北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校和史密森尼保護(hù)生物學(xué)研究所的研究小組在11月出版的Theriogenology雜志上發(fā)表的一篇論文中宣布，首次使用快速微波脫水方法成功干燥和補液家貓精子。

該論文的作者，來自北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校的Jennifer Patrick和Gloria Elliott以及來自SCBI的Pierre Comizzoli表明，再水化的精子具有最小的DNA損傷并且是可行的 - 它們能夠在體外產(chǎn)生胚胎。由于該組先前已成功生產(chǎn)出可存活的脫水貓卵，因此該發(fā)現(xiàn)顯示了在干燥狀態(tài)下保存貓生殖細(xì)胞的可能性。

通過脫水成功保存貓精子遠(yuǎn)非神秘的成就，是解決野生貓科動物生殖生物學(xué)中涉及的關(guān)鍵問題的潛在重要步驟。

許多生物學(xué)家和環(huán)境科學(xué)家認(rèn)為，生物圈目前處于“第六次滅絕”的中間，可能最終導(dǎo)致地球上物種數(shù)量的大幅減少和大規(guī)模生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。存在很大的風(fēng)險，在不久的將來，對于地球生物多樣性至關(guān)重要的物種可能會滅絕或遺傳多樣性減少，以至于野生種群不可行。

如果有更多的皮蛋和精子“庫”，科學(xué)可能能夠迅速而成功地改善小動物種群的狀況?？茖W(xué)家可以簡單地使用生殖材料儲存，以穩(wěn)定的干燥形式保存，重新水合它們并創(chuàng)造一群可存活的胚胎。

為什么干生殖細(xì)胞?保留精子，卵子和胚胎供以后使用的想法并不新鮮，但通常優(yōu)選的保存技術(shù)是將這些材料冷凍。冷凍保存是一種用于保存生殖細(xì)胞和胚胎的成熟技術(shù)，但考慮到未來的不確定性，這種方法存在問題。在冰點溫度下儲存需要持續(xù)的能源供應(yīng)，昂貴的技術(shù)和設(shè)施以及復(fù)雜的維護(hù)操作 - 所有困難且昂貴的事情需要長時間持續(xù)維持，特別是在偶爾的不利條件下。

大自然提出了另一種可能更強大的解決方案：通過脫水進(jìn)行細(xì)胞淤滯。植物，真菌和細(xì)菌通常這樣做，將它們的遺傳物質(zhì)放在孢子，孢囊，花粉和種子中，使其保持短時間 - 并且有時候，更長的時間尺度 - 并允許它在遠(yuǎn)距離運輸同樣。

生活在惡劣沙漠和其他極端環(huán)境中的一些動物 - 例如鹽水蝦和緩動劑(“水熊”) - 也開發(fā)了將其生物學(xué)置于脫水停滯狀態(tài)的能力，有時長期使用。他們通過在細(xì)胞中產(chǎn)生和積累高濃度的二糖(如海藻糖)來實現(xiàn)這一目標(biāo)，這取代了脫水過程中失去的水分并固化成玻璃 - 一種非常高粘度的液體，可以阻止化學(xué)活性并固定酶 - 環(huán)境溫度冷凍細(xì)胞結(jié)構(gòu)和活性，琥珀冷凍的昆蟲的分子水平版本。

“當(dāng)你考慮長期保存有機體時，你并不關(guān)心電氣中斷。洪水和其他天氣事件可能需要在脅迫下重新安置樣品，”Elliott指出。“冷凍樣品不易運輸，而如果你的樣品是干燥的包裝 - 就像干果或你在架子上的任何干貨 - 你可以把你的收藏品放在一個袋子里然后走出門。這就是概念 - 不僅要保持低儲存成本，而且要使標(biāo)本易于運輸，便于標(biāo)本的共用或重新安置。“

Elliott研究小組正在研究的保存方法包括將細(xì)胞懸浮在稀釋的海藻糖溶液中，然后通過溫和的微波輔助加熱過程去除水來濃縮它，以便形成海藻糖玻璃，在室溫下固定生物分子，類似于冷凍。

以前使用冷凍干燥技術(shù)將生殖細(xì)胞用海藻糖進(jìn)行類似的干燥保存，但是微波輔助方法更快并且可以允許更廣泛地使用該技術(shù)。

“這使我們能夠?qū)⑦@些保存技術(shù)納入一些低資源環(huán)境 - 第三世界國家，如發(fā)展中國家，”Elliott說。“如果你考慮用于生物多樣性研究的標(biāo)本 - 那些國家并沒有為這種收集而建立，這種保存方法開辟了這種可能性。”

這一發(fā)現(xiàn)還擴大了哺乳動物物種的范圍，這些物種的生殖細(xì)胞可以成功地進(jìn)行干燥保存。以前的實驗已成功地在大鼠和小鼠中干燥保存了精子和卵細(xì)胞，但嚙齒動物生殖細(xì)胞的生物學(xué)與其他哺乳動物(包括貓和人)的生物學(xué)顯著不同。在嚙齒動物中，精子細(xì)胞相對簡單并且主要僅包含雄性遺傳物質(zhì)，而在貓和人類中它還包含中心體，細(xì)胞分裂所必需的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和胚胎的成功發(fā)育。由于中心體對于繁殖是至關(guān)重要的，并且由于精子是小細(xì)胞結(jié)構(gòu)，因此貓精子比嚙齒動物精子更難以保存。

“這是貓精子第一次完成，貓精子比嚙齒動物精子更接近人類精子，”Elliott指出。

“對老鼠進(jìn)行了大量的工作，但是大鼠不一定是中心體遺傳的良好模型，這可能會影響生育能力。這就是為什么我們認(rèn)為家貓模型對人類來說比嚙齒動物更好，這就是發(fā)現(xiàn)很重要，“她說。

該團(tuán)隊再水合精子的繁殖成功率為6.5%，而新鮮精子的生殖成功率為15%，活力降低，但仍可用于保存目的。再水化的精子不能運動，但這對于生產(chǎn)有活力的胚胎也不是至關(guān)重要的。

“當(dāng)我們?yōu)榱酥圃炫咛ザ稍锖蛢Υ鏄悠窌r，我們不必?fù)碛型暾木?，因為我們將使用再水合樣品進(jìn)行卵胞漿內(nèi)精子注射，”Elliott指出。“你不必有尾巴，你不必?fù)碛型暾木宇^ - 你基本上是注射關(guān)鍵的精子成分。精子頭部不一定要有很好的形狀，但你必須確保某些關(guān)鍵成分是完整的，包括中心體。“

雖然這一發(fā)現(xiàn)是一個概念驗證，但在開發(fā)和證明該技術(shù)方面仍有許多工作要做。Elliott指出，目前實現(xiàn)的干燥程度是否足夠長，以便在沒有任何冷藏的情況下長期保存，以及是否可以進(jìn)一步干燥仍有待觀察。一旦這些條件得到優(yōu)化，就需要進(jìn)行測試以確保胚胎能夠成熟為健康的小貓。