Sexado del semen en ganadería: un presente con futuro

En 2011 la población mundial alcanzó los 7 billones de personas y ya se predice que esta cifra sobrepasará los 10 billones durante este siglo. Es por ello que, para responder a la creciente demanda de alimentos, sea necesario utilizar biotecnologías modernas que proporcionen una producción sostenible de productos de origen animal. La FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura) ha reconocido el sexado de semen como una de las estrategias más prometedoras para incrementar la producción de alimentos de forma rápida y económica. 

Los productores pueden tener las proporciones óptimas de machos y hembras con la utilización de semen sexado, según sean sus necesidades productivas: carne en el caso de los machos (ej.: toro, buey) y leche en el de las hembras (ej.: vaca, oveja). Además, este método incrementa la mejora genética de la raza mediante la selección de los progenitores y reduce la incidencia de enfermedades genéticas en el ganado. También hay un beneficio económico ya que se reducen los precios de estos alimentos.

En los mamíferos el sexo está determinado por los cromosomas sexuales X e Y; siendo la dotación cromosómica XX en las hembras y XY en los machos. El sexado de semen se basa en la diferencia de cantidad de ADN que hay entre el cromosoma X e Y. Estos cromosomas de diferencian en tamaño, siendo el cromosoma X el más grande y por tanto con una mayor cantidad de ADN.  La citometría de flujo es una técnica para separar espermatozoides basada en este hecho y que ya se utiliza en la producción de ganado vacuno. En 1988 se obtuvieron los primeros animales concebidos con semen sexado mediante esta técnica y desde entonces se ha utilizado en diferentes especies destinadas a producción.

En esta técnica el esperma es incubado con una molécula fluorescente que se une al ADN. Este marcador no es tóxico y además deja las membranas espermáticas intactas. Se une preferentemente a las regiones ricas en nucleótidos Adenina-Timina de la doble hélice de ADN.

 

A continuación, los espermatozoides pasan por un láser de luz ultravioleta que excita la emisión de fluorescencia del marcador y se detecta la diferencia de fluorescencia entre los cromosomas X e Y. Los espermatozoides reciben una carga eléctrica proporcional a su contenido de ADN y pasan por un campo electrostático que los separa en espermatozoides X e Y.

            

Actualmente existen, a disposición de la industria ganadera, equipos de citometría de flujo ultra-rápida que son capaces de obtener un enriquecimiento de la muestra con el sexo deseado del 90% en la mayoría de las especies animales domésticas.  Mediante esta técnica se pueden sexar hasta unos 20 millones de espermatozoides a la hora.

Es indiscutible que dicha técnica aporta grandes beneficios económicos en el campo de la ganadería, sin embargo, no debemos conformarnos con las tasas de éxito obtenidas, ya que durante dicho proceso de separación los espermatozoides sufren una serie de daños en su estructura que les provoca una disminución en su capacidad de movimiento y en su viabilidad. Esto provoca una importante bajada en la capacidad fecundante, variable en función de la especie en la que se realice el sexado, pero que hace evidente una disminución del éxito potencial de la técnica, en comparación con otros procedimientos de reproducción asistida clásicos.

Es por esto que, en los últimos años se buscan y desarrollan métodos alternativos a dicha clasificación de alta velocidad. Como, por ejemplo, el sistema, también de citometría, en el que se sustituye el campo electrostático, al que se le somete al espermatozoide por un láser que le evita daños a la hora de ser separado; gracias a lo que se reduce, en gran medida, el daño al espermatozoide, se mejoran las tasas de motilidad, y por tanto la capacidad fertilizante y la efectividad del proceso.

Sin meternos en detalles, para aquellos ganaderos o profesionales que se muevan en este campo, es interesante comentar algo sobre otra de las técnicas en desarrollo e investigación más novedosas. Se basa en la utilización de nanopartículas de oro que se integran en los espermatozoides de buena calidad.


Dicho sistema requiere, lo primero, del diseño de las nanopartículas para que puedan entrar e integrarse en el espermatozoide. Una vez dentro, se agrupan de diferente forma en función de si el espermatozoide porta el cromosoma X o el cromosoma Y. Y finalmente esta unión específica se diferencia mediante un análisis de los espectros de absorción de cada una de las células.

