Biotempo 2005, Volumen 5,
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BIOTECNOLOGÍA REPRODUCTIVA: UNA ALTERNATIVA
PARA MEJORAR LA PRODUCCIÓN ANIMAL
Hugo Gonzáles-Figueroa 1
Hugo Mauricio Gonzáles Molfino
RESUMEN
La biotecnología reproductiva comprende una serie de biotécnicas que están permitiendo
aumentar la eficiencia reproductiva y las tasas de mejoramiento genético de los animales
contribuyendo de esta forma a desarrollar la producción del sector ganadero, conservar las
especies en peligro de extinción, incrementar favorablemente la multiplicación y transporte
de material genético así como, almacenar recursos genéticos únicos que puedan disponerse
con relativa facilidad para su posible utilización futura.
De las biotécnicas actuales, por su importancia y aplicación, sería necesario impulsar
el desarrollo de: la inseminación artificial, la recolección de ovocitos, maduración y fecundación
in vitro, la transferencia de embriones, el sexaje y el clonado. Para conseguir objetivos
concretos a mediano plazo se necesita, además, promover las ciencias básicas de estas
tecnologías de manera que sean comunes en las especialidades biológicas que permitan
estandarizar técnicas y protocolos adecuados para su absorción y transferencia en programas
nacionales de producción animal.
Palabras Claves: Biotecnología reproductiva, biotécnicas, producción animal
SUMMARY
Reproductive biotechnology comprise a biotechnics set that are permitting to increase
the reproductive efficiency and the rates of genetic improvement of the animals, contributing
in this approach to develop the production of livestock sector, to conserve species in extinction
danger, to enhance favorably multiplication and transportation of genetic material as well as,
to store unique genetic resources that can be arranged with relative facility for their possible
future utilization.
Of there biotechnics, by its importance and application, would be necessary to
improvement: artificial insemination, oocytes harvesting, superovulation and in vitro fertilization,
embryos transfer, sex gametes and cloned. To obtain concrete objectives to medium time
limit is needed, besides, to promote the basic sciences of these technologies so that be common
in the biological specialties that to set a high standard technical and adequate protocols for
their absorption and transfer in national programs of animal production
Key words: Reproductive biotechnology, biotechnics, animal production
1
Laboratorio de Biología del Desarrollo, Facultad de Ciencias Biológicas. Universidad Ricardo Palma;
e-mail:hgonzales@mail.urp.edu.pe
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INTRODUCCIÓN
Los rápidos avances en la biología
reproductiva proporcionan nuevos y
eficaces instrumentos para seguir
innovando. Sin embargo existe el riesgo que
la investigación y el desarrollo de estas
biotecnologías no atiendan las necesidades
de los países en desarrollo, a pesar de que
albergan a la mayoría de la población así
como a la mayor diversidad de animales
que viven en el mundo. Siendo Perú un país
marginal en este campo, es necesario
difundir las biotecnologías que se emplean
actualmente o las que probablemente se
utilizarán en breve en la zootecnia, que sean
idóneas para llevar a cabo la mejora
necesaria de la producción animal en el país
e identificar los factores que influyen en la
transferencia, adaptación y adopción de las
mismas.
Las biotécnicas actuales tienen
importancia por si mismas y además sirven
como herramientas en la aplicación de otras
con mayor innovación. Por ejemplo la
inseminación artificial (IA) es indispensable
para los programas de su-perovulación y
transferencia de embriones y esta última
es necesaria para la producción in vitro de
embriones y para la clonado animal (Palma
& Gottfried, 2001).
CRIOPRESERVACIÓN
La criopreservación es el proceso de
congelar muestras para reducir su actividad
metabólica y mantenerlas a temperaturas
muy bajas durante tiempos prolongados,
preservando al mismo tiempo su viabilidad.
Las células se mez-clan con soluciones
«crioprotectoras» especiales y luego son
almacenadas en nitrógeno líquido a -196°C
en tanques especiales hasta el momento en
que serán utilizadas. Posibilita almacenar
esper-matozoides, ovocitos y embriones de
una amplia variedad de especies animales,
domésticas y silvestres, sin que pierdan su
capacidad de desarrollar y nacer vivos
(Cabodevila & Teruel, 2001). El almace-
namiento de semen, ovocitos y embriones
en bancos de recursos genéticos permite
mantener la variabilidad genética de una
especie indefinidamente, lo que representa
un seguro de vida para muchas especies.
