BIOTECNOLOGÍA DE LA REPRODUCCIÓN PASADO, PRESENTE Y FUTURO Ricardo Alberio BIOTECNOLOGÍA DE LA...

BIOTECNOLOGÍA BIOTECNOLOGÍA

DE LA DE LA REPRODUCCIÓNREPRODUCCIÓN

PASADO, PRESENTE Y PASADO, PRESENTE Y FUTUROFUTURO

Ricardo AlberioRicardo Alberio

BIOTECNOLOGÍA BIOTECNOLOGÍA

DE LA DE LA REPRODUCCIÓNREPRODUCCIÓN

PASADO, PRESENTE Y PASADO, PRESENTE Y FUTUROFUTURO

Ricardo AlberioRicardo Alberio

EEA – INTA Balcarce

Julio, 2012

La capacidad reproductiva de las hembras es limitada

• En la mayoría de las especies domésticas existen entre 300.000 y 500.000 ovocitos por ovario en el momento del nacimiento

• El ciclo estral en bovinos dura 21 días

• En bovinos se producirían 17,4 ovulaciones por año y si no gestara, tendría 261 ovulaciones en 15 años

• Sin embargo, solo producirá 6 a 10 crías en su vida

•La capacidad reproductiva de la hembra bovina es infinitamente menor a su potencial

•Las biotécnicas reproductivas están fundamentalmente orientadas a aumentar la

capacidad reproductiva de las hembras

NUEVOS CONCEPTOS SOBRE USO Y APLICACIÓN DE BIOTÉCNICAS REPRODUCTIVAS

ORIGINALMENTEHerramientas en programas de mejora genéticaAprovechar el potencial productivo de reproductoresReproducción asistida en humanos

EN ETAPAS POSTERIORESHerramienta para mejora de sistemas productivosConservación y recuperación de especies animalesParticipación en variados aspectos de salud humanaBiotécnicas más armónicas con la naturaleza

EVOLUCIÓN DE LAS BIOTÉCNICAS REPRODUCTIVAS (Thibier, 2005)

1era Generación

I.A. Alrededor de 130 millones de vacas inseminadas/año en el mundo y entre 3 y 4 millones de vacas/año en Argentina. Uso intensivo desde 1945

2da GeneraciónControl del ciclo estral e IATF. A partir dela década del 70. En nuestro país, con uso explosivo apartir del siglo XXI. Actualmente cerca de 1.5 millonesson IATF

4ta GeneraciónSexado de embriones (1990) y de semen (siglo XXI), y producción in vitro de embriones (PIV) (1992), varios miles por año y crecimiento explosivo en Brasil siglo XXI

5ta GeneraciónClonado y transgénesis. Desarrollo y uso incrementado apartir de Dolly (fines del siglo XX)

3era GeneraciónSuperovulación y Transferencia de embriones. Más de 600mil transferencias/año. En uso comercial desde 1975. EnArgentina se estima aprox. 25000 colectados y 6000transferidos/año

LA I.A. Y SUS DERIVACIONES (1ra y 2da generación de biotécnicas reproductivas)

Baja adopción de la IA en el mundo (10 a 20% dehembras susceptibles de ser inseminadas) y cercadel 20% en nuestro país

PENETRACIÓN DE LA IA EN EL MUNDO

•Como herramienta de los programas de mejora genética al posibilitar el aumento del progreso genético por

• Aumento de la eficiencia de estimación del valor genético (ensayo de progenie)

• Uso intensivo de machos de alto valor genético

• Rápida difusión de la genética superior

• Disminución del intervalo generacional

VENTAJAS Y APLICACIONES DE LA INSEMINACIÓN ARTIFICIAL

•Control de enfermedades venéreas

•Eliminación de costos asociados al toro

•Posibilita el uso de machos incapacitados

•Transporte y conservación prolongada de material genético

•Utilización de semen sexado

LA I.A. Y SUS DERIVACIONES (1ra y 2da generación de biotécnicas reproductivas)

Estancamiento en la década del 90. CAUSAS??

