Lección 3. Biotecnologías utilizadas en reproducción animal II

Sexaje de Espermatozoides

El control de la proporción de los sexos en las especies domésticas es potencialmente de gran interés comercial para el sector agropecuario. El sexaje de espermatozoides (X o Y) es la manera más propicia para la selección del sexo en los animales antes de realizar una técnica de reproducción asistida. Este procedimiento es importante ya que gracias a él, se puede programar la producción hacia un sexo determinado según las demandas del mercado, también se puede acelerar y optimizar los programas de mejoramiento genético.

Los métodos más estudiados para la separación de espermatozoides son aquellos que intentan separarlos con base en sus características físicas o cinéticas (fraccionamiento sobre columnas de albúmina, filtración con sephadex, separación electroforética y varios tipos de fraccionamiento de flujo) y aquellos que actúan sobre las diferencias nucleares de los espermatozoides que transportan el cromosoma X o el Y (mediante la separación de espermatozoides por diferencias en el contenido de ADN se han obtenido poblaciones de espermatozoides X/Y altamente purificadas).

Para separar espermatozoides es necesario conocer que el núcleo del espermatozoide que transporta el cromosoma X es más grande y contiene una mayor cantidad de ADN que el núcleo que transporta el cromosoma Y. En la especie humana esta diferencia es de 2,8%, en espermatozoides de cerdo es de 3,4%, en espermatozoides de macho cabrío es de 4,2% y en espermatozoides de zorro es de 12.5%.

El desarrollo con los años de los equipos de citometría de flujo ha permitido, separar realmente los espermatozoides que contienen una mayor cantidad de ADN, con lo que se ha conseguido establecer poblaciones de espermatozoides bien caracterizadas y diferenciadas. Sin embargo, aunque los resultados actuales indican que los espermatozoides X ó Y se pueden separar en dos poblaciones altamente purificadas, que son capaces de retener su capacidad fecundante, que el sexo de los embriones resultantes coincide con el previsto y que se obtiene una progenie normal; la separación espermática por citometría de flujo es todavía de difícil implementación para incluirla dentro de los sistemas tradicionales de reproducción, debido al escaso número de espermatozoides que pueden ser separados y al alto costo que presenta el sistema.

El método ideal de separación espermática debe obtener un número suficientemente elevado de espermatozoides seleccionados para posibilitar la IA convencional y conseguir una correlación elevada con el sexo realmente obtenido. Con los equipos de citometría actuales se puede obtener un rendimiento de 300.000-400.000 espermatozoides X o Y por hora considerada una baja tasa de separación. La FIV, la inyección intracitoplasmática de espermatozoides (ICSI), la inseminación intratubárica, son métodos que necesitan de baja concentración espermática y podrían maximizar el rendimiento de las poblaciones espermáticas separadas.

Sexaje de Embriones

La determinación del sexo de embriones antes de su implantación ha sido un reto perseguido en el campo de la producción animal, especialmente la bovina, desde la llegada de la transferencia de embriones en los años setenta; algunos ganaderos de países desarrollados han logrado resultados positivos con la implantación de esta tecnología.

Uno de los fines específicos de esta tecnología es la de permitir generar únicamente ejemplares del sexo deseado en puntos específicos de un programa de mejoramiento genético, lo que reduce considerablemente el número de animales necesarios y acelera el progreso genéticamente hablando.

En 1989, fue realizada la primera identificación del sexo de un embrión humano antes de la implantación, con el uso de la Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR). A partir de ahí, comenzaron las publicaciones describiendo la técnica para embriones bovinos, con la utilización de la biopsia de un embrión en desarrollo.

La técnica de PCR es un procedimiento que permite la amplificación in vitro de fragmentos de ADN. Es una síntesis enzimática in vitro que permite la producción de millones de copias de un segmento específico de ADN, en presencia de la enzima ADN polimerasa. El sexaje de embriones a través de PCR es rápido, sencillo y presenta una eficacia de más del 90%. Esta técnica es utilizada para amplificar y detectar ADN específico del cromosoma Y, presente solamente en las células de los embriones del sexo masculino. Los embriones son biopsiados, para retirar algunas células que se utilizan para el sexaje y mientras la reacción de PCR se realiza, ellos pueden ser mantenidos en cultivo o congelados, para su posterior transferencia en hembras receptoras. Sin embargo, es necesario el desarrollo de métodos mas sencillos para la biopsia de los embriones, la cual generalmente es realizada con auxilio de micromanipuladores, lo que se traduce en un procesó mas largo y dispendioso.