Pese a lo complejo que pueda parecer a priori todo el proceso, los espermatozoides no sufren daño alguno en su estructura, y por tanto su motilidad y viabilidad se mantiene intacta. Aun así, se siguen realizando investigaciones sobre si podría tener consecuencias a medio-largo plazo la acumulación de dichas nanopartículas,  tanto en el propio espermatozoide, como en las generaciones futuras.

Teniendo todo esto en cuenta, el sistema de nanopartículas de oro es un firme candidato a revolucionar el campo del sexado de semen en la ganadería, ya que podría permitir de forma rápida, “barata” y segura la obtención de animales a la carta, machos o hembras.

Tanto las técnicas mencionadas, como muchas otras en proceso de investigación y desarrollo, se justifican por los beneficios económicos obtenidos.  Veremos algunos ejemplos, para entender mejor la importancia de su uso:

- Ganado bovino:

En la actualidad aunque la técnica está disponible para varias especies, donde realmente está  perfeccionada, y por ello se usa más, es en el ganado bovino. Todos sabemos que la ganadería mueve mucho dinero, y al empresario no le interesa tener machos y hembras a la vez, sino sólo hembras productoras de leche, o sólo machos para obtener carne.

Las hembras sólo producen leche después de haber parido y si son ordeñadas regularmente, por lo que se usa la inseminación artificial cada año y medio o dos años para que vuelvan a parir y que así puedan seguir produciendo leche. La leche puede transformarse en productos lácteos muy diversos, como el queso, la mantequilla o el yogur. En la actualidad existe una importante industria desarrollada en torno a la producción de leche, de su transformación y de su distribución. La Unión Europea no sólo es una de las principales productoras, sino que también es una de las zonas donde más se consume tanto la leche como sus derivados.

La carne de vacuno es la tercera más comercializada tras la de cerdo y la de las aves de corral. Este tipo de carne puede tener dos orígenes principales, bien como un subproducto de la producción lechera, cuando el ganado que ha finalizado su etapa productiva en este sector se destina al aprovechamiento cárnico, o bien la cría de ganado con destino a la producción de carne; es aquí cuando al ganadero le interesan los machos, para obtener terneros.

Despiece de vacuno.

La industria bovina se extiende aún más, los machos se usan para corridas de toros, tradición española que, aunque no bien vista por todos, sigue moviendo grandes masas de dinero. Los toros, de los que sabemos que su semen es óptimo para fecundar, están muy bien valorados y su semen se vende caro (por ejemplo, en el centro de biotecnología animal del SERIDA en Gijón usan semen del toro Somedano, que les da unos buenos resultados de tasas de preñez). Ya en menor medida, los bueyes como animales de tiro y por su carne muy apreciada. Los cuernos se usaron mucho para fabricar peines y botones, y ahora se usan para los mangos de las navajas y cuchillos. Finalmente, el cuero bovino se usa en la marroquinería para hacer bolsos y carteras.

Queda demostrada pues, la importancia en este campo  de elegir si se quiere tener descendencia de machos o hembras.

- Porcino:

El cerdo se usa principalmente para la producción de carne, chorizo, jamón y muchos otros productos. Es un animal de granja interesante porque las hembras tienen un periodo corto de gestación y amplias camadas.

Despiece de cerdo.

Sería interesante el uso del sexado para evitar castraciones y para tener controlada la piara. Se castran para usarlos en la ceba y así tener jamón de gran calidad, pero también castrar lechones es una práctica habitual de las explotaciones porcinas, principalmente para evitar el olor en las carnes cuando éstas son cocinadas y consumidas. Las hormonas masculinas producen sustancias que se depositan en la grasa y provocan el mal olor.

Tras todo esto, diremos que aunque la citometría de flujo pueda ser útil en este campo en concreto, no se usa debido a su alto coste, y a que en el caso del cerdo se necesitan altas dosis de espermatozoides para fecundar. Se estudian nuevas técnicas para reducir la dosis necesaria y así poder aplicarla. Estas técnicas serían inyectar espermatozoides directamente en el útero o inseminar con laparoscopia.  No se usa la fecundación in vitro (FIV) con semen sexado porque tiene altas tasas de poliespermia (en lugar de entrar un espermatozoide en el ovocito entran varios a la vez). Se espera en un futuro que los costes de una técnica llamada ICSI (inyección intracitoplasmática de un espermatozoide) disminuyan, ya que los equipos son carísimos, y se pueda usar el espermatozoide sexado previamente, eligiendo además el de mejor calidad, para fecundar y evitar la poliespermia con éxito.