Principales limitantes en el ganado para carne-Diversidad en los caracteres a seleccionar

-Dificultades de la labor en los sistemas extensivos(anestro; detección de celos; manejo; baja fertilidad)

1- Se requieren al menos 40 a 50 días para que cadahembra salga del anestro y que reciba un servicio por IA

2- Solo entre el 60 a 80% de los celos son detectadospor el hombre y ligeras mejoras con ayudas

4. En un rodeo con servicio completo por IA es casi

imposible llegar a la misma preñez que con servicio

con toros

3. En vacas con terneros, los factores anteriores limitanaún más la implementación de la IA (por el anestro y por la presencia del ternero)

Que solución se desarrolló para esto?

La inducción y sincronización de los celos + IATF

Progestágeno Progestágeno

COLOCACIÓN EXTRACCIÓN

Día 0 Día 7 u 8

IATFIATF

Día 9 o 10

ESTRADIOL + Prog

ESTRADIOL + PGF

48 horas

n=100 a 600

De que forma se asocia esta biotécnica con las principales limitantes de la IA?

Al inducir celo sincronizado1- Se evita la detección de celos y permite la inseminación artificial a tiempo fijo (IATF) 2- Se reduce la incidencia del anestro posparto3- Se reducen significativamente los tiempos y losrecursos humanos y físicos destinados a ella4- Se mejora la fertilidad final al haber más celosdurante el período de servicio

Se puede concluir así que la IATF resuelve buena partede las limitantes del uso de la mejora genética por IA

De que forma se asocia esta biotécnica con las principales limitantes de la IA?

1- Eliminación de la necesidad de detección decelos y aplicación de la inseminación a tiempo

fijo (IATF)

Preñez a la IATF (%) 40-55

Preñez por IA del retorno (%) 25-30

Preñez a la IATF + retorno (%) 65-85

Total días de trabajo 8

Total días de servicio

6

Días entre primero y último servicio

25

2- La resolución del estado de anestro

Por cada día que el anestro se prolongamás allá de los 60 días después del parto

se pierden 833 grs de ternero por vaca entorada Habich y

Joandet, 1978

En nuestro sistema pastoril el anestro duraentre 50 y 100 días. una vaca con un anestro de

90 días destetará 25 kg menos que una vaca con unanestro de 60 días

3- Impacto productivo per se

Parición previa (%)

90 75 75 80

Distr.

Paric.

60

30

10

33

33

34

33

33

34

50

30

20

CC 3.5 2.5 2.5 2.5

Preñez

a IATF

55 50 30 30

Mejora

en %

11 24 14 15

CASOS

AÑO LECHE CARNE TOTAL DIF

2001 1470 750 2210

2005 2260 1580 3840 73%

2008 2600 1800 440014%

(100%)

EVOLUCIÓN DE LA COMERCIALIZACIÓN DE SEMEN ÚLTIMOS 8 AÑOS (en miles)

RESULTADO: CRECIMIENTO EXPONENCIAL

HEMOS VISTO ASÍ QUE LOS TRATAMIENTOS

QUE POSIBILITAN LA IATF PERMITEN

1- Incorporar la mejora genética

2- Acortar el anestro posparto

3- Producir más terneros y más pesados

Pero esto que de por si ya es interesante, solo tiene en cuenta a

las características de la IA como herramienta para la

introducción de mejora genética

PERFORNANCE PRODUCTIVA DE 1900 VACAS COMPARANDO IATF vs SERVICIO NATURAL

59% PERFORMANCE REPRODUCTIVA (por parición más temprana)

41% GENÉTICA Adaptado de Cutaia , 2003

Δ

SE DETERMINÓ UNA MEJORA DEL 20%

EN KG DE TERNERO PRODUCIDO

CONCLUSIONES DEL TEMA

1- BAJO TODOS LAS FORMAS DE ANÁLISIS, ELAGRUPAMIENTO DE LAS PARICIONES AUMENTA

EL MARGEN BRUTO

2- AL AGREGAR LA INSEMINACIÓN ARTIFICIAL,TAL MEJORA SE POTENCIA

3- EN SITUACIONES EN QUE EL SERVICIONATURAL DARÁ POBRES RESULTADOS, LOS

TRATAMIENTOS SIEMPRE LO MEJORAN. EN ESTOS CASOS, EL MARGEN BRUTO SERÁMEJOR QUE EN LAS BUENAS CONDICIONES

4- NO SIEMPRE UN RESULTADO BIOLÓGICO

POBRE ES SINÓNIMO DE MAL RESULTADO

ECONÓMICO

CONCLUSIÓN

Hoy disponemos de una biotecnología probadaprobada que permite

incorporar genética superior de forma simple, en un gran

número de animales, sin restricción de categorías,

eliminando la detección de celo y permitiendo por si misma

un aumento de la eficiencia del rodeo

ELECCIÓN DEL SEXO DE LAS CRÍAS

Sexado de los embriones-Diferentes métodos desarrollados en década del 80-Simplicidad en detección (dos hs) pero complejidaden la obtención de muestras- Limitantes sanitarias