Cabe en este contexto hacer referencia al Diagnostico genético Preimplantacional (DGP o PGD por sus siglas en inglés) que es una técnica que resulta de la combinación de la genética molecular con la producción in vitro o in vivo de embriones. Actualmente, se han desarrollado técnicas de diagnóstico molecular en embriones que permiten detectar, a partir de una o más células embrionarias, enfermedades genéticas o alelos que presenten ventajas productivas y realizar así la implantación de sólo aquellos embriones seleccionados.

Como ejemplo se puede citar el genotipado del gen PrnP, relacionado con las encefalopatías espongiformes transmisibles (EETs), las cuales engloban un grupo de enfermedades neurodegenerativas causadas por priones que afectan a diferentes especies animales (enfermedad de las vacas locas) incluida la humana. El estudio de factores genéticos relacionados con las EETs ha puesto de manifiesto una fuerte asociación entre tres de los codones del gen Prn-P (136, 154 y 171) que parecen mostrar influencia sobre la susceptibilidad a esta patología. Según su genotipo, los animales se clasifican en 5 grupos (R1 a R5), de mayor a menor resistencia a padecerla. Se han adoptado normativas para seleccionar aquellos animales de genotipos resistentes, con miras a eliminar la enfermedad a través de la vía genética.

Producción de Embriones in vitro (PIV)

La técnica de producción de embriones in vitro, denominada también maduración in vitro, ha sido utilizada en los diferentes segmentos de la reproducción asistida en las áreas humana y animal. Adicionalmente, esta técnica respalda el desarrollo de otras biotécnicas tales TE, FIV, determinación del sexo, clonación y la producción de animales transgénicos, donde la capacidad de mantener la viabilidad de los embriones durante un tiempo variable fuera del aparato genital femenino, es crucial para asegurar su posterior desarrollo.

Numerosos han sido los estudios de investigación que se han llevado a cabo para poder determinar cuales son los eventos ideales para que el ovocito inmaduro complete su maduración nuclear y citoplasmática in vitro y así poder luego fecundarlos (con semen capacitado) y posteriormente cultivarlos in vitro.

Los embriones son obtenidos a partir de ovocitos aspirados de folículos ováricos que pueden provenir de: Hembras de alto valor genético que permitirá producir embriones genéticamente superiores, hembras con importante valor genético que son destinadas a la faena y que previamente han sido castradas, produciéndose embriones individualizados de alta calidad, también pueden ser hembras sin valor genético particular, cuando sólo interesa aumentar los kilogramos de carne producidos.

Inyección Intracitoplasmática de Espermatozoides (ICSI)

Como técnica paralela a la FIV, y con el fin de solventar el problema de la polispermia, en la actualidad se ha desarrollado el ICSI que consiste en insertar, mecánicamente por medio de una micropipeta conectada a un micromanipulador, un espermatozoide en el interior del citoplasma de un ovocito maduro.

Esta técnica fue desarrollada en 1992 para tratar problemas de infertilidad en hombres y ha tenido un impacto tan grande que actualmente al menos un tercio de las gestaciones producto de reproducción asistida en humanos son obtenidas por este sistema. En reproducción animal es una herramienta de gran aplicación en diversos campos, entre los que se destacan la producción de animales transgénicos de interés en ganadería o biomedicina y la recuperación de razas en peligro de extinción. Aunque en la actualidad existen referencias de obtención de descendencia viva mediante esta tecnología, el rendimiento es muy inferior al del hombre, posiblemente debido a la dificultad de los cigotos para alcanzar el estadío de blastocisto in vitro.

Las desventajas del ICSI incluyen la necesidad de una compleja instrumentación, personal preparado y un efectivo protocolo de trabajo que permita la inyección del espermatozoide en el ovocito en un intervalo menor de 1 minuto para poder obtener un número considerable de ovocitos inyectados.