In een artikel dat verschijnt in het novembernummer van het tijdschrift Theriogenologie , een team van onderzoekers van de Universiteit van North Carolina in Charlotte en het Smithsonian Conservation Biology Institute, kondigde de eerste succesvolle droging en rehydratatie van spermatozoa van huiskatten aan met behulp van een snelle microgolfdehydratatiemethode.

De auteurs van het artikel, Jennifer Patrick en Gloria Elliott van UNC Charlotte, en Pierre Comizzoli van SCBI, laten zien dat de gerehydrateerde spermatozoa minimale DNA-schade hebben en levensvatbaar zijn - ze zijn in staat om in vitro embryo's te produceren. Aangezien de groep er eerder in was geslaagd om levensvatbare gedehydrateerde katteneieren te produceren, deze bevinding toont de mogelijkheid aan om katachtige voortplantingscellen in gedroogde toestand te bewaren.

Verre van een esoterische prestatie, de succesvolle bewaring van spermatozoa van katten door uitdroging is een potentieel belangrijke stap in het aanpakken van belangrijke problemen die betrokken zijn bij de reproductieve biologie van wilde katachtigen.

Veel biologen en milieuwetenschappers denken dat de biosfeer zich momenteel midden in een "zesde uitsterving" bevindt die kan eindigen in een enorme vermindering van het aantal soorten op de planeet en de ineenstorting van enorme ecosystemen. Er is een aanzienlijk risico dat in de nabije toekomst, soorten die essentieel zijn voor de biologische diversiteit van de planeet kunnen ofwel uitsterven of zo verminderd zijn in hun genetische diversiteit dat wilde populaties niet levensvatbaar zijn.

De wetenschap zou in staat kunnen zijn om de status van populaties kleine dieren snel en met succes te verbeteren als er meer "bibliotheken" met geconserveerde eieren en sperma beschikbaar zijn. Wetenschappers zouden gewoon voorraden teeltmateriaal kunnen gebruiken, bewaard in stal, gedroogde vorm, rehydrateer ze en creëer een populatie van levensvatbare embryo's.

Waarom gedroogde voortplantingscellen? Het idee om sperma te bewaren, eieren en embryo's voor later gebruik is niet nieuw, maar in het algemeen is de conserveringstechniek die de voorkeur heeft, dat deze materialen worden ingevroren. Cryopreservatie is een bewezen technologie voor het bewaren van kiemcellen en embryo's, maar er zijn problemen met deze aanpak, rekening houdend met toekomstige onzekerheid. Opslag bij vriestemperaturen vereist een constante energievoorziening, dure technologie en faciliteiten, en complexe onderhoudsoperaties - alle moeilijke en dure dingen om continu te onderhouden gedurende lange tijdsperioden, vooral onder soms ongunstige omstandigheden.

De natuur suggereert een andere, misschien robuuster, oplossing:cellulaire stasis door uitdroging. Planten, schimmels en bacteriën, doe dit vaak, hun genetisch materiaal in sporen zetten, cysten, stuifmeel en zaden, die het voor korte perioden bewaard houden - en ook, soms, voor veel langere tijdschalen - en laat het ook over afstanden transporteren.

Sommige dieren die in barre woestijnen en andere extreme omgevingen leven - zoals artemia en tardigrades ("waterberen") - hebben ook het vermogen ontwikkeld om hun biologie in een staat van uitgedroogde stasis te brengen, soms voor langere tijd. Ze doen dit door hoge concentraties disacharidesuikers (zoals trehalose) in hun cellen te produceren en op te hopen, die het water vervangt dat verloren gaat tijdens uitdroging en stolt tot een glas - echt zeer stroperige vloeistof die de chemische activiteit stopt en enzymen immobiliseert - een bevriezing van cellulaire structuren en activiteit bij omgevingstemperatuur, een versie op moleculair niveau van insecten ingevroren in barnsteen.

"Als je denkt aan het behoud van organismen op lange termijn, u houdt zich niet alleen bezig met elektrische onderbrekingen. Overstromingen en andere weersomstandigheden kunnen ertoe leiden dat monsters onder dwang moeten worden verplaatst, " merkt Elliott op. "Bevroren monsters zijn niet gemakkelijk te vervoeren, terwijl als uw monsters worden bewaard als droge pakjes - net als gedroogd fruit of andere droge goederen die u op een plank heeft - u uw verzameling in een zak kunt gooien en de deur uit kunt gaan . Dat is het concept - niet alleen om de opslagkosten laag te houden, maar om exemplaren gemakkelijk verplaatsbaar te maken, het vergemakkelijken van het delen of verplaatsen van specimens."