Sexado del semen-Desarrollado a fines década del 80-Mejorado a niveles de utilización comercial siglo XXI-Su uso en IA se desarrolla en todo el mundo-Actualmente más de 5000 IA en nuestro país

RESULTADOS POSIBLES

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Establecimientos

Tas

a d

e co

nce

pci

ón

1- MUESTRA AÚN IMPORTANTE VARIABILIDAD

Entre establecimientos y entre toros

Capitaine Funes, 2008

Tratamiento Total IA

(n)

Preñadas

n (%)

Expto. 3 2x106, sexado 38 18 (47,3)ª

6x106, sexado 37 21 (56,7)ªb

20x106, convencional 40 29 (72,5)b

Seidel y Schenk, 2008

1- RESULTADOS OBTENIDOS CON IA CELO NATURAL(uso de diferentes concentraciones)

2- RESULTADOS OBTENIDOS CON IATF

Casos n Preñez

IATF (%)

n

Repaso

Preñez repaso

(%)

Preñez total (%)

1 197 35.5 96 54.2 61.9

2 185 38.9 93 31.2 54.6

Total 382 37.1 189 42.8 58.3

Cutaia y col. 2007

Lagioia y col. 2008

2- RESULTADOS OBTENIDOS CON IATF(evaluación de lugar de momento de inseminación)

QUIZÁS LA MEJOR ALTERNATIVA

IATF A 67-68 HS POSTRATAMIENTO ASOCIADA

CON GnRH (0,0105mg): 55%

INSEMINACIÓN A CELO DETECTADO: 52,6%

2- RESULTADOS OBTENIDOS CON IATF

(evaluación del número de inseminaciones)

TRATAMIENTO PREÑADAS (%)

SEXADO X 1 (n 90) 35,6ª

SEXADO X 2 (n 90) 40,0a

SIN SEXAR (n 134) 54,5b

* Números seguidos de letras distintas difieren entre sí P < 0.05

CONCLUSIONES DEL TEMA

Resultados inferiores en 20-25 puntos con respecto

semen convencional

Restringido sobre todo a vaquillonas

Pocos toros de elección

Poco aconsejado su uso con IATF

A PESAR DE LO ANTERIOR PUEDE TENER

FUERTE IMPACTO PRODUCTIVO

ASPECTOS MEJORAR EN LA IA Y SUSDERIVADOS (IATF- SEMEN SEXADO)

1- Aumentar su difusión para que su uso tenga impacto a nivel del rodeo nacional

2- Desarrollar alternativas de manejo que prescindande tratamientos hormonales (fotoperíodo,

bioestimulación, etc)

3- Incorporar en forma más regular la utilización delsemen sin congelar que permite multiplicar por 10 el

rendimiento de un eyaculado y utilizar toros que congelan mal

4- Mejorar de la eficiencia en el uso del semen sexado

SUPEROVULACIÓN, PRODUCCIÓN Y

TRANSFERENCIA DE EMBRIONES

(3ra y 4ta generación de biotécnicas reproductivas)

PRODUCCIÓN IN VIVOImplica la superovulación de vacas de alta genética y latransferencia de embriones supernumerarios a vacasreceptoras

