Un zoológico congelado es una instalación de almacenamiento en la que materiales genéticos extraídos de animales (por ejemplo, ADN , esperma , óvulos , embriones y tejido vivo) se almacenan a temperaturas muy bajas (-196 °C) en tanques de nitrógeno líquido. [1] El material conservado de esta manera puede almacenarse indefinidamente [2] y utilizarse para inseminación artificial , fertilización in vitro , transferencia de embriones y clonación . Hay algunos zoológicos congelados en todo el mundo que implementan esta tecnología para los esfuerzos de conservación. Se han introducido varias especies diferentes en esta tecnología, incluida la cabra montesa de los Pirineos, el hurón de patas negras y, potencialmente, el rinoceronte blanco.
El primer zoológico congelado fue establecido en el Zoológico de San Diego por el patólogo Kurt Benirschke en 1972. [3] [4] [5] En ese momento no había tecnología disponible para hacer uso de la colección, pero Benirschke creía que dicha tecnología se desarrollaría. en el futuro. [6] La idea del zoológico congelado fue apoyada más tarde en el artículo de Gregory Benford de 1992 en el que proponía una Biblioteca de la Vida. [7] Zoológicos como el Zoológico de San Diego y programas de investigación como el Centro Audubon para la Investigación de Especies en Peligro [8] [2] criopreservar material genético para proteger la diversidad del acervo genético de especies en peligro de extinción o para proporcionar una posible reintroducción de especies extintas como el tigre de Tasmania [9] y el mamut . [10]
La abundancia de esperma en los machos simplifica la recolección de material para un zoológico congelado . Se puede extraer esperma de un animal después de su muerte. La producción de óvulos, que en las hembras suele ser baja, se puede incrementar mediante un tratamiento hormonal para obtener de 10 a 20 ovocitos , dependiendo de la especie. Algunos zoológicos congelados prefieren fertilizar óvulos y congelar el embrión resultante, ya que los embriones son más resistentes bajo el proceso de criopreservación. [11] Algunos centros también recolectan muestras de células de la piel de animales en peligro de extinción o especies extintas. El Instituto de Investigación Scripps ha logrado convertir células de la piel en cultivos de células especiales llamadas células madre pluripotentes inducidas ( células IPS ). En teoría, es posible producir espermatozoides y óvulos a partir de estas células IPS. [4]
Varios animales cuyas células fueron preservadas en zoológicos congelados han sido clonados para aumentar la diversidad genética de especies en peligro de extinción, a partir de 2021 [actualizar]. En 2003 se hizo un intento de clonar una especie extinta; el recién nacido íbice pirenaico murió a causa de un trastorno del desarrollo que puede haber estado relacionado con la clonación, y no hay suficientes muestras genéticas en los zoológicos congelados para recrear una población reproductora de íbice pirenaico.
El Zoológico Congelado del Instituto de Investigación para la Conservación del Zoológico de San Diego almacena actualmente una colección de 8.400 muestras de más de 800 especies y subespecies. [12] Frozen Zoo en San Diego Zoo Conservation Research ha actuado como antecesor de proyectos similares en otros zoológicos de Estados Unidos y Europa. [13] [14] Sin embargo, todavía hay menos de una docena de zoológicos congelados en todo el mundo. [2]
En el Centro de cría de fauna árabe en peligro de extinción (BCEAW) de los Emiratos Árabes Unidos, en Sharjah , los embriones almacenados incluyen el gato montés de Gordon ( Felis silvestris gordoni ), en grave peligro de extinción, y el leopardo árabe ( Panthera pardus nimr ) (de los cuales sólo hay 50 en el salvaje). [11]
El Centro Audubon para la Investigación de Especies en Peligro, afiliado a la Universidad de Nueva Orleans , mantiene un zoológico congelado. En 2000, el Centro implantó un embrión congelado y descongelado del gato montés africano, en grave peligro de extinción, en el útero de un gato doméstico, lo que dio como resultado un gato montés macho sano. [15]
El Arca Congelada es un zoológico congelado establecido en 2004 y administrado conjuntamente por la Sociedad Zoológica de Londres , el Museo de Historia Natural de Londres y la Universidad de Nottingham . [16] [17] Esta organización opera como una organización benéfica con muchos departamentos diferentes, incluido el laboratorio de ADN, el consorcio, los grupos de expertos en taxones y la base de datos. [18] En el laboratorio de ADN se guardan muestras obtenidas de los científicos y allí se llevan a cabo diferentes proyectos de investigación. El consorcio actúa como puente para reunir grupos diferentes, pero importantes, de zoológicos, acuarios, museos y universidades. Los grupos de expertos en taxones monitorean los principales filos y listas como la Lista Roja de la UICN. La base de datos es la pieza esencial, ya que contiene todos los informes y registros necesarios para realizar todas las demás funciones de la organización benéfica. [18] La esperanza para el futuro es que los zoológicos y acuarios puedan recolectar muestras de sus especies amenazadas y/o en peligro de extinción internamente para ayudar con los esfuerzos de conservación. [18] La recolección y congelación de estas muestras permite la distribución de gametos entre las poblaciones. Se pueden recolectar muestras de huéspedes vivos y también de huéspedes fallecidos. [18] [19]
