I ett papper som kommer i tidningen i november Teriogenologi , ett team av forskare från University of North Carolina i Charlotte och Smithsonian Conservation Biology Institute, tillkännagav den första framgångsrika torkningen och rehydratiseringen av tamkattens spermier med hjälp av en snabb mikrovågsdehydratiseringsmetod.
Tidningens författare, Jennifer Patrick och Gloria Elliott från UNC Charlotte, och Pierre Comizzoli från SCBI, visar att de rehydratiserade spermierna har minimal DNA -skada och är livskraftiga - de kan producera embryon in vitro. Eftersom gruppen tidigare hade lyckats producera livskraftiga uttorkade kattägg, detta fynd visar möjligheten att bevara reproduktionsceller hos kattdjur i torkat tillstånd.
Långt från att vara en esoterisk prestation, framgångsrik bevarande av kattens spermatozoer genom uttorkning är ett potentiellt viktigt steg för att ta itu med nyckelfrågor som är involverade i reproduktionsbiologin hos vilda kattdjur.
Många biologer och miljöforskare tror att biosfären för närvarande är mitt i en "sjätte utrotning" som kan sluta med en enorm minskning av antalet arter på planeten och kollaps av stora ekosystem. Det finns en betydande risk att inom en snar framtid, arter som är nyckeln till planetens biologiska mångfald kan antingen dö ut eller vara så minskade i sin genetiska mångfald att vilda populationer inte är livskraftiga.
Vetenskapen kan snabbt och framgångsrikt förbättra statusen för små djurpopulationer om fler "bibliotek" med konserverade ägg och spermier finns tillgängliga. Forskare kan helt enkelt använda lager av reproduktionsmaterial, bevarad i stabil, torkad form, återfukta dem och skapa en population av livskraftiga embryon.
Varför torkade reproduktionsceller? Tanken att bevara spermier, ägg och embryon för senare användning är inte nytt, men i allmänhet är den föredragna konserveringstekniken att dessa material fryses. Kryokonservering är en beprövad teknik för att bevara könsceller och embryon, men det finns problem med detta tillvägagångssätt, med tanke på framtida osäkerhet. Lagring vid minusgrader kräver konstant energitillförsel, dyr teknik och anläggningar, och komplexa underhållsoperationer- alla svåra och kostsamma saker att kontinuerligt underhålla under lång tid, särskilt under ibland ogynnsamma förhållanden.
Naturen föreslår en annan, kanske mer robust, lösning:cellstasis genom uttorkning. Växter, svampar och bakterier, gör detta vanligt, sätta sitt genetiska material i sporer, cystor, pollen och frön, som håller den bevarad under korta perioder - och också, ibland, för mycket längre tidsskalor - och låta den transporteras över avstånd också.
Vissa djur som lever i hårda öknar och andra extrema miljöer - såsom saltlake räkor och tardigrader ("vattenbjörnar") - har också utvecklat förmågan att sätta sin biologi i ett tillstånd av uttorkad stasis, ibland under långa perioder. De gör detta genom att producera och ackumulera höga koncentrationer av disackaridsocker (som trehalos) i sina celler, som ersätter det förlorade vattnet under uttorkning och stelnar till ett glas - verkligen mycket viskös vätska som stoppar kemisk aktivitet och immobiliserar enzymer - en frysning av omgivande temperatur av cellulära strukturer och aktivitet, en molekylär version av insekter frusna i bärnsten.
"När du tänker på långsiktig bevarande av organismer, du oroar dig inte bara för elektriska avbrott. Översvämningar och andra väderhändelser kan kräva att prover flyttas under tvång, "Elliott noterar." Frysta prover är inte lätt att transportera, men om dina prover förvaras som torra paket - precis som torkad frukt eller torrvaror du har på en hylla - kan du slänga din samling i en påse och ut genom dörren går du . Det är konceptet - inte bara för att hålla lagringskostnaderna låga, men för att göra exemplar lätt att transportera, underlätta delning eller omplacering av prover. "
Konserveringsmetoden som Elliotts forskargrupp undersöker innebär att cellerna suspenderas i en utspädd trehaloslösning, och sedan koncentrera det genom att ta bort vattnet med en mild mikrovågsassisterad uppvärmningsprocess så att ett trehalosglas bildas, immobilisering av biologiska molekyler vid omgivningstemperaturer, liknande frysning.
Fortplantningsceller har tidigare torrkonserverats på samma sätt som trehalos, med hjälp av en frystorkningsteknik, men den mikrovågsassisterade metoden är snabbare och kan möjliggöra mer omfattande användning av tekniken.
"Detta gör att vi kan få in denna bevarandeteknik i vissa lågresursinställningar - tredje världsländer som utvecklingsländer, , "Elliott sa." Om du överväger exemplar för forskning om biologisk mångfald - dessa länder är inte inställda för den typen av insamling och denna metod för bevarande öppnar den möjligheten. "
Fyndet utökar också utbudet av däggdjursarter vars könsceller framgångsrikt kan torrkonserveras. Tidigare experiment har framgångsrikt torrkonserverade spermier och äggceller hos råttor och möss, men biologin hos gnagare könsceller skiljer sig väsentligt från andra däggdjurs, inklusive katter och människor. Hos gnagare, spermiecellen är relativt enkel och innehåller främst bara det manliga genetiska materialet, medan det hos katter och människor också innehåller centrosomen, en cellstruktur som är nödvändig för celldelning och framgångsrik utveckling av ett embryo. Eftersom centrosomen är avgörande för reproduktion och eftersom spermier är små cellulära strukturer, katt spermier är potentiellt mer utmanande att bevara än gnagare spermier.
"Det här är första gången detta någonsin har gjorts med kattspermier, och katt spermier är närmare mänskliga spermier än gnagare spermier, "Konstaterar Elliott.
"Det har gjorts mycket arbete med råttor, men råttan är inte nödvändigtvis en bra modell för centrosomalt arv, vilket kan påverka fertiliteten. Det är därför vi tror att huskattmodellen är en bättre modell för människor än gnagare, och denna upptäckt är betydande, " Hon sa.
Den reproduktiva framgångsfrekvensen för lagets rehydrerade spermier var 6,5%, jämfört med en hastighet på 15% med färska spermier, minskad livskraft, men fortfarande acceptabelt för bevarandeändamål. Rehydratiserade spermier var inte rörliga, men det var inte heller avgörande för att producera livskraftiga embryon.
"När vi torkar och lagrar prover för att skapa embryon, vi behöver inte ha helt intakta spermier eftersom vi kommer att göra intracytoplasmatiska spermier injektioner med de rehydratiserade proverna, "Noterade Elliott." Du behöver inte ha en svans, du behöver inte ha helt intakta spermiehuvuden - du injicerar i huvudsak kritiska spermiekomponenter. Spermihuvudena behöver inte vara i fantastisk form men du måste se till att vissa kritiska komponenter är intakta, inklusive centrosomen. "
Även om fyndet är ett bevis på konceptet, arbete återstår att utveckla och bevisa tekniken. Elliott konstaterar att det återstår att se om den torrhetsgrad som för närvarande uppnås är tillräckligt hög för långvarig konservering utan kylning, och även om ytterligare torkning är möjlig. När dessa villkor har optimerats, då måste testning göras för att säkerställa att embryona kan mogna till friska kattungar.
