Применение разделенной по полу спермы в современном животноводстве (обзор)
Автор: Устименко А.В., Абилов А.И.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Обзоры, проблемы
Статья в выпуске: 4 т.60, 2025 года.
Бесплатный доступ
Развитие биотехнологий в молочном скотоводстве направлено на интенсификацию селекционного процесса, повышение продуктивности и экономической эффективности воспроизводства. Одна из ключевых технологий, позволяющих целенаправленно влиять на пол потомства и качество стада, - использование разделенной по полу (сексированной) спермы. Эта технология особенно актуальна в молочном направлении, где рождение телочек имеет решающее значение для формирования ремонтного молодняка и усиления генетического прогресса (G.E. Seidel Jr., 2003; Е.А. Олексиевич, 2020). Первая успешная технология определения пола сперматозоидов была основана на проточной цитометрии (B.L. Gledhill с соавт., 1982), позволившей разделять сперму по содержанию ДНК, окрашенной флуоресцентным красителем Hoechst 33342 (D.L. Garner, 2009). Позднее были разработаны усовершенствованные методы SexedULTRA™ и Sexcel™, направленные на снижение повреждающих факторов в процессе сортировки (G.E. Seidel с соавт., 2014; R.W. Lenz с соавт., 2017). Несмотря на высокую точность технологии, разделение спермы по полу оказывает негативное влияние на морфологию и физиологические характеристики сперматозоидов: увеличивается фрагментация ДНК, снижается содержание АТФ и подвижность (А.И. Абилов с соавт., 2021; М.И. Дунин, 2010). Было также выявлено, что краситель и лазер вызывают фототоксические и термические повреждения, нарушающие митохондриальную активность в сперматозоидах (D. Rath с соавт., 2013). Фертильность сексированной спермы существенно варьирует и зависит от целого ряда факторов: физиологического состояния животного, кратности осеменения, точности синхронизации овуляции, условий содержания и квалификации персонала. У телок при правильно подобранной схеме осеменения и соблюдении технологии частота стельности может достигать 55-60 % (G.E. Seidel Jr. с соавт., 1999; S. Diers с соавт., 2020), тогда как у дойных коров она, как правило, колеблется в пределах 21-45 % (D.L. Garner с соавт., 2013; K. Oikawa с соавт., 2019). Кроме того, в последние годы ведутся разработки альтернативных методов разделения спермы. Среди них иммунологический подход, основанный на различии белков поверхности X- и Y-сперматозоидов (E. Barsuren с соавт., 2018); метод с использованием наночастиц золота и магнитной сортировки; протеомный анализ мембран сперматозоидов для идентификации маркеров пола (J. Quelhas с соавт., 2021). Эти методы находятся на экспериментальной стадии, однако демонстрируют потенциал для повышения точности и снижения негативных последствий сортировки. Применение разделенной по полу спермы в сочетании с программами трансплантации эмбрионов расширяет возможности направленного воспроизводства, особенно при использовании высокопродуктивных доноров. Однако при производстве in vitro отмечено снижение процента дробления и выхода качественных бластоцист (R.D. Wilson с соавт., 2005). Тем не менее последние разработки позволяют успешно применять схемы трансплантации эмбрионов с использованием разделенного по полу семени, особенно при четком соблюдении технологических регламентов (Н.А. Зиновьева, 2020; A. Velazquez с соавт., 2020). Таким образом, несмотря на высокую стоимость, чувствительность к условиям хранения и сниженные показатели фертильности, технология сексированной спермы остается востребованной и перспективной в молочном скотоводстве. Она позволяет эффективно управлять генетическим потенциалом стада и ускорять селекцию (D.J. Cottle с соавт., 2018; M. Osada с соавт., 2019). Дальнейшие исследования по улучшению технологии сортировки, повышению фертильности и интеграции с другими репродуктивными методами представляют значительный интерес как для научного сообщества, так и для предприятий.