El Centro de Biociencia Regenerativa de la Universidad de Georgia está construyendo un zoológico congelado. El director de RBC, Steven Stice, y el profesor asistente de ciencias animales y lácteas, Franklin West, crearon la instalación con la idea de salvar especies de gatos en peligro de extinción. Los científicos ya han extraído células de un tigre de Sumatra que podrían utilizarse para la inseminación artificial. La inseminación artificial proporciona un remedio para los animales que, por razones anatómicas o fisiológicas, no pueden reproducirse de forma natural. La reproducción del material genético almacenado también permite fomentar mejoras genéticas y prevenir la endogamia. La tecnología moderna permite la manipulación genética en animales sin mantenerlos en cautiverio. Sin embargo, el éxito de su restauración en la naturaleza requeriría la aplicación de nueva ciencia y una cantidad suficiente de material previamente recolectado. [11]
Debido a las muy bajas temperaturas requeridas, las muestras de ADN sufren distintos niveles de estrés. Los espermatozoides , en particular, se ven estresados por el choque térmico, el estrés osmótico y el estrés oxidativo, siendo este último el más perjudicial. [20] Cuando se produce un choque de temperatura, la membrana se daña debido a la congelación y descongelación del esperma. El estrés osmótico ocurre cuando se forman cristales de hielo dentro del núcleo durante el proceso de congelación, lo que provoca diferentes presiones osmóticas dentro de la célula. El estrés oxidativo es el resultado de demasiadas especies reactivas de oxígeno (ROS), que son altamente reactivas y dañinas para todas las partes de la célula. [20] [21] Aunque estos factores estresantes están presentes dentro de la célula, existen soluciones para cada uno. Al introducir colesterol en las muestras, se puede reducir el choque de temperatura. El uso de proteínas anticongelantes proporciona una solución al estrés osmótico. El estrés oxidativo es el más difícil de combatir debido a los componentes altamente reactivos de las ROS, pero se pueden tomar algunas medidas, como agregar ciertas proteínas, para limitar el daño por congelación y descongelación y aumentar la tasa de supervivencia del ADN. [20]
A un gaur que murió por causas naturales se le congelaron algunas células de la piel y se las agregó al Zoológico Congelado de San Diego. Ocho años más tarde, se insertó ADN de estas células en un óvulo de vaca doméstica para crear un embrión (clonación transespecie), que luego se implantó en una vaca doméstica ( Bos taurus ). El 8 de enero de 2001 nació el gaur, llamado Noah, en Sioux Center, Iowa . Inicialmente, Noah estaba sano, pero al día siguiente contrajo enteritis clostridial y murió de disentería dentro de las 48 horas posteriores al nacimiento. Esto no es infrecuente en animales no clonados y los investigadores no pensaron que se debiera a la clonación. [22]
El banteng fue la segunda especie en peligro de extinción clonada con éxito y el primer clon que sobrevivió más allá de la infancia. [23] [24] Los científicos de Advanced Cell Technology en Worcester, Massachusetts , extrajeron ADN de células de la piel de un banteng macho muerto, que se conservaron en las instalaciones del Zoológico Congelado de San Diego, y lo transfirieron a óvulos de vacas banteng domésticas, un proceso llamado transferencia nuclear de células somáticas . Se crearon e implantaron treinta embriones en vacas banteng domésticas. Dos de ellos llegaron a término y nacieron por cesárea . El primero nació el 1 de abril de 2003 y el segundo dos días después. El segundo fue sacrificado , aparentemente padecía el síndrome de la descendencia grande (un trastorno de crecimiento excesivo ), pero el primero sobrevivió y vivió siete años en el Zoológico de San Diego, donde murió en abril de 2010 después de romperse una pierna y ser sacrificado. [25] [26]
En 2020 nació el primer caballo de Przewalski clonado, resultado de una colaboración entre San Diego Zoo Global , ViaGen Equine y Revive & Restore . [27] La clonación se llevó a cabo mediante transferencia nuclear de células somáticas (SCNT), mediante la cual se crea un embrión viable trasplantando el núcleo que contiene ADN de una célula somática a un óvulo inmaduro ( ovocito ) al que se le ha extraído su propio núcleo. produciendo descendencia genéticamente idéntica al donante de células somáticas. [28] Dado que el ovocito utilizado era de un caballo doméstico, este fue un ejemplo de SCNT entre especies. [29]
El donante de células somáticas fue un semental de Przewalski llamado Kuporovic, nacido en el Reino Unido en 1975 y trasladado tres años más tarde a Estados Unidos, donde murió en 1998. Debido a las preocupaciones sobre la pérdida de variación genética en la población de caballos de Przewalski en cautiverio, Y anticipándose al desarrollo de nuevas técnicas de clonación, se criopreservado tejido del semental en el Frozen Zoo del Zoológico de San Diego. La cría de este individuo en la década de 1980 ya había aumentado sustancialmente la diversidad genética de la población cautiva, después de que se descubrió que tenía más alelos únicos que cualquier otro caballo vivo en ese momento, incluido el material genético de dos de los fundadores cautivos originales, que de otro modo se perdería. . [27] Para producir el clon, se descongelaron fibroblastos de piel congelados y se cultivaron en cultivo celular . [30] Se recogió un ovocito de un caballo doméstico y su núcleo se reemplazó por un núcleo extraído de un fibroblasto de caballo de Przewalski cultivado. Se indujo al embrión resultante a comenzar la división y se cultivó hasta que alcanzó la etapa de blastocisto , luego se implantó en una yegua sustituta de caballo doméstico , [30] que llevó el embrión a término y dio a luz un potro con el ADN del caballo de Przewalski del fallecido hace mucho tiempo. semental.