- Ovino:

Es una industria productora de leche, lana y carne, por lo que puede ser interesante el uso de semen sexado por las técnicas antes mencionadas.

En este caso, como no se usan las técnicas de fecundación in vitro ni de ICSI por producir resultados irregulares. Se sugiere el posible uso del semen sexado, congelado e inseminar después mayoritariamente por laparoscopia.

- Equino:

En este caso los pasos a seguir son refrigerar o congelar el semen, enviarlo a la instalación para procesar la muestra (separación espermática). Tas clasificarlo se congela nuevamente. Cuando el óvulo de la yegua esté disponible, se descongela y se utilizan los mejores espermatozoides. Ofreciendo así a los criadores de caballos una ICSI de espermatozoides de semen seleccionado.
Aquí tenemos los mismos problemas que con el ganado porcino, necesitamos altas dosis de espermatozoides y buscar nuevos métodos para reducir estas dosis. Podrían ser, por ejemplo, introducir un catéter en el útero. También se necesita perfeccionar la técnica de congelación usando antioxidantes tanto para congelar como para descongelar, y así evitar que el esperma resulte dañado.


Como hemos podido ver a lo largo del artículo, después de 30 años, el uso del semen sexado es aún una técnica restringida casi por completo al mundo de la ganadería, en concreto al sector bovino. En el futuro se pretenden combinar diferentes procedimientos como la citometría, con FIV, ICSI o nuevas tecnologías en desarrollo, para aumentar el rendimiento y la producción de diferentes especies ganaderas.

Si quieres una información más completa sobre el tema no dudes en visitar:  
Avances y aplicaciones del sexado de semen en especies ganaderas.

Bibliografía:

Guthrie, HD., Johnson, LA., Garrett, WM., Welch, GR. y Dobrinsky, JR., 2002. “Flow cytometric sperm sorting: effects of varying laser power on embryo developmentin swine”. Molecular Reproduction Development, 61 87-92.

Martínez-Pastor, F. y col., 2010. “Probes and Techniques for Sperm Evaluation by Flow Cytometry”. Reproduction in Domestic Animals, 45 (Suppl. 2), 67–78.

McKenzie, F., Faulds, K. y Graham, D., 2008. “LNA functionalized gold nanoparticles as probes for double stranded DNA through triplex formation”. Chemical Communications, 2367-2369.

Petrunkina, M., Harrison, P., 2011. “Cytometric Solutions in Veterinary Andrology: Developments, Advantages, and Limitations”. Cytometry Part A: 338 348, 2.

Rath, D., Barcikowski, S., de Graaf, S., y col., 2013. “Sex selection of sperm in farm animals: Status report and developmental prospects”. Reproduction, Jan 8;145(1):R15-30.

Schrand, AM., Rahman, MF., Hussain, SM., Schlager, JJ., Smith, DA. y Syed, AF., 2010. “Metal-based nanoparticles and their toxicity assessment”. Nanomedicine Nanobiotechnology, 2 544-568.

Shukla, R., Bansal, V., Chaudhary, M., Basu, A., Bhonde, RR. y Sastry, M., 2000. “Biocompatibility of gold nanoparticles and their endocytotic fate inside the cellular compartment: a microscopic overview”. Langmuir, 21, 10644–10654.

Spinaci, M., Vallorani, C., Bucci, D., Tamanini, C., y Galeati G.,2010. “Effects of antioxidants on boar spermatozoa during sorting and storage”. Animal Reproduction Science, Oct; 122(1-2): 58-65.

Taylor, U., Barchanski, A., Garrels, W., Klein, S., Kues, W., Barcikowski, S. y Rath, D., 2012. “Toxicity of gold nanoparticles on somatic and reproductive cells”. Advances in Experimental Medicine & Biology, 733: 125-33.

Autores:
María Barandalla Sobrados 

Santiago Rubén Carro Esteban 

Lucía Murias Torrecilla

^{Máster en Biología y Tecnología de la Reproducción 2012-2013}

^{Universidad de Oviedo}