De esta manera, el semen de los machos
que se almacena congelado en estos bancos
se puede utilizar durante muchos años
después de la muerte del animal. La
criopreservación de gametos permite
además, reducir considerablemente el
número de individuos necesarios para
mantener una población viable y, por lo
tanto, reducir las necesidades de espacio
que se requieren para el manejo repro-
ductivo de una especie.
Actualmente todas las biotécnicas
reproductivas utilizan la criopreservación
como una herramienta indispensable, la
inseminación artificial la emplea desde el
año de 1965, de manera que aquellos rasgos
de machos con alto valor genético han
podido ser transmitidos a una numerosa
descendencia a través de un número muy
grande de hembras inseminadas
(Vishwanath 2003). La criopreservación de
espermatozoides así como la preservación
de la capacidad fecundante de los mismos,
han sido descritas como exitosas en varias
especies de animales domésticos y silvestres
No obstante estos antecedentes, se debe
considerar que los espermatozoides
experimentan daño durante el proceso de
congelación y descongelación Se ha
descrito que semen con alto porcentaje de
espermatozoides mótiles, viables y
morfológicamente normales, al ser sometido
a técnicas corrientes de criopreservación
experimentan una reducción de la motilidad
espermática, fenómeno que se asocia con
modi-ficaciones en el metabolismo celular
y daños en la membrana espermática, un
aspecto fundamental en el uso de semen
congelado/descongelado en técnicas de
biotecnología reproductiva lo constituye la
adecuada evaluación de la capacidad
fecundante de los espermatozoides
(Sánchez et al., 2002).
Existen actualmente diversos mé-
todos de criopreservación.
La refrigeración o preservación
hipotérmica, es el más simple y permite
mantener gametos y embriones a
temperaturas entre 0 y 4°C durante 24 a
72 horas, siendo un paso intermedio entre
la recolección de embriones en fresco
(recién recolectados) y su transferencia. Al
respecto, es importante resaltar que se ha
logrado mantener caudas de epidídimo de
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cuy a 4°C, cuya supervivencia espermática
se prolongó hasta 11 días inclusive sin una
perdida de la capacidad fértil (Gonzales-
Figueroa, 1988)
La congelación convencional, es un
proceso físico-químico complejo, de
intercambio de calor y agua entre las
células y el medio externo, que culmina en
un cambio de fase líquida a sólida. Los
gametos y/o embriones alcanzan su
equilibrio osmótico antes de comenzar el
descenso de la temperatura y lo mantienen
durante el enfriamiento. Esto, se lleva a
cabo lentamente permitiéndole a los
gametos o embriones ceder agua en
respuesta al incremento gradual de la
concentración de la solución extracelular.
Además los gametos o embriones son
congelados y descongelados de manera
muy rápida, siendo necesario deshidratarlos
parcialmente antes de su congelación a fin
de evitar la formación de cristales de hielo
que lesionan las células. La deshidratación
parcial de las embriones se logra
incorporando un agente crioprotector al
medio de congelación (Schneider y Mazur
1984).La vitrificación es un proceso físico
de solidificación utilizado para conservar
órganos, tejidos, embriones y gametos. La
solución vitrificante lleva incorporado
crioprotectores en alta concentración. Al
ser enfriada no cristaliza, sino que se torna
viscosa y pasa del estado líquido a un estado
sólido no estructurado similar al vidrio,
tomando de ahí su nombre. Todo el
procedimiento desde el equilibrio hasta la
inmersión en NL no requiere más de 10
minutos (Rall y Fahy, 1985). Esta alternativa
de la criopreservación no necesita de
equipos costosos de congelación, además
este método elimina la formación de
cristales de hielo intra y extra celular que
son letales para las células, y sobre todo
por que se puede utilizar directamente en
terreno para programas de transferencia
embrionaria. La vitrificación ha sido utilizada
exitosamente como método de congelación
de ovocitos y embriones de diversas
especies, entre las que se pueden señalar:
roedores (Kasai et al., 1990), ovinos
(Schiewe et al., 1991), bovinos (Vatja et al.,
1997) entre otros.
La criopreservación puede reducir
los costos y ampliar el número de especies
beneficiarias en programas de re-
producción asistida. Esto es particular-
mente importante cuando se trabaja con
grandes mamíferos que necesitan disponer
de espacios amplios en los programas de
cría en cautiverio o en los zoológicos, lo que
hace que su mantenimiento sea muy
costoso. Las razones enunciadas con-
vierten a la criopreservación en una herra-
mienta insustituible en la aplicación de la
transferencia embrionaria, por ejemplo
(Cabodevila & Teruel, 2001).
