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月份的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(bǔ)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。由于該組先前已經(jīng)成功生產(chǎn)了可存活的脫水貓卵，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)非神秘成就，是解決野生貓科動(dòng)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，這可能會(huì)導(dǎo)致地球上物種數(shù)量的大量減少和廣大生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，在不久的將來，對(duì)地球生物多樣性至關(guān)重要的物種可能滅絕或遺傳多樣性如此減少，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(dòng)物種群的狀況?？茖W(xué)家可以簡單地使用生殖材料儲(chǔ)存，以穩(wěn)定的干燥形式保存，重新水合它們并創(chuàng)造一群有活力的胚胎。

為什么干生殖細(xì)胞?保存精子，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(diǎn)溫度下儲(chǔ)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(shí)間持續(xù)維護(hù)，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(qiáng)大的解決方案：脫水過程中的細(xì)胞停滯。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(shí)間保存 - 有時(shí)甚至更長的時(shí)間尺度 - 并允許它在遠(yuǎn)距離運(yùn)輸同樣。

生活在惡劣沙漠和其他極端環(huán)境中的一些動(dòng)物 - 例如鹽水蝦和緩動(dòng)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(shí)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(shí)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，琥珀中冷凍的昆蟲的分子水平形式。

“當(dāng)你考慮長期保存有機(jī)體時(shí)，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(yùn)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一樣 - 你可以把你的收藏品放在一個(gè)袋子里然后走出門。這就是概念 - 不僅要保持低儲(chǔ)存成本，還要使標(biāo)本易于運(yùn)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，在環(huán)境溫度下固定生物分子，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設(shè)立，這種保存方法開辟了這種可能性。”

這一發(fā)現(xiàn)還擴(kuò)大了哺乳動(dòng)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(shí)驗(yàn)已成功地在大鼠和小鼠中干燥保存精子和卵細(xì)胞，但嚙齒動(dòng)物生殖細(xì)胞的生物學(xué)與其他哺乳動(dòng)物(包括貓和人)的生物學(xué)顯著不同。在嚙齒動(dòng)物中，精子細(xì)胞相對(duì)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(duì)于繁殖是至關(guān)重要的，并且由于精子是小的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，因此貓精子比嚙齒動(dòng)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(dòng)物精子更接近人類精子，”Elliott指出。

“對(duì)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(huì)影響生育能力。這就是為什么我們認(rèn)為家貓模型對(duì)人類來說比嚙齒動(dòng)物更好，這就是發(fā)現(xiàn)很重要，“她說。

該團(tuán)隊(duì)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(yùn)動(dòng)，但這對(duì)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?chǔ)存樣品時(shí)，我們不必?fù)碛型暾木?，因?yàn)槲覀儗⑹褂迷偎瘶悠愤M(jìn)行卵胞漿內(nèi)精子注射，”Elliott指出。“你不必?fù)碛形舶?，你不必?fù)碛型暾木宇^部 - 你基本上是注射了關(guān)鍵的精子成分。精子頭部不一定非常漂亮，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(gè)概念驗(yàn)證，但在開發(fā)和驗(yàn)證該技術(shù)方面仍有許多工作要做。艾略特指出，目前實(shí)現(xiàn)的干燥程度是否足夠高，無需任何冷藏即可長期保存，還有待進(jìn)一步干燥是否可行，還有待觀察。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。