Разделенная по полу сперма, телки, оплодотворяемость, определение пола, воспроизводительная функция
Короткий адрес: https://sciup.org/142246199
IDR: 142246199 | УДК: 636.018:591.16:57.017.5 | DOI: 10.15389/agrobiology.2025.4.565rus
Sexed semen in animal husbandry (review)
The development of biotechnology in dairy cattle breeding is aimed at intensifying the selection process, increasing productivity and economic efficiency of reproduction. One of the key technologies that allows for a targeted influence on the sex of the offspring and the quality of the herd is the use of sexed sperm. This technology is especially relevant in the dairy direction, where the birth of heifers is of crucial importance for the formation of replacement young stock and enhancing genetic progress (G.E. Seidel Jr., 2003; E.A. Oleksievich, 2020). The first successful technology for determining the sex of sperm was based on flow cytometry (B.L. Gledhill et al., 1982) which made it possible to separate sperm based on the content of DNA stained with the fluorescent dye Hoechst 33342 (Garner D.L., 2009). Later, improved methods SexedULTRA™ and Sexcel™ were developed, aimed at reducing damaging factors during the sorting process (G.E. Seidel et al., 2014; R.W. Lenz et al., 2017). Despite the high accuracy of the technology, sperm separation by sex has a negative impact on the morphology and physiological characteristics of sperm: DNA fragmentation increases, ATP content and motility decrease (A.I. Abilov et al., 2021; M.I. Dunin, 2010). It was also found that the dye and laser cause phototoxic and thermal damage, disrupting mitochondrial activity in sperm (D. Rath et al., 2013). The fertility of sexed sperm varies significantly and depends on a number of factors: the physiological state of the animal, the frequency of insemination, the accuracy of ovulation synchronization, housing conditions and personnel qualifications. In heifers, with a correctly selected insemination scheme and compliance with the technology, the pregnancy rate can reach 55-60 % (G.E. Seidel Jr. et al., 1999; S. Diers et al., 2020), while in dairy cows it usually fluctuates between 21-45 % (D.L. Garner et al., 2013; K. Oikawa et al., 2019). In addition, in recent years, alternative methods for sperm separation have been developed. Among them are the immunological approach based on the difference in surface proteins of X- and Y-spermatozoa (E. Barsuren et al., 2018); a method using gold nanoparticles and magnetic sorting; proteomic analysis of sperm membranes to identify sex markers (J. Quelhas et al., 2021). These methods are at the experimental stage, but show potential for improving accuracy and reducing the negative consequences of sorting. The use of sexed sperm in combination with embryo transfer programs expands the possibilities of targeted reproduction, especially when using highly productive donors. However, during in vitro production, a decrease in the percentage of cleavage and the yield of high-quality blastocysts was noted (R.D. Wilson et al., 2005). Nevertheless, recent developments make it possible to successfully use embryo transfer schemes using sexed semen, especially with strict adherence to technological regulations (N.A. Zinovieva, 2020; A. Velazquez et al., 2020). Thus, despite the high cost, sensitivity to storage conditions and reduced fertility rates, sexed semen technology remains in demand and promising in dairy cattle breeding. It allows for effective management of the herd's genetic potential and acceleration of selection (D.J. Cottle et al., 2018; M. Osada et al., 2019). Further research in the field of improving sorting technology, increasing fertility and integration with other reproductive methods is of considerable interest to both the scientific community and enterprises.
Текст обзорной статьи Применение разделенной по полу спермы в современном животноводстве (обзор)
Одним из инструментов повышения эффективности молочного и мясного скотоводства служит использование спермы, разделенной по полу, поскольку ускорение генетического прогресса и улучшение селекционных показателей возможно только при высокой фертильности коров и сохранности молодняка (1-3). Потребности населения мира в продуктах сельского хозяйства, по прогнозам специалистов, продолжат расти (4, 5), а показатели самообеспечения нашей страны молочными продуктами и молоком в 2018 году составили около 84 % от необходимого (6). Также перед отраслью стоит проблема снижения поголовья (7), а что еще важнее — нехватки ремонтных телят. Для решения этой проблемы, а также для увеличения племенной ценности, прогнозируемой молочной продуктивности и сроков хозяйственного использования животных современные молочно-товарные фермы прибегают к использованию спермы, разделенной по полу, благодаря чему выход самок достигает 95 %, и это не только позволяет обеспечить хозяйство ремонтным молодняком, но и способствует повышению численности поголовья (8-10). Такой способ дает возможность сократить разрывы между поколениями и эффективно обновлять стада улучшенным генетическим материалом. При использовании разделенного семени за счет получения большего числа телок от лучших коров происходит более интенсивная замена низкопродуктивных коров телками с высоким генетическим потенциалом. В то же время при традиционном способе рождаемость в среднем составляет 50 на 50 (в отношении самок и самцов), и это задерживает темп обновления стад (5, 11).
