Dans un article à paraître dans le numéro de novembre de la revue Thériogénologie , une équipe de chercheurs de l'Université de Caroline du Nord à Charlotte et du Smithsonian Conservation Biology Institute, a annoncé le premier séchage et réhydratation réussis de spermatozoïdes de chat domestique à l'aide d'une méthode de déshydratation rapide par micro-ondes.
Les auteurs de l'article, Jennifer Patrick et Gloria Elliott de l'UNC Charlotte, et Pierre Comizzoli de SCBI, montrent que les spermatozoïdes réhydratés ont des dommages minimes à l'ADN et sont viables - ils sont capables de produire des embryons in vitro. Comme le groupe avait déjà réussi à produire des œufs de chats déshydratés viables, cette découverte montre la possibilité de conserver les cellules reproductrices félines à l'état sec.
Loin d'être un accomplissement ésotérique, la préservation réussie des spermatozoïdes de chat par déshydratation est une étape potentiellement importante dans la résolution des problèmes clés impliqués dans la biologie de la reproduction des félidés sauvages.
De nombreux biologistes et scientifiques de l'environnement pensent que la biosphère est actuellement au milieu d'une "sixième extinction" qui pourrait se terminer par une vaste réduction du nombre d'espèces sur la planète et l'effondrement de vastes écosystèmes. Il existe un risque important que dans un avenir proche, les espèces clés de la diversité biologique de la planète peuvent soit disparaître, soit être tellement réduites dans leur diversité génétique que les populations sauvages ne sont pas viables.
La science pourrait être en mesure d'améliorer rapidement et avec succès l'état des populations de petits animaux si davantage de « bibliothèques » d'ovules et de spermatozoïdes conservés sont disponibles. Les scientifiques pourraient simplement utiliser des stocks de matériel de reproduction, conservé en écurie, forme séchée, les réhydrater et créer une population d'embryons viables.
Pourquoi des cellules reproductrices séchées ? L'idée de conserver le sperme, les œufs et les embryons destinés à une utilisation ultérieure ne sont pas nouveaux, mais généralement la technique de conservation préférée consiste à congeler ces matériaux. La cryoconservation est une technologie éprouvée pour préserver les cellules germinales et les embryons, mais cette approche pose des problèmes, compte tenu de l'incertitude future. Le stockage à des températures de congélation nécessite des apports énergétiques constants, une technologie et des installations coûteuses, et des opérations d'entretien complexes - autant de choses difficiles et coûteuses à entretenir en continu sur de longues périodes de temps, surtout dans des conditions parfois défavorables.
La nature en suggère une autre, peut-être plus robuste, solution :stase cellulaire par déshydratation. Les plantes, champignons et bactéries, le faire couramment, mettre leur matériel génétique dans des spores, kystes, pollen et graines, qui le conservent pendant de courtes périodes - et aussi, parfois, pour des échelles de temps beaucoup plus longues - et lui permettent également d'être transporté sur de longues distances.
Certains animaux qui vivent dans des déserts difficiles et d'autres environnements extrêmes, tels que les artémias et les tardigrades ("ours d'eau"), ont également développé la capacité de mettre leur biologie dans un état de stase déshydratée, parfois pendant de longues périodes. Ils le font en produisant et en accumulant des concentrations élevées de sucres disaccharides (comme le tréhalose) dans leurs cellules, qui remplace l'eau perdue lors de la déshydratation et se solidifie en un verre - liquide très visqueux qui stoppe l'activité chimique et immobilise les enzymes - une congélation à température ambiante des structures et de l'activité cellulaires, une version au niveau moléculaire d'insectes congelés dans l'ambre.
"Quand vous pensez à la préservation à long terme des organismes, vous ne vous souciez pas seulement des interruptions électriques. Les inondations et autres événements météorologiques peuvent nécessiter le déplacement des échantillons sous la contrainte, " note Elliott. " Les échantillons congelés ne sont pas facilement transportables alors que si vos échantillons sont stockés sous forme de paquets secs - tout comme les fruits secs ou tout autre produit sec que vous avez sur une étagère - vous pouvez jeter votre collection dans un sac et sortir par la porte. . C'est le concept - non seulement pour maintenir le coût de stockage bas, mais pour rendre les spécimens facilement transportables, facilitant le partage ou la relocalisation des spécimens.