De conserveringsmethode die het onderzoeksteam van Elliott onderzoekt, omvat het suspenderen van cellen in een verdunde trehalose-oplossing, en vervolgens te concentreren door het water te verwijderen met een zacht, door de magnetron ondersteund verwarmingsproces, zodat een trehaloseglas ontstaat, het immobiliseren van biologische moleculen bij omgevingstemperaturen, vergelijkbaar met invriezen.

Reproductieve cellen zijn eerder op vergelijkbare wijze droog geconserveerd met trehalose, met behulp van een vriesdroogtechniek, maar de met microgolven ondersteunde methode is sneller en kan een uitgebreider gebruik van de technologie mogelijk maken.

"Dit stelt ons in staat om deze conserveringstechnologieën in sommige omgevingen met weinig hulpbronnen te krijgen - derdewereldlanden zoals ontwikkelingslanden, , "Zei Elliott. "Als je kijkt naar specimens voor onderzoek naar biodiversiteit - die landen zijn niet gemaakt voor dat soort verzamelingen en deze conserveringsmethode opent die mogelijkheid."

De bevinding breidt ook het bereik van zoogdiersoorten uit waarvan de kiemcellen met succes droog kunnen worden bewaard. Eerdere experimenten hebben met succes sperma- en eicellen droog geconserveerd bij ratten en muizen, maar de biologie van kiemcellen van knaagdieren verschilt aanzienlijk van die van andere zoogdieren, inclusief katten en mensen. Bij knaagdieren, de zaadcel is relatief eenvoudig en bevat voornamelijk alleen het mannelijke genetische materiaal, terwijl het bij katten en mensen ook het centrosoom bevat, een celstructuur die nodig is voor celdeling en de succesvolle ontwikkeling van een embryo. Aangezien het centrosoom essentieel is voor de voortplanting en aangezien sperma kleine celstructuren zijn, kattensperma zijn potentieel moeilijker te bewaren dan knaagdiersperma.

"Dit is de eerste keer dat dit ooit is gedaan met kattensperma, en kattensperma staan ​​dichter bij menselijk sperma dan bij knaagdieren, ’ merkt Elliott op.

"Er is veel werk verricht aan ratten, maar de rat is niet per se een goed model voor centrosomale overerving, die de vruchtbaarheid kunnen beïnvloeden. Dit is waarom we geloven dat het huiskattenmodel een beter model is voor mensen dan knaagdieren, en deze bevinding is belangrijk, " ze zei.

Het reproductieve succespercentage van het opnieuw gehydrateerde sperma van het team was 6,5%, vergeleken met een percentage van 15% met vers sperma, een vermindering van de levensvatbaarheid, maar nog steeds acceptabel voor conserveringsdoeleinden. Gerehydrateerd sperma was niet beweeglijk, maar ook dat was niet essentieel voor het produceren van levensvatbare embryo's.

"Als we monsters drogen en bewaren om embryo's te maken, we hoeven geen volledig intact sperma te hebben omdat we intracytoplasmatische sperma-injecties zullen doen met de gerehydrateerde monsters, " merkte Elliott op. "Je hoeft geen staart te hebben, u hoeft geen volledig intacte spermakoppen te hebben - u injecteert in wezen essentiële spermacomponenten. De spermakoppen hoeven niet in fantastische staat te zijn, maar je moet er wel voor zorgen dat bepaalde kritische componenten intact zijn, inclusief het centrosoom."

Hoewel de bevinding een proof-of-concept is, er moet nog werk worden verricht om de technologie te ontwikkelen en te bewijzen. Elliott merkt op dat het nog te bezien is of het momenteel bereikte droogteniveau hoog genoeg is voor langdurige bewaring zonder enige koeling, en ook of verder drogen mogelijk is. Zodra deze voorwaarden zijn geoptimaliseerd, dan moeten er testen worden gedaan om ervoor te zorgen dat de embryo's kunnen uitgroeien tot gezonde kittens.