Получение разделенного по полу семени — высокотехнологичный и многоэтапный метод разделения сперматозоидов, несущих X- и Y-хромосомы, с помощью специального прибора цитометра (12, 13). Применение такой биопродукции обеспечивает выход телочек по сравнению с бычками до 90 % (14) и 95 % (15). При широком использовании разделенного по полу семени в хозяйствах нашей страны есть возможность остановить снижение маточного поголовья крупного рогатого скота (7).
Цель настоящей работы — проанализировать существующие методы получения семени, разделенного по полу, в молочном животноводстве, оценить мировой опыт применения этой технологии, а также отметить ее основные преимущества и недостатки.
История вопроса. Формирование пола у млекопитающих определяется сложным взаимодействием генетических и гормональных факторов. Основные научные исследования по этой теме изначально были сфокусированы на генетической детерминации и возможном влиянии окружающей среды на процесс половой дифференциации. Генетическая детерминация пола обусловлена набором половых хромосом, где самки имеют две X-хромосомы (XX), а самцы — одну X- и одну Y-хромосому (XY), а инициирует процесс дифференцировки мужского пола у млекопитающих так называемый ген Sex-determining Region Y ( SRY ), описанный в 1990 году (16).
Учитывая, что пол определяется генетическими факторами, в то же время необходимо принимать во внимание факторы окружающей среды (17, 18), такие как стресс, питание и гормональные нарушения, которые могут косвенно влиять на соотношение полов в потомстве. Ранние исследования по этому вопросу проводили E.L. Charnov с соавторами, однако они изучали креветок (19) и ос (20), а не млекопитающих. E.Z. Cameron (21) показал, что под влиянием стресса в крови у животных повышается содержание циркулирующей глюкозы. При использовании мышей в качестве модельных животных для изучения диабета человека было установлено, что увеличение количества циркулирующей глюкозы приводило к смещению соотношения полов в сторону самцов. В.Н. Шредер (22) изучала влияние специального корма на соотношение полов в приплоде у кроликов и кур. По ее данным, добавление к рациону глюкозы, аскорбиновой и никотиновой кислот обусловливали преобладание самцов в потомстве, а добавление гликокола и метилтиоурацила — самок.
Помимо этого, В.Н. Шредер применила метод катафореза и благодаря многочисленным экспериментам доказала, что спермии млекопитающих (с X- и Y-хромосомами) в электрическом поле двигаются к разным 566
полюсам. Подтверждением этого факта служит осеменение крольчих катодными и анодными сперматозоидами (22).
Для получения достаточного числа ремонтных телок, которые заменяют выбракованных коров, важно преимущественное рождение особей женского пола. Применение разделенной по полу спермы позволяет дифференцировать задачи разведения: одни направлены на обеспечение нужного числа ремонтных телок молочного направления, другие — на достижение беременностей, необходимых для начала новых лактаций (23).
Проточная цитометрия — наиболее широко используемая технология в мире и одна из эффективных для разделения семени (24, 25). Этот метод основан на разнице содержания ДНК в сперматозоидах, несущих Хи Y-хромосому. Поскольку сперматозоиды, несущие Х-хромосому, содержат примерно на 3,7 % больше ДНК, чем те, что несут Y-хромосому, с помощью флуоресцентных красителей можно разделять их по этому признаку (26, 27).
Существует также альтернативный, так называемый иммунологический, метод разделения сперматозоидов по полу. Он основан на использовании антител, специфичных к поверхностным антигенам сперматозоидов, которые различаются в зависимости от того, несут ли они X- или Y-хромосому. Такой подход направлен на селективную инактивацию или удаление сперматозоидов с определенной хромосомой из общего образца, что позволяет получить сперму с преобладанием сперматозоидов, несущих одну из хромосом (28). Этот метод дешевле сортировки проточной цитометрией, и с его помощью можно производить большее количество сперматозоидов на дозу, однако качество полученной таким образом спермы еще точно не оценено (29). При проведении испытаний по результативности иммунологического метода выход телят женского пола составил более 74 % (29, 30). Этот метод пока изучен недостаточно и требует дополнительных исследований, также он имеет высокую стоимость, низкое обогащение и уступает по проценту получаемых телочек цитометрическому методу компании «STgenetics» (США), что может препятствовать его коммерциализации (31, 32). Однако иммунологический метод определения пола может быть полезен для сельскохозяйственного сектора благодаря своему удобству и неинвазивности (30).
