подход, основанный на четко установленных различиях в содержании ДНК между двумя половыми хромосомами, стал единственным неизменно успешным методом сортировки сперматозоидов различных видов, включая свиней. 26 Этот метод сортировки клеток, активируемый флуоресценцией ДНК, включает обработку сперматозоидов флуоресцентным красителем Hoechst 33342, который связывается с их ДНК,а затем сортировка их на отдельные популяции сперматозоидов, несущих X и Y, с использованием проточного цитометра-сортировщика клеток, модифицированного специально для сперматозоидов, для измерения относительной интенсивности флуоресценции, отражающей содержание ДНК в каждом сперматозоиде, проходящем через лазерный луч. Проточно-цитометрическое разделение жизнеспособной Х-хромосомы - от сперматозоидов, несущих Y-хромосому, в настоящее время является хорошо зарекомендовавшим себя методом и доказало, что его можно повторить во многих местах и ​​со многими видами с чистотой более 90%. 27 В среднем, X-несущие сперматозоиды обычных млекопитающих содержат на 3-7% (3,6% у свиней) больше ДНК, чем Y-несущие сперматозоиды. 28 Чем больше разница, тем легче сортировать с большой точностью.Проточно-цитометрическое разделение жизнеспособной Х-хромосомы - от сперматозоидов, несущих Y-хромосому, в настоящее время является хорошо зарекомендовавшим себя методом и доказало, что его можно повторить во многих местах и ​​для многих видов с чистотой более 90%. 27 В среднем, X-несущие сперматозоиды обычных млекопитающих содержат на 3-7% (3,6% у свиней) больше ДНК, чем Y-несущие сперматозоиды. 28 Чем больше разница, тем легче сортировать с большой точностью.Проточно-цитометрическое разделение жизнеспособной Х-хромосомы - от сперматозоидов, несущих Y-хромосому, в настоящее время является хорошо зарекомендовавшим себя методом и доказало, что его можно повторить во многих местах и ​​для многих видов с чистотой более 90%. 27 В среднем, X-несущие сперматозоиды обычных млекопитающих содержат на 3-7% (3,6% у свиней) больше ДНК, чем Y-несущие сперматозоиды. 28 Чем больше разница, тем легче сортировать с большой точностью.

Потомство заданного пола у свиней и других видов домашних животных рождается после осеменения с использованием этой технологии с момента ее внедрения в 1989 году. 12 Однако нынешняя технология имеет определенные препятствия, которые не позволяют ее более широкому применению. Во-первых, количество сперматозоидов, которые можно отделить за час, невелико (около 16 миллионов X-несущих сперматозоидов с чистотой от 73% до 80%); во-вторых, мечение флуорохромом снижает жизнеспособность сперматозоидов, что приводит к более высокой эмбриональной смертности; и, в-третьих, чрезвычайно высоки расходы, связанные с использованием подходящего проточного цитометра. Тем не менее, новые технологические достижения в технологии высокоскоростной сортировки клеток делаются, чтобы сделать процесс производства более жизнеспособных сперматозоидов X и Y в единицу времени с высочайшей чистотой.27 Хотя ограниченное количество сперматозоидов, доступных с помощью проточно-цитометрической сортировки сперматозоидов, можно обойти с помощью ЭКО или ИКСИ и последующего переноса эмбрионов, они, вероятно, будут второстепенными путями регулирования пола по сравнению с ИИ, поскольку сперма может доставляться разными путями и методами. такие как хирургические (внутриматочные или внутриутробные), глубокие маточные, шейные и лапароскопические. У свиней такого количества сперматозоидов недостаточно для обычных методов осеменения; однако недавно было показано, что численное уменьшение количества сперматозоидов за одно осеменение и использование отсортированных сперматозоидов не обязательно влияет на частоту наступления беременности, если сперма откладывается хирургическим путем ближе к маточно-трубочному соединению за несколько часов до овуляции.Было продемонстрировано, что количество осемененных сперматозоидов может быть уменьшено на несколько порядков при небольшом объеме осеменения до 5 × 10 6 в 0,5 мл экстендера Androhep на рог матки у гормонально стимулированных свинок препубертатного возраста 29 или у свиноматок 30 без значительного сокращения. по темпам наступления беременности или опороса или по размеру помета.

В настоящее время определение пола спермы - это инструмент, который достаточно созрел, чтобы быть ценным для экспериментальных целей и для определенных нишевых приложений, связанных с промышленным животноводством. Для широкого применения в сельском хозяйстве стоимость должна быть низкой, а эффективность и удобство - высокими. Асимметричное соотношение полов от 85% до 100% одного или другого пола неоднократно достигалось у большинства видов. В предварительном эксперименте свиньи желаемого и предполагаемого пола были рождены после хирургического осеменения у 74% самок и 68% самцов. 12 Все потомки были морфологически нормальными и были способны к воспроизводству во взрослом возрасте, не показывая отрицательных эффектов процесса сортировки. Благодаря усовершенствованным методам ЭКО свиней, разделенные по полу сперматозоиды использовались для оплодотворения созревших in vivo ооцитов, а полученные эмбрионы использовались для получения двух пометов свиней, все желаемого пола.14 Это было первое успешное использование сперматозоидов с разделением по полу для получения потомства предпочтительного пола после переноса эмбрионов с разделением по полу, полученных путем производства эмбрионов in vitro (IVP).

Улучшения в протоколах ЭКО привели к большему количеству исследований в этой области, но теперь с использованием яйцеклеток, созревших in vitro. В одном исследовании осеменение яйцеклеток было выполнено в течение 1 часа после завершения процесса сортировки, а эмбрионы были перенесены на четырехклеточной стадии. 31 Тридцать четыре поросенка родились от 6 свиноматок-реципиентов с эмбрионами; 33 женщины и 1 мужчина (97% успеха). В другом исследовании созревшие in vitro ооциты свиней оплодотворяли спермой, отсортированной по X или Y, через 20 часов после сортировки. 32 Три помета родились от эмбрионов, полученных из сперматозоидов, отсортированных по Y, в результате чего родилось 9 поросят-самцов (100%), и 5 пометов были рождены от перенесенных эмбрионов, полученных из сперматозоидов, отсортированных по X, в результате получилось 23 самки и 1 самец (97%). . КоллективноРезультаты этих экспериментов продемонстрировали эффективность использования сперматозоидов, разделенных по полу, для получения потомства у свиней путем получения сначала разделенных по полу эмбрионов. В настоящее время новые проточные цитометры совершенствуются для коммерческого использования благодаря сотрудничеству лабораторий Beltsville Germplasm и Gamete Physiology и нескольких ученых со всего мира.

Другой подход к определению пола сперматозоидов, который в настоящее время разрабатывается, основан на гипотезе о том, что специфичные для пола белки, присутствующие на поверхности сперматозоидов желаемого пола, могут быть удалены с помощью поликлональных антител, которые при добавлении к сперматозоиду приводят к агглютинации ячеек. Затем свободно плавающие сперматозоиды могут быть отфильтрованы и использованы для оплодотворения ооцитов in vitro. 33 Предварительные результаты испытаний, проведенных на коровах, показали, что эта жизнеспособная иммунологическая процедура определения пола сперматозоидов имеет потенциал для применения у других видов животных, включая свиней.