El caballo clonado recibió el nombre de Kurt, en honor al Dr. Kurt Benirschke , un genetista que desarrolló la idea de criopreservar material genético de especies consideradas en peligro de extinción. Sus ideas llevaron a la creación del Frozen Zoo como biblioteca genética. [31] Hay una manada reproductora en el San Diego Zoo Safari Park . [32] Una vez que el potro madure, será reubicado en la manada de cría en el Zoológico Safari Park de San Diego , [32] para transmitir los genes de Kuporovic a la población más grande de caballos cautivos de Przewalski y aumentar la variación genética de la especie. [27]
Para ayudar a mitigar la depresión endogámica de dos especies en peligro de extinción, el hurón de patas negras (Mustela nigripes) , Revive & Restore facilita los esfuerzos en curso para clonar individuos a partir de líneas celulares históricas almacenadas en el Zoológico Congelado de la Alianza de Vida Silvestre del Zoológico de San Diego. El programa busca restaurar la variación genética perdida del acervo genético vivo.
El 10 de diciembre de 2020 nació el primer hurón de patas negras clonado del mundo . Este hurón, llamado Elizabeth Ann, marcó la primera vez que se clonó con éxito una especie en peligro de extinción en Estados Unidos. [33] [34]
Las células de dos hurones de patas negras capturados en la naturaleza en la década de 1980 que nunca se reprodujeron en cautiverio se conservaron en el Zoológico Congelado de San Diego Wildlife Alliance. Uno de ellos fue clonado para aumentar la diversidad genética de esta especie en diciembre de 2020. Están previstas más clones de ambos. Inicialmente serán criados por separado de la población no clonada. [35]
La cabra montés de los Pirineos se extinguió en 2000. En 2003, células congeladas de la última (una hembra muerta por la caída de una rama) se utilizaron para clonar 208 embriones, de los cuales 7 se implantaron con éxito en cabras y uno llegó a término. Ese íbice murió de insuficiencia respiratoria justo después de nacer; muy posiblemente como resultado del proceso de clonación, sus pulmones no se habían desarrollado adecuadamente. Es posible que no se conserven suficientes células individuales para crear una población reproductora. [36] [37] A pesar de la muerte del íbice, el análisis de ADN reveló que la descendencia era un clon legítimo de su último descendiente vivo. [38]
A lo largo de los años, la preocupación por la disminución de la población del rinoceronte blanco del norte ( Ceratotherium simum cottoni ) ha aumentado a medida que aumenta el valor de sus cuernos para los cazadores furtivos. Específicamente, la población ha disminuido casi el setenta por ciento entre 2011 y 2019. [39] Procesos como SCNT pueden ayudar en los esfuerzos de conservación hacia la reactivación de su población. Los investigadores están mirando hacia las células madre pluripotentes inducidas (iPSC), ya que tienen posibilidades ilimitadas. [40] Debido a la falta de apareamiento natural dentro de la especie debido al número limitado de ellas, esta subespecie brinda a los investigadores la oportunidad de intervenir con iPSC. Otros métodos, incluida la inseminación artificial con semen fresco (IA), se han utilizado con éxito en otra subespecie, el rinoceronte blanco del sur ( Ceratotherium simum simum ). [41] El semen congelado y descongelado ha sido probado y ha tenido algunos éxitos, ayudando a resolver problemas con la reproducción de la especie en su conjunto. [41]