Также существует метод маркировки спермы с помощью наночастиц золота, который основан на связывании специфичных антител или других лигандов с золотыми наночастицами, распознающими определенные маркеры на поверхности сперматозоидов с X- или Y-хромосомой. Кроме того, перспективным методом определения пола сперматозоидов может стать исследование дифференциально экспрессируемых белков, присутствующих на мембране, что позволит идентифицировать Х- и Y-сперматозоиды. Метод с наночастицами золота ориентирован на физическое воздействие с помощью лазера или магнитного поля, что делает его быстрым, но потенциально агрессивным при воздействии на сперматозоиды. Метод с дифференциально экспрессируемыми белками основан на биологическом различии между сперматозоидами, которое требует точного подбора белковых маркеров, но может иметь меньше отрицательного воздействия на сперму (33, 34).
Мировая практика применения разделенного по полу семени. Самая большая проблема, которая существовала до 1980-х годов, заключалась в отсутствии практичного и точного метода для определения по полу для сперматозоидов (35). После того, как была показана невозможность дифференцировать маркеры, специфичные для пола, физическими методами, B.L Gledhill с соавт. (36) опубликовали результаты первых экспериментов по проточной цитометрии на сперматозоидах, за которыми последовали дальнейшие технические адаптации к этим специфическим клеткам. D.L. Garner с соавт. (37) показали, что метод проточной цитометрии способен точно определять различия в содержании ДНК между X- и Y-сперматозоидами крупного рогатого скота и других животных. Проточноцитометрическое исследование содержания ДНК убитых, лишенных мембраны сперматозоидов крупного рогатого скота, несущих X- и Y-хромосому, показало разницу около 3,7 %.
Позже проточный цитометр был усовершенствован, появилась так называемая Белтсвилльская технология (38). Она включает в себя несколько этапов. Сначала сперматозоиды окрашиваются флуоресцентным красителем (Hoechst 33342), который связывается с ДНК. В зависимости от количества ДНК в клетке интенсивность свечения X- и Y- сперматозоидов различается. После этого окрашенные сперматозоиды проходят через проточный цитометр. Лазерное излучение просвечивает отдельные клетки спермы, и на основе интенсивности свечения происходит их сортировка. X-сперматозоиды, содержащие большее количество ДНК, дают более сильный сигнал, что позволяет отделить их от Y-сперматозоидов. После распознавания клеток проточный цитометр механически разделяет сперматозоиды на два потока — на сперматозоиды с X- или - с Y-хромосомой. Эти клетки собираются раздельно для последующего использования в искусственном осеменении (39-41).
После успеха Белтсвилльской технологии в 1990-х годах и ее внедрения в промышленное животноводство возникла потребность в повышении эффективности и жизнеспособности сперматозоидов после процесса сортировки. Такие исследования начала проводить компания «Sexing Technologies» (США), и в результате в 2013 году была представлена новая версия технологии — SexedULTRA, которая обладает рядом преимуществ по сравнению с предыдущими методами сортировки сперматозоидов (42). Технология была разработана таким образом, чтобы быть менее агрессивной по отношению к сперматозоидам в наиболее критические моменты процесса, в частности улучшена буферная система, вследствие чего достигаются более высокие показатели фертильности. Это делает технологию более пригодной для использования в крупных хозяйствах, где важны как точность сортировки, так и успех осеменения (43, 44).
Помимо негативного влияния самого процесса сортировки, качество спермы зависит от процедур до и после нее, таких как совместная инкубация с флуоресцентным красителем при температуре немного ниже температуры тела (45, 46). Воздействие красителя, а затем лазера на сперму снижает активность митохондрий в ооцитах крупного рогатого скота в зиготе. Такой тип повреждения приводит к ухудшению подвижности сперматозоидов, поскольку митохондрии вырабатывают АТФ в качестве источника энергии (47).
В 2017 году компания «ABS Global» (США) предложила Sexcel sexed genetics — технологию абляции (разрушение направленным радиочастотным воздействием) пола, используемую для спермы крупного рогатого скота голштинской, джерсейской и других пород (48). В основе метода лежит окрашивание ДНК красителем Hoechst 33342 для дифференциации X-и Y- сперматозоидов, после чего происходит разрушение лазером Y-сперматозоидов (32, 49). В отличие от технологии проточной цитометрии, при таком методе не требуется использовать электрическое поле. Кроме того, производитель заявляет о результативности 90 % от эффективности традиционного семени (50).