INSEMINACIÓN ARTIFICIAL
La inseminación (IA) artificial o la
introducción del semen en el tracto genital
de una hembra, a través de algún
instrumento, es la mas antigua de la mayoría
de biotécnicas actuales que se usan en la
reproducción asistida de animales y
humanos (Chupin & Thibier, 1995). Es
interesante resaltar tanto las observaciones
de Spallanzani en1784, relacionadas a la
influencia de la temperatura en la
congelación de espermatozoides, así como
las realizadas por Ivanoff en1922, sobre
métodos para colectar semen e inseminar
yeguas, vacas, ovejas y cerdas. Colectaba
el semen introduciendo una esponja en la
vagina de la yegua antes del apareo natural,
y esta esponja impregnada con semen la
utilizaba para inseminar otras hembras.
Mucho del trabajo de Ivanoff fue tomado
por Milovanov, él primer diseñador de una
vagina artificial, en 1938, y de otros artículos
parecidos a los que se utilizan hoy en día
(Verberckmoes et al, 2004). La primera
inseminación artificial con fines comerciales
fue llevada a cabo en 1936 por Sorenson
(Foote 2002). En un primer momento, la
inseminación artificial en animales de granja
se introdujo por razones sanitarias. Otra
gran ventaja de la inseminación artificial en
estos animales es la dispersión rápida de
genes inmejorables y la capacidad de
optimizar la calidad genética del ganado, la
reducción de un número considerable de
genes letales y además el empleo de dosis
mínimas de semen sin disminuir la tasa de
fecundidad (Watson 1990). La introducción
de la IA en porcinos, en la industria de
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aves caseras y en conejos, tuvo como
resultado una mejora rápida de la calidad
de la carcasa, y permitió la expansión y la
especialización de establecimientos de
crianza (Singleton, 2001).
Actualmente, la IA se realiza en casi
todos los animales de granja: vacas, yeguas,
ovejas, cabras, cerdas, conejas, pollos,
pavos entre otros. Sin embargo, las mejoras
tecnológicas de esta biotécnica provienen
mayoritariamente del éxito obtenido en la
producción de vacas lecheras (Vishwanath
2003). Durante la última década, el uso de
la IA en la producción de ganado porcino
ha aumentado considerablemente de 5% en
1990 hasta aproximadamente 60–70% en
el año 2000, sin embargo en relación al
ganado vacuno, raramente se utiliza semen
congelado (Singleton, 2001).
En este contexto, la inseminación
artificial disminuye y/o elimina
enfermedades sexuales, permite el uso
intensivo de machos con un alto valor
genético, el transporte rápido del semen a
diferentes lugares y también aumenta la
eficiencia de estimación del valor genético.
A escala mundial se realizan
anualmente más de 100 millones de
inseminaciones artificiales en vacunos, 40
millones en cerdos, 3,3 millones en ovejas
y 0,5 millones en cabras. Son muy pocos
los países en desarrollo donde se practica
la inseminación artificial en una escala que
repercuta considerablemente en la
producción ganadera Ruane &
Zimmermann, 2003). En el Perú sólo entre
el 3 y 4% de las vacas en producción son
inseminadas artificialmente, siendo los
mayores demandantes los productores de
las principales cuencas lecheras del país que
manejan ganadería intensiva y semi
extensiva. Existe interés por consolidar una
Red Nacional de Postas de Inseminación
Artificial, autogestionarias y sostenibles, bajo
un esquema empresarial, que permita
brindar el servicio con mayor efectividad.
Independiente del sector público, cada posta
cuenta con el apoyo efectivo de las
Municipalidades, Asociaciones de
Productores Ganaderos, Direcciones
Regionales Agrarias y Empresas Privadas.
El Ministerio de Agricultura y el Instituto
Interamericano de Cooperación para la
Agricultura en el Perú (IICA) entregaron
en el mes de enero del año en curso equipos
(1 moto, 2 tanques criogénicos, 1 maletín
de inseminación y 3 teléfonos celulares)
iniciando una primera etapa de reactivación
de 20 postas, ubicadas en los departamentos
de Puno, Cusco, Ica, Moquegua, Tacna y
Lima. En otros países la técnica de
Inseminación Artificial es una metodología
adoptada por muchos ganaderos, quienes
encuentran en ella el medio más barato y
factible para el mejoramiento de sus hatos
ganaderos.