EVOLUCIÓN EN EL MUNDO

1980 1995 2005 2008

EEUU 10000 124000 276000 283000

EUROPA 110000 97300 89900

BRASIL 24000 107000 70000

ARGENTINA 500 9200 14000 11000

TOTAL 10500 267200 494300 453900

0

4000

8000

12000

16000

80 84 88 92 96 OO O4 O7

CRECIMIENTO EN ARGENTINA

En amarillo: crías nacidas. En azul: embriones transferidos

SEMEN SEXADO PARA PRODUCIR EMBRIONES

ESQUEMA

DE IA

TIPO DE SEMEN

EMBRIONES TRANSFERIBLES

2 IA 12 y 24 hs post celo detectado

SS 3,3

SS 4,1

SC 8,7

1 IATF 70-72 hs post PGF

SS 1,3

SS 2,0

SC 3,1

Número de inseminaciones y celo natural o IATF

EN OTROS TRABAJOS REALIZADOS CON EL MISMO FIN,

SIEMPRE SE OBSERVÓ QUE LA CANTIDAD DE EMBRIONES

ERA SIGNIFICATIVAMENTE INFERIOR A LA OBTENIDA CON

SEMEN CONVENCIONAL

ES ACEPTADO EN GENERAL LA NO CONVENIENCIA DEL

USO DEL SEMEN SEXADO EN SUPEROVULACIÓN

LA DISPERSIÓN DE OVULACIONES QUE EXISTE EN UNA

VACA SUPEROVULADA SERÍA EL ORIGEN DEL PROBLEMA

PRODUCCIÓN IN VITROImplica la obtención de ovocitos, su maduración, fertilización y desarrollo en laboratorio hasta que los embriones producidos son transferidos o criopreservados

Comienza a ser utilizada con fines productivos en la década del 90

EVOLUCIÓN EN EL MUNDOEn miles de embriones transferidos. Fuente IETS

Países AÑOS

97 99 01 03 05 06

Asia 10.5 12 12 23 150 127

Europa 18.3 14 13 11 6.6 6

S. Am 0 0.056 12 49 80 130

N. Am 0 4.8 2 0.5 2 15

TOTAL 30.5 31.3 41 83 240 266

De donde provienen los ovocitos??

a- De animales que se envían a faena. Miles de animales de alta genética van al matadero por año y esta genética podría ser recuperada por

esta técnica

a- De animales que se envían a faena. Miles de animales de alta genética van al matadero por año y esta genética podría ser recuperada por

esta técnica

b- De hembras castradas. Por cada vaca castrada o que va a matadero (2 ovarios recuperados) se

pueden obtener entre 15 a 20 óvulos, lo que permitirá obtener de 4 a 6 embriones para

transferir

b- De hembras castradas. Por cada vaca castrada o que va a matadero (2 ovarios recuperados) se

pueden obtener entre 15 a 20 óvulos, lo que permitirá obtener de 4 a 6 embriones para

transferir

c- De hembras vivas. Por punción ovárica transvaginal (ultrasonografía y bomba de vacío). La cantidad de será inferior que la obtenida de

ovarios de matadero o castración (5 a 10 vs 15 a 20). Pero resulta más eficiente para producir

embriones que la superovulación, en un determinado período

c- De hembras vivas. Por punción ovárica transvaginal (ultrasonografía y bomba de vacío). La cantidad de será inferior que la obtenida de

ovarios de matadero o castración (5 a 10 vs 15 a 20). Pero resulta más eficiente para producir

embriones que la superovulación, en un determinado período

CUANTOS EMBRIONES SE PUEDEN OBTENER DEUNA VACA??

GRAN VARIACIÓN ENTRE RAZAS1- Indicas o cruzas: 10 a 1002- Razas lecheras (HA): 10 a 303- Razas para carne bos taurus: 5 a 15

SEGÚN ORIGEN DE LOS OVOCITOS1- Vacas de matadero o castradas: 2 a 100 según raza2- Punción ovárica de vacas vivas: 2 a 30por sesión y Se puede repetir dos veces por semana, varias semanas

IMPACTOS PRODUCTIVOS

1- Recuperación de genética de vacas que han cumplidosu ciclo y obtención de crías con genética superior

VVacas ovarios Embr Embr/ Embracas ovarios Embr Embr/ Embr Vacas ovar. congel vaca transf ovar. congel vaca transf preñadaspreñadas (%)(%)

120 237 631 5.2 228 106 120 237 631 5.2 228 106 (46.5)(46.5)

Aller et al., 2000

2- Producción de terneros de vacas vivas de altagenética en mayor cantidad que los que se obtienenpor medio de la superovulación

Es posible producir embriones de:-Vacas que no responden a la SO-Vacas preñadas hasta el 4-5 mes-Terneras jóvenes

3- Maximización en el uso de una dosis de semen (25 a 30 terneros con una dosis)

6- Producción de animales sexados por uso de semensexado. De gran potencial pero su aplicación tiene aúnlimitantes importantes

5- Creación de bancos de germoplasma, (ej. razas autóctonas), a bajo costo.