Еще одна новинка — наборы для определения пола спермы от «Nuri Science, Inc.» (Южная Корея). Они основаны на использовании моноклональных антител для сортировки сперматозоидов по полу и представляют собой инновационный подход в управлении соотношением полов потомства крупного рогатого скота. В отличие от традиционных методов, таких как сортировка с помощью проточной цитометрии (SexedULTRA или ABS Sexсel), технология, названная WholeMom, имеет биологически ориентированный подход с использованием иммунологических механизмов (5). Он применяется при трансплантации эмбрионов, и уже получены положительные результаты, однако технология требует более масштабных экспериментов и глубокого изучения (51, 52).
Результаты осеменений. Эффективность осеменения спермой, разделенной по полу, изучалась на телках и лактирующих коровах разных пород и исследуется до настоящего времени. В опытах на телках показатели стельности варьируют от 31 до 60 % (53-56) и составляют 54-89 % от показателей, полученных при использовании традиционно замороженной спермы. В исследованиях на коровах использование разделенной по полу спермы привело к чрезвычайно низким показателям стельности 21-25 %, особенно у лактирующих молочных коров, или 45-64 % от показателей, полученных при использовании традиционной спермы (57). Эти данные согласуются с более ранними исследованиями (36, 58, 59), авторы которых указывали, что стельность на одно осеменение для разделенной по полу спермы будет составлять около 70-80 % от стельности для традиционной спермы.
Возможными причинами низкого процента стельности при использовании разделенной по полу спермы могут быть меньшее число сперматозоидов на дозу, а также различного рода воздействия в процессе сортировки (58, 60, 61). Несмотря на усовершенствования в технологии разделения за счет снижения давления, скорости и концентрации красителей, а также замены источников и мощности лазера (62, 63), фертильность разделенной по полу спермы все еще ниже приемлемого уровня.
На эффективность искусственного осеменения спермой, разделенной по полу, могут влиять различные факторы: температура окружающей среды, менеджмент и квалификация техников-осеменаторов (64). G. Abdel-Azim (65) в 2010 году опубликовал исследование по собранным за два года данным, на основании которых утверждал, что перед разделением спермы от быков-производителей по полу необходимо проводить тестирование, чтобы получить минимальное снижение фертильности при сортировке, поскольку у отдельных быков снижение фертильности спермы после сортировки было минимальным, а у других достигало высоких значений (в среднем снижение составляло 12,7 %). Автор отметил, что, помимо влияния сортировки на эффективность будущих осеменений, также следует учитывать индивидуальные различия быков и разную чувствительность их спермы к сортировке.
Ухудшение результата при использовании разделенного по полу семени обусловливает и сам процесс разделения (66, 67). Он включает около 30 этапов обработки, и сперматозоиды подвергаются на их протяжении воздействию нескольких различных сред (32). Также выявлены некоторые молекулярные изменения в сперматозоидах, например повышение содержания активных форм кислорода, которые, в свою очередь, влияют на подвижность и определяют сниженный процент наступления стельности (61). Другие исследователи определили одну из причин снижения результативности осеменений спермой, разделенной по полу, как низкую активность сперматозоидов после окрашивания и обработки лазером (47).
М.И. Дунин (68) провел анализ подвижности сперматозоидов разделенного по полу семени, а также содержания АТФ. По его данным, подвижность сперматозоидов сразу после оттаивания составляла 45-62 % у разделенного по полу семени и 45-61 % без разделения, однако снижение подвижности спустя 60, 120 и 180 мин у разделенного по полу семени было выражено сильнее, как и содержания в сперматозоидах АТФ. Эти данные подтвердили А.И. Абилов с соавт. (69), в исследовании которых подвижность разделенных по полу сперматозоидов была ниже на 11,2 %, чем у неразделенных. Аналогичный данным М.И. Дунина (68) сниженный результат был получен и по содержанию АТФ у сперматозоидов, прошедших через процедуру разделения по полу. Помимо этого, авторы (69) описали изменение некоторых качественных показателей сперматозоидов, включая морфологию, увеличение индекса фрагментации яДНК в хроматине, снижение активности и скорости движения в разделенном по полу семени. Однако все эти показатели не имели достоверной разницы. Полученные данные согласуются с зарубежными исследованиями (70) в том, что у образцов разделенного по полу семени процент снижения содержания АТФ спустя несколько часов после оттаивания выше, чем у традиционного.