SINCRONIZACIÓN E INDUCCIÓN
DE LA OVULACIÓN
El conocimiento de los mecanismos
involucrados en el control del ciclo estral
(de la ovulación, de la función luteal, de la
dinámica folicular, etc.) dan las bases para
comprender y establecer métodos
eficientes de sincronización del celo, así
como también la superovulación, es decir
los tratamientos que aumenten el número
fisiológico de ovulaciones (Callejas, 2001)
La determinación del momento ideal
para la inseminación en mamíferos de granja
es muy importante. En general, el momento
correcto de la inseminación en vacas es a
las 12 horas después del comienzo del estro
(Hunter & Greve, 1997). Sin embargo,
como la detección del estro no es siempre
fácil, la determinación del momento ideal
de la inseminación se dificulta. Es necesario
disponer de hembras receptoras en un
momento muy preciso y conocido del ciclo
estral cuando se procede a la transferencia
de embriones recientemente colectados o
producidos in vitro o que han sido
previamente obtenidos y congelados (Van
Eerdenburg et al, 1996).
Actualmente, usando el método de
hisopado vaginal, estamos logrando la
detección del celo en hembras de cuy. Los
resultados preliminares indican que el ciclo
estral en esta especie presenta tres estados
visibles al microscopio: diestro (336 horas),
proestro (14 horas) y estro (8horas).
RECOLECTA DE OVOCITOS
Y MADURACIÓN
La recolecta de ovocitos en mamí-
feros, permite extraer repetidas veces
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ovocitos inmaduros directamente del ovario
sin consecuencias de importancia para la
hembra donante y utilizar esos ovocitos en
programas de maduración y fecundación
in vitro. Al hacer un uso mucho mayor de
hembras genéticamente valiosas en una
edad muy temprana se puede acelerar
considerablemente el progreso genético. La
recolecta in vivo recibe el nombre de
punción folicular (ovum pick up) y su uso
se está incrementado sobretodo en
programas de transferencia embrionaria
(Palma, 2001). La recolecta de ovocitos
también se puede hacer de ovarios de
hembras en mataderos. Los complejos
cúmulo-ovocito (COCs) son seleccionados
y madurados in vitro en medios adecuados,
para luego ser usados en programas de
fecundación in vitro, transferencia de
embriones o de clonado.
Esta ampliamente aceptado, que la
maduración del ovocito in vitro tiene éxito
cuando está rodeado del cúmulo, lo que
indica que existiría alguna relación
estructural y funcional entre cúmulo y
ovocito. Al respecto, se ha comprobado que
el piruvato, presente en un medio de
maduración, juega un rol bifuncional en la
maduración in vitro de ovocitos de cerda,
como antioxidante y como sustrato
necesario para el metabolismo oxi-
dativo.(Gonzales-Figueroa & Gonza-les-
Molfino, 2005)
FECUNDACIÓN IN VITRO
El descubrimiento de la «capaci-
tación espermática» en mamíferos (Austin,
1951., Chang, 1951), marcó el comienzo de
una gran cantidad de estudios tendientes a
comprender el complejo fenómeno de la
fecundación en mamíferos y de los
mecanismos que la preceden. El concepto
de «capacitación», es usualmente aceptado
como la fase o las fases que preceden a la
reacción del acrosoma y que promueve
alteraciones en los patrones de motilidad;
ambos mecanismos son requeridos para que
la fecundación tenga éxito (Yanagimachi,
1988). Por otro lado la sincronización de la
superovulación hace posible colectar
ovocitos maduros que interaccionen con
espermatozoides en sistemas in vitro.
Actualmente se utilizan diferentes sistemas
donde ocurre fecundación in vitro, de una
gran variedad de especies, con un éxito
relativo.
