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Toros ‘súper papás’ que están siendo diseñados para producir esperma de otro padre

marzo 14, 2019
Redaccion

Los «toros sustitutos» editados genéticamente podrían ayudar a difundir rasgos deseables rápidamente en algunos animales.

Heidi Ledford

Los biólogos reproductores están desarrollando una forma inusual de producir animales de granja con rasgos deseables: inyectar a padres sustitutos, cuya propia producción de esperma ha quedado paralizada por la edición de genes, con células madre productoras de esperma de otro macho que transmiten los genes de «élite» a la descendencia. A partir de entonces, la descendencia del padre sustituto no será la suya, sino la del donante.

El objetivo es difundir genes para rasgos deseables, como la resistencia a enfermedades o la tolerancia al calor, a través de una población de animales en menos generaciones de lo que es posible con la reproducción convencional. Si los científicos pueden superar los obstáculos técnicos persistentes, la técnica podría ser invaluable para los cerdos, pollos y otros animales que son difíciles de criar usando inseminación artificial. «Hay una oportunidad perdida para mejorar la genética», dice Jon Oatley, un biólogo reproductivo en la Universidad Estatal de Washington en Pullman.

La técnica también podría ayudar a los esfuerzos para conservar especies para las que el almacenamiento de semen es difícil, incluidas muchas aves.

En la industria lechera de los Estados Unidos, la práctica de inseminar artificialmente vacas con esperma recolectado de toros de élite, así como una cuidadosa selección genética, ha dado lugar a vacas que producen cuatro veces más leche que los animales en la década de 1940, antes de que se introdujera la práctica. Pero la inseminación artificial no se usa a menudo en el ganado de carne, porque a los animales se les permite vagar libremente por los pastos, lo que hace difícil rastrear a las vacas en la etapa correcta de su ciclo reproductivo. Y la técnica no funciona bien para los cerdos porque sus espermatozoides a menudo mueren en el almacenamiento.

¿Quien es tu papi?

Oatley y sus colegas ahora están trabajando para desarrollar toros de cerdo sustitutos. En 2017, los investigadores informaron que habían usado la herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9 para deshabilitar un gen llamado NANOS2 en cerdos. Los cerdos que llevan dos copias del gen deshabilitado no pueden producir espermatozoides, pero son normales, ideal como toros sustitutos 1 .

Ese mismo año, otro equipo dirigido por Michael McGrew, del Instituto Roslin de la Universidad de Edimburgo, dijo que había creado gallinas estériles utilizando un sistema diferente de edición de genes para desactivar un gen llamado DDX4 2 . Las hembras que heredan el gen discapacitado de sus padres serían estériles y podrían transformarse en madres sustitutas.

McGrew y su equipo han trasplantado células madre a embriones en desarrollo que llevan el gen DDX4 con discapacidad . Los que una vez fueron estériles recibieron huevos, dice McGrew, y su equipo ahora está verificando que la descendencia de esos huevos provino de las células trasplantadas.

McGrew espera aplicar la técnica el próximo año a las especies de pollos cuyas pequeñas poblaciones están altamente adaptadas a las condiciones locales en países africanos como Etiopía y Ghana. También espera usarlo para conservar razas raras de pollo en la India y el Reino Unido.

Los huevos de gallina son un blanco más fácil que los mamíferos para el trasplante de células, señala McGrew, porque es relativamente fácil para los investigadores acceder a embriones de pollo. Todo lo que un genetista debe hacer es hacer un pequeño agujero en la cáscara de un huevo, dice, e inyectar las células en la vasculatura del embrión en desarrollo. A partir de ahí, las células migran a la ubicación correcta y se multiplican.

Los cerdos plantean un mayor reto técnico. En la reunión sobre el genoma de plantas y animales en San Diego, California, en enero, Oatley presentó los resultados de sus esfuerzos para trasplantar células madre productoras de espermatozoides a sus toros de cerdo sustitutos. Las células sobrevivieron y generaron espermatozoides que parecían normales, pero había muchos menos de lo que se esperaría de un padre típico.

«Obviamente no es suficiente esperma para hacer el trabajo», dice Alison van Eenennaam, un genetista de animales en la Universidad de California, Davis, quien asistió a la charla. «Pero demostró que puedes generar esperma y esa es realmente la prueba de concepto».

Fertilidad meticulosa

El mes próximo, en la Reunión de Tecnología Transgénica en Kobe, Japón, Oatley planea presentar datos adicionales que demuestren que puede lograr una fertilidad normal en toros de ratón sustitutos, incluso cuando trasplanta células madre productoras de esperma de una cepa de ratones genéticamente diferente. El truco ahora, dice, será hacer que el sistema funcione en el ganado.

Eso aún podría presentar un desafío formidable, dice Ina Dobrinski, bióloga reproductiva de la Universidad de Calgary en Canadá. Los investigadores tienen formas de ampliar el número de células madre de ratones y ratas que dan origen a los espermatozoides cuando se cultivan en cultivos. Pero las técnicas no han funcionado bien en animales más grandes, incluidas las personas, dice Dobrinski, a pesar de la ferviente investigación dirigida a encontrar formas de restablecer la fertilidad en los niños que han recibido tratamiento para el cáncer.

Oatley reconoce estos desafíos, pero dice que una pequeña cantidad de células madre podría ser suficiente si se multiplican lo suficiente después del trasplante. Y Bhanu Telugu, un biólogo reproductivo de la Universidad de Maryland en College Park, dice que ajustar el procedimiento para crear un padre porcino sustituto, como trasplantar las células cuando el sustituto es más joven, podría aumentar la cantidad de esperma producido.

Oatley estima que su técnica está a unos cinco años de la granja. Pero no está claro si el enfoque será adoptado por el público y los reguladores. Oatley ha viajado dos veces para presentar su trabajo a la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU., Y el equipo de McGrew ha discutido el asunto con los reguladores de la India. La descendencia de un padre sustituto no se editaría genéticamente, pero algunos gobiernos todavía podrían regularlos como si lo fueran, advierte McGrew. En algunos países, eso podría significar un proceso de aprobación largo y costoso.

«Usted y yo sabemos que el destinatario está editado genéticamente y el esperma no, pero se lo explicamos a las agencias reguladoras o a los consumidores», dice Dobrinski. «No estoy seguro de cómo volaría un animal».

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