Кроме того, есть данные о влиянии числа осеменений на результаты использования разделенной по полу спермы: после четвертого осеменения применять ее было не эффективно (59, 71).
При этом в некоторых исследованиях указана схожая результативность (90 %) искусственных осеменений разделенной по полу и традиционной спермой у голштинских телок. L. An с соавт. (72) считали, что осеменение глубоко в рог матки в совокупности с высоким уровнем менеджмента воспроизводства телок (дополнительно к визуальному выявлению в охоте — дополнительная ректальная пальпация, обнаружение преовуляторного фолликула, однократное осеменение через 12 ч после выявления в охоте) могут значительно увеличить эффективность использования разделенного по полу семени.
M.G. Colazo с соавт. (73) достигли показателя 87 % результативности разделенного по полу семени от традиционного благодаря, по их мнению, использованию модифицированного протокола Co-synch с интравагиналь-ным устройством (PRID), отложенному времени осеменения телок, как и у L. An с соавт. (72), и высокому менеджменту воспроизводства.
В обширных исследованиях результативности осеменений телок в США от разделенной по полу и неразделенной замороженной спермы на разных породах крупного рогатого скота выявлено, что телки породы джерси имели оплодотворяемость около 53 %, а голштинской породы — 47 %, что составляет примерно 80 % от эффективности традиционного семени (59). Схожие результаты получили авторы из Ирана, у которых средняя оплодо-творяемость голштинских телок разделенной по полу спермой составляла 70 % в сравнении с неразделенной (74). Недавние эксперименты в Кировской области (75) показали, что в 2021 году результативность применения разделенного по полу семени на телках составила практически 62 %, причем большая часть животных была осеменена с первого раза.
Результаты осеменений в условиях теплового стресса также важны для понимания целесообразности использования разделенного по полу семени в жаркие летние месяцы. L. Polsky с соавт. (76) отметили снижение оплодотворяемости вплоть до 30 % независимо от способа заготовки используемого семени. Исследователи отмечают, что разделенное по полу семя будет более чувствительно к тепловому стрессу в отличие от традици-570
онного, поскольку подвергается дополнительному воздействию в процессе сортировки. Степень оплодотворения при использовании разделенной по полу спермы, зарегистрированная в летний сезон в более позднем исследовании, снизилась на 42 % по сравнению с 65 %, зарегистрированными в зимний период (77). В работах авторов из России показано (78), что в периоды температурных аномалий оплодотворяемость может снижаться в 3,5 раза.
Однако эксперименты, проведенные в Мексике (79) с июля по октябрь, показали, что общее снижение стельности на одно искусственное осеменение не зависит от способа заготовки спермы, а результативность разделенной по полу и традиционной спермы в жаркие месяцы была практически идентичной. Авторы предположили, что разделенное семя имеет некий термозащитный механизм, который помогает избегать снижения фертильности в период теплового стресса. Но исследований с аналогичными результатами мы найти не смогли. Большинство авторов сходятся во мнении, что тепловой стресс отрицательно влияет на репродуктивную функцию в целом, в том числе на результативность осеменений разделенным по полу семенем (76, 78).
Компания «Sexing Technologies» не остановилась в совершенствовании своей технологии и в 2017 году представила на рынке новый продукт — SexedULTRA 4M™. В новой версии использована технология, которая позволяет увеличить концентрацию сперматозоидов в одной дозе, что способствует улучшению результатов осеменения по сравнению с ранними версиями (80). Опыты на мясном поголовье показали, что результативность осеменений между улучшенной технологией и традиционным семенем практически одинакова (расхождение в 2 % в пользу разделенного по полу семени) (81). Эксперименты на молочных коровах дали более низкие показатели для семени, разделенного по полу, однако отмечено, что результаты сильно зависели от быка, стада и фертильности коров (82). В Индии изучали другую технологию разделения по полу — от компании ABS (83), в результате использования которой средняя оплодотворямость семенем Sexcel составила 49,1 % (в диапазоне от 45,1 до 55,3 %). В Японии при сравнении двух технологий разделения по полу (проточная цитометрия и абляция пола) разница в результате осеменений составила около 2 % в пользу семени, полученного с помощью технологии Sexcel (84).