4- Cambios de raza y cruzamientos con costos inferioresa los de otras modalidades

Tratat N Vacas preñadas (%)

Terneros producidos (%)

IATF+ TE 29 51.7a 17 (58.6)a

IATF 132 30.3b 40 (30.3)b

IATF a 72 hs después de doble PGF2 alfa. a dif. de b (P<0.01). Alberio y col. 1997

Alberio y Aller, 1997

EMBR. RECEP. PREÑ PREÑ CON TERNEROS/ (n) (%) MELLI (%) TOTAL

In Vitro 46 22 10 32

(47.8) (21.7) (69.%)

Producción de mellizos

Mejora de la eficiencia de la IA

Tasa de producción y calidad de embriones

Metodología de vitrificación de embriones

Producción de embriones con semen sexado

Producción de embriones cuando los ovocitosson obtenidos a partir de vacas vivas

ASPECTOS A MEJORAR

LA CLONACIÓN Y LA TRANSGÉNESIS

5ta generación de biotécnicas reproductivas

Producción de copias idénticas de forma asexual de un organismo ya desarrollado

Alteración de la información genómica con la intenciónde modificar en forma específica una característica

física de un animal (Brink et al., 2000)

CLONACIÓN

TRANSGÉNESIS

1- Producción de individuos idénticos ya sea de graninterés genético productivo o afectivo. Recientedemostración por la FDA de la inocuidad de carne oleche proveniente de animales clones

2- Recuperación de especies en vías de extinción eincluso de especies desaparecidas

INTERES DE APLICACIÓN

3- Disponer de biorreactores animales capaces deproducir proteínas tanto de interés médico (factores de coagulación sanguínea, la hormona de crecimiento, insulina, etc) como industrial (producción de proteína polimerizante, quimosina, etc) y generación de modelos animales para el estudio de enfermedades humanas (fibrosis quística, esclerosis múltiple, enfermedad de priones) 4- Posiblidad de producir tejidos humanos que podrían servir como reemplazos en casos de necesidad de ello o tejidos producidos en animales transgénicos que no produzcan fenómeno de rechazo (xenotrasplante)

CUANDO SE PRODUCE EL CAMBIOFUNDAMENTAL??

El año 1997 y la oveja DOLLY marcan conceptosbiológicos nuevos que abren el camino actual ya queposibilitó la clonación verdadera

SITUACIÓN EN ARGENTINA

Primeros clones bovinos producidos en el país por

medio de la partición mecánica de embriones obtenidos in vivo (1991)

Desarrollo de la técnica de clonación por transferencia nuclear, logrando

las primeras gestaciones con los embriones así producidos (2002).

PRIMERA TERNERA CLONADA NACIDA

EN ARGENTINA (PAMPA- 2002)

VACA TRANSGÉNICA. PRODUCEEN SU LECHE HORMONA DECRECIMIENTO (PAMPA MANSA-2002

TERNERA CAPAZ DE PRODUCIR ENSU LECHE INSULINA HUMANA

(PATAGONIA I- 2007)

PRIMERA VACA DOBLE TRANSGÉNICA

PRODUCE EN SU LECHE DOS PROTEINAS DE LA LECHE HUMANA: LACTOFERRINA Y LIZOSIMA B

UN MES

(55 kg)

15 MESES (380 kg)

INTA BALCARCE. 2011

1 DÍA

(42 kg)

Eficiencia, aún extremadamente baja (2 a 4%de éxitos)

Disminución de los costos de producción

Derivación de células somáticas a células madre

Mejora del sistema de introducción de genes a losovocitos

ASPECTOS A MEJORAR

CONCLUSIONES GENERALES

1- Se ha consolidado una tecnología yadesarrollada y se han encontrado nuevos

motivos de aplicación: IA

2- Se ha incorporado de forma explosiva unanueva tecnología con una nueva potencialidad

en el área de producción animal: IATF

CONCLUSIONES GENERALES

3- Se han desarrollado tecnologías vinculadasa la multiplicación de hembras de alto valor

genético y a la recuperación de genética queva al digestor: SOTE y PIV de embriones

4- Se han desarrollado técnicas de avanzada quevan a significar cambios fundamentales en la

productividad de los animales domésticos:SEXADO DE SEMEN, CLONADO y TRANSGÉNESIS