La méthode de conservation étudiée par l'équipe de recherche d'Elliott consiste à suspendre des cellules dans une solution de tréhalose diluée, puis en la concentrant en éliminant l'eau avec un processus de chauffage doux assisté par micro-ondes de sorte qu'un verre de tréhalose se forme, immobiliser des molécules biologiques à température ambiante, semblable à la congélation.
Les cellules reproductrices ont déjà été conservées à sec de la même manière avec du tréhalose, en utilisant une technique de lyophilisation, mais la méthode assistée par micro-ondes est plus rapide et pourrait permettre une utilisation plus étendue de la technologie.
"Cela nous permet d'introduire ces technologies de préservation dans certains environnements à faibles ressources - pays du tiers monde tels que les pays en développement, , " a déclaré Elliott. " Si vous considérez les spécimens pour la recherche sur la biodiversité - ces pays ne sont pas mis en place pour ce type de collection et cette méthode de préservation ouvre cette possibilité. "
La découverte élargit également la gamme des espèces de mammifères dont les cellules germinales peuvent être conservées à sec avec succès. Des expériences antérieures ont réussi à conserver à sec des spermatozoïdes et des ovules chez le rat et la souris, mais la biologie des cellules germinales des rongeurs est très différente de celle des autres mammifères, y compris les chats et les humains. Chez les rongeurs, le spermatozoïde est relativement simple et ne contient principalement que le matériel génétique masculin, tandis que chez les chats et les humains, il contient également le centrosome, une structure cellulaire nécessaire à la division cellulaire et au développement réussi d'un embryon. Puisque le centrosome est vital pour la reproduction et que les spermatozoïdes sont de petites structures cellulaires, le sperme de chat est potentiellement plus difficile à conserver que le sperme de rongeur.
"C'est la première fois que cela est fait avec du sperme de chat, et le sperme de chat est plus proche du sperme humain que le sperme de rongeur, ", note Elliott.
« Il y a eu beaucoup de travail sur les rats, mais le rat n'est pas nécessairement un bon modèle pour l'hérédité centrosomique, ce qui pourrait affecter la fertilité. C'est pourquoi nous pensons que le modèle du chat domestique est un meilleur modèle pour les humains que les rongeurs, et ce constat est significatif, " elle a dit.
Le taux de réussite de reproduction des spermatozoïdes réhydratés de l'équipe était de 6,5%, contre un taux de 15 % avec du sperme frais, une réduction de la viabilité, mais toujours acceptable à des fins de conservation. Les spermatozoïdes réhydratés n'étaient pas mobiles, mais cela non plus n'était pas critique pour produire des embryons viables.
"Lorsque nous séchons et stockons des échantillons dans le but de créer des embryons, nous n'avons pas besoin d'avoir du sperme entièrement intact car nous ferons des injections intracytoplasmiques de sperme avec les échantillons réhydratés, " a noté Elliott. " Vous n'avez pas besoin d'avoir une queue, vous n'avez pas besoin d'avoir des têtes de sperme complètement intactes - vous injectez essentiellement des composants critiques du sperme. Les têtes de sperme ne doivent pas nécessairement être dans une forme fantastique, mais vous devez vous assurer que certains composants essentiels sont intacts, y compris le centrosome."
Bien que la découverte soit une preuve de concept, il reste du travail à faire pour développer et prouver la technologie. Elliott note qu'il reste à voir si le niveau de sécheresse actuellement atteint est suffisamment élevé pour une conservation à long terme sans aucune réfrigération, et aussi si un séchage supplémentaire est possible. Une fois ces conditions optimisées, des tests doivent ensuite être effectués pour s'assurer que les embryons peuvent devenir des chatons sains.