Помимо изучения оплодотворяемости, проведены эксперименты по выявлению зависимости между разделенным по полу семенем и частотой дистоций (тяжелый отел) у молочных телок (85). Дистоция отрицательно влияет на производительность, здоровье и благополучие молочного скота (86), кроме того, она может иметь долгосрочные последствия, снижая выживаемость до взрослого возраста и последующую молочную продуктивность (87). Дистоция становится фактором риска развития различных новотельных заболеваний, что, в конечном итоге, приводит к неудачным осеменениям (88). Ожидалось, что применение спермы, отсортированной по Х-хромосоме, уменьшит риск дистоций, поскольку исторически наблюдалась повышенная заболеваемость у самок, рожающих именно бычков (71). В своей работе исследователи показали, что дистоция у нетелей действительно снизилась на 28 %. Однако эти данные не согласуются с другими результатами. Так, L.M. Tubman с соавт. (89) не отмечали влияния типа семени на частоту проявления тяжелых отелов. К такому же выводу пришли S. Diers с соавт. (55). В их работе рассмотрены различные производственные показатели, в том числе риск дистоции и мертворожденность, в сравнительном аспекте между разделенным по полу семенем и традиционным. На большинство признаков тип семени не оказывал значительного влияния, за исключением показателей мертворождения: у бычков от разделенного по полу семени он был в 2,9 раза выше.
В 2022 году компания «Sexing Technologies» представила еще одно обновление своего продукта — Ultraplus (90). После проведенных экспериментов на разных стадах представители компании обещают повышение фертильности на 3 % к своему предыдущему продукту SexedULTRA 4M™. Поскольку технология еще совсем новая, мы не нашли по ней подтвержденных научных экспериментов и исследований, поэтому выводы о ее результатах делать преждевременно.
Другие примеры использования разделенного по полу семени. Российские ученые отмечают, что при использовании традиционно заготовленной спермы импортного производства процент рождения бычков выше, чем телочек, и это вызывает трудности в обеспечении хозяйств маточным поголовьем (91). Наряду с применением разделенного по полу семени, в последние десятилетия развиваются технологии пересадки эмбрионов, производство и использование которых выросло многократно (92, 93). При сочетании этих технологий есть возможность получить потомство от определенных, выдающихся по каким-либо признакам животных (94, 95).
На ранних этапах использования разделенного по полу семени в производстве эмбрионов перед исследователями стояло много проблем, таких как более низкие показатели дробления (96), частичная капацитация спермы (97) и сниженный выход подходящих эмбрионов для пересадки в летние месяцы (98). Также отмечалось, что процент эмбрионов, развивающихся в бластоцисты из ооцитов, полученных при отборе яйцеклеток и далее оплодотворенных, был ниже по сравнению с традиционной спермой (99). Например, данные Г.Н. Сингиной с соавт. (100) свидетельствуют о том, что сперма, разделенная по полу, имеет более низкую оплодотворяющую способность in vitro, чем неразделенная, и не обеспечивает адекватного числа получаемых жизнеспособных эмбрионов, эквивалентных таковым при традиционно заготовленной сперме. Однако были получены и положительные результаты от использования этой технологии в агрофирмах в Самарской, Воронежской и Астраханской областях (9). В Республике Беларусь при получении эмбрионов крупного рогатого скота использовали разделенное по полу семя, в результате дробление по сравнению с традиционным семенем составило соответственно 91,3 и 91,9 %, выход бластоцист от числа оплодотворенных клеток — 29,9 и 35,6 %, а от числа дробящихся зародышей — 32,7 и 38,7 % (101).
Последние разработки и улучшения позволили нивелировать проблему получения сниженного количества жизнеспособных эмбрионов от разделенного по полу семени. Так, A. Velazquez с соавт. (102) при сравнении традиционной спермы и ULTRA-4M при производстве эмбрионов in vitro (IVP) выявили, что процент бластоцист на 7-е сут для традиционного семени составил 9±0,6 %, для ULTRA-4M — 8±0,6 %. Статистически значимых различий между группами не отмечали (p > 0,05) для всех проанализированных переменных.