TRANSFERENCIA DE
EMBRIONES
La transferencia de embriones en
especies de mamíferos, promovido me-
diante la ovulación múltiple y transplante
de embriones (OMTE), permite acelerar el
progreso genético gracias a una mayor
intensidad de la selección de hembras, y la
congelación de los embriones facilita el
transporte a bajo costo de material genético
entre continentes, así como la conservación
de genomas diploides. La OMTE puede
utilizarse para producir hembras de
reposición de razas cruzadas manteniendo
únicamente un pequeño número de ani-
males de razas puras. En 1998, se
practicaron en todo el mundo 440 000
transplantes de embriones en vacunos,
17 000 en ovejas, 1 200 en cabras
y 2 500 en yeguas (Ruane & Zimmermann,
2003). El éxito de este procedimiento puede
ser precedido de fracasos como
consecuencia de manipulaciones ina-
decuadas que conducen a infecciones y
contracciones uterinas y, en consecuencia
a la pérdida de la gestación. Para evitar los
errores y efectos traumáticos por impericia
se describe el procedimiento teniendo el
cuenta el lugar, anestesia y material
adecuados (Cabodevila, 2001). A pesar de
los beneficios potenciales del transplante de
embriones, su aplicación se limita en gran
medida a los países desarrollados.
SEXAJE
Las tecnologías para sexar
embriones de forma rápida y fiable permiten
generar únicamente ejemplares del sexo
deseado en puntos específicos de un
programa de mejoramiento genético, lo que
reduce considerablemente el número de
animales necesario y acelera el progreso
genético. La separación de dos poblaciones
espermáticas X/Y altamente purificadas, en
base a su contenido de ADN, se ha
conseguido realizar de forma reproducible
mediante técnicas citométricas, sin embargo
aun las tasas de separación siguen siendo
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limitadas, incluso en el caso de la
fecundación in vitro. Estas son algunas
cuestiones que todavía faltan resolver para
que pueda ser aplicada con la eficacia
deseada (Cantarelli Pegoraro. & Vera,
2001).
CLONADO
La maduración y fecundación in
vitro permite obtener a bajo costo los
numerosos embriones que son necesarios
para biotecnologías como la clonación y el
transgenismo. Se pueden distinguir tres tipos
diferentes de clones, según se obtengan
mediante: la división limitada de un embrión
(los clones son genéticamente idénticos);
la introducción de una célula embrionaria
en una zona enucleada (los clones pueden
diferir en su herencia citoplásmica) y la
introducción del núcleo de una célula
somática, tras haber invertido la quiescencia
del ADN, en una zona enucleada (los clones
pueden diferir en su herencia citoplásmica,
y probablemente se conoce ya bastante bien
el fenotipo del progenitor que proporciona
la célula somática). La clonación se utilizará
para multiplicar animales fundadores
transgénicos. Las tecnologías de la
clonación ofrecen posibilidades como
instrumentos de investigación y en esferas
con un rendimiento potencial muy alto. La
toma de muestras de tejido somático puede
facilitar la recopilación y transferencia de
muestras de razas de zonas remotas con
fines de conservación (Alberio. &
Zakhartchenko, 2001)
Para insertar estas biotécnicas en el
Sistema Nacional de Innovación
Tecnológica se necesitan hacer esfuerzos
diversos.
En primer lugar, no es posible
concebir la puesta en marcha de un avance
tecnológico sin disponer de los sólidos
cimientos que aportan las ciencias básicas
por separado, esto significa que es
necesario entender la naturaleza de la
biotecnología reproductiva ligada al
conocimiento de la biología reproductiva.
Esta última, debe ser aprendida en los
primeros ciclos de la carrera profesional de
manera que en los últimos ciclos se puedan
iniciar talleres, a través de los cuales los
estudiantes consigan, por lo menos, las
habilidades primordiales que necesitan cada
una de esta biotécnicas. Es decir la
investigación básica en esta etapa de
formación profesional es muy importante y
no debe descuidarse porque es la única
forma de iniciar la formación de recursos
humanos, los que con especializaciones de
post grado constituirían la «masa crítica»
necesaria, capaz de absorber y adaptar la
tecnología actualizada a nivel mundial.
En segundo lugar, habría que
mantener la «masa crítica» en vía de
formación dándole las condiciones laborales
y equipos de laboratorios adecuados,
constituir redes de biotecnológica
reproductiva a nivel nacional, de manera
que pueda ocurrir una real transferencia de
la tecnología extranjera. Esto daría lugar a
que, en un futuro mediato se pueda contar
con tecnología nacional propia por lo menos
de algunas de las biotécnicas señaladas.
Por último, es necesario difundir estas
biotecnologías, en todos los ámbitos, para
que se conozca la naturaleza de las mismas
y sus beneficios en el progreso de la
agroindustria, teniendo en cuenta que el
Perú del 2025 tendrá 35 500 000 de
pobladores, de los cuales 61,4% serán
personas entre 15 y 64 años y 33,7% entre
cero a 14 años.
LITERATURA CITADA
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