Тем не менее следует иметь в виду, что ранее были представлены данные, указывающие на то, что производство эмбрионов с разделенной по полу спермой, полученной посредством сортировки, имеет негативные последствия для молочного скота (103). По сравнению с телками, рожденными после искусственного осеменения, телята при IVP с сексированной имели большую массу при рождении, повышенный риск смертности в первые 6 мес жизни, а также сниженную молочную продуктивность, что сле-572
дует учитывать при использовании комбинации этих технологий (103).
При анализе разных зарубежных источников можно сделать вывод, что применение разделенной по полу спермы в настоящее время широко распространено и она продается по всему миру (104). В Российской Федерации также в 7 раз увеличился спрос на семя, разделенное по полу: от 230 тыс доз в 2018 году до 1,7 млн доз в 2022 году (105). Однако, следует учитывать плюсы и минусы такой методики.
Недостатки использования разделенного по полу семени. Разделенное по полу семя имеет меньшую жизнеспособность по сравнению с традиционным. Это в большей степени связано с процессом сортировки сперматозоидов (66, 67) и может снижать вероятность успешного осеменения, особенно коров (27, 104).
Сексированное семя стоит значительно дороже традиционного (106). Это делает его использование экономически оправданным только в хозяйствах с хорошей организацией всех этапов работы с животными (107). В небольших или менее продуктивных хозяйствах расходы на такое семя могут не окупиться.
Чтобы повысить шансы на успешное осеменение, необходимо учитывать такие факторы, как точное время овуляции (108), состояние здоровья животных, опыт техников-осеменаторов (56) и др. Ошибки в управлении могут свести на нет преимущества использования разделенного по полу семени.
На рынке может быть доступно не так много быков, чье семя проходит процедуру сортировки или пригодно для нее, а это ограничивает генетическое разнообразие в стаде (65).
Для успешного использования разделенного по полу семени требуется достаточно высокая квалификация персонала в области осеменения и мониторинга репродуктивного здоровья животных (15, 56, 109).
Преимущества использования разделенного по полу семени. Использование разделенного по полу семени позволяет увеличить число самок, что ведет к самостоятельному обеспечению необходимым их числом самок для поддержания стад в хозяйствах (91, 110).
Рождение большего количества телочек повышает рентабельность молочного хозяйства, поскольку они быстрее начинают давать молоко, обеспечивая прибыль. Кроме того, снижаются затраты на выращивание бычков, которые, как правило, менее рентабельны в молочной отрасли (107, 111).
Поскольку телочки от сексированного семени рождаются с меньшей живой массой по сравнению с бычками, риски тяжелых отелов будут снижены, что особенно важно для нетелей (85-88, 112).
Поскольку рождается меньше бычков, которые требуют кормов, пространства и воды, но не приносят доход в молочном производстве, снижается давление на ресурсы и окружающую среду (5, 89). Помимо этого, в Европе и США ведется контроль за выбросами парниковых газов в животноводческих системах, и меньшее количество неэффективных животных будет приводить к сокращению этих выбросов (113).
С разделенной по полу спермой можно целенаправленно улучшать стадо, делая акцент на получение потомства от лучших коров. Это ускоряет генетический прогресс в стаде и повышает продуктивность животных (89, 114).
Использование разделенного по полу семени в молочном скотоводстве может значительно повысить экономическую эффективность хозяйства и ускорить селекционный прогресс, но важно понимать, что любая технология связана с определенным риском, поэтому стоит учитывать перспективы и возможную выгоду для предприятий, если правильно использовать преимущества и нивелировать влияние недостатков (115).
Таким образом, сельское хозяйство в мире и в Российской Федерации активно развивается, внедряются новые технологии и инновации, что позволяет увеличивать производительность и эффективность работы. Одна из таких технологий — применение сексированного семени в животноводстве. Использование такого семени позволяет получить желаемый пол потомства, улучшить генетический потенциал животных в хозяйстве. За последние годы спрос на него значительно увеличился не только в странах Европы и США, но и в России. Технология основана на многолетних исследованиях, которые продолжаются и ставят целью повышение фертильности и снижение повреждения сперматозоидов во время процедуры разделения. Применение разделенного по полу семени представляет производственную необходимость для многих крупных хозяйств поэтому может быть полезным для повышения производительности стада, но требует продуманной стратегии при работе, а также тщательного планирования и управления. Необходимы глубокие и всесторонние исследования, выполненные на телках, рожденных от сексированного семени, причем не только их будущей воспроизводительной функции, но и роста, развития, показателей крови, прироста массы в сравнении с телками, рожденными от традиционного семени.