1. Di chuyển và hình thái tinh trùng

Ngày 28/09/2020, Karl Kerns, giảng viên của Khoa Động vật trường Đại học Bang Iowa cho biết tinh trùng đang bơi được không có nghĩa là tinh trùng cũng có khả năng sinh sản. Trong nhiều năm, chúng ta vẫn cho rằng tinh trùng di chuyển tốt và hình thái tốt thì có nghĩa là tỷ lệ thụ thai tốt. Nhưng dữ liệu nghiên cứu và kinh nghiệm trong chăn nuôi lợn nái cho thấy điều này không đúng.

 Kerns đã khẳng định rằng kiến thức về khoa học của chúng ta liên tục thay đổi. Khi chúng ta nhận được nhiều dữ liệu và thông tin hơn, sự hiểu biết của chúng ta sẽ thay đổi. Di chuyển và hình thái chỉ là dấu bắt đầu, nhưng nó không phải là dấu cuối cùng. Ông giải thích rằng mặc dù tinh dịch lợn có thể di động bình thường và hình thái chuẩn, nhưng vẫn có những cá thể kém, thậm chí không có khả năng tạo thành phôi. Ví dụ, sau khi tinh trùng xâm nhập vào bên ngoài trứng, zona pellucida, nó cần có khả năng kích hoạt tế bào trứng để tạo phôi (embryogenesis), tiếp đó là phôi nang và cuối cùng là con heo con.

Tinh trùng heo nhìn dưới kính hiển vi

Kerns nói rõ protein có trong tinh trùng phải có khả năng kích hoạt phôi thai mới đó mà đó là thứ mà bạn không thể nhìn thấy bằng mắt thường và phải sử dụng các kỹ thuật tiên tiến để xem. Những thách thức này không chỉ giới hạn đối với lợn đực giống.

Ở lĩnh vực chăn nuôi bò đực giống, việc đánh giá sức khỏe sinh sản của con vật qua xem xét kích thước tinh hoàn và hình thái và khả năng vận động của tinh dịch. Theo Kerns, điều đó không đủ để chứng minh con bò đực có khả năng sinh sản tốt. Đây chỉ đơn giản là điểm bắt đầu. Điều này cũng đúng đối với con người chúng ta. Ở người, chúng ta biết rằng cứ tám cặp vợ chồng thì có một cặp bị vô sinh. Chúng tôi không có các xét nghiệm chẩn đoán đủ tốt để được chấp thuận. Do đó, phụ nữ thường bị đổ lỗi quá nhiều trong khi thực tế chúng ta biết rằng 2/3 khả năng sinh sản liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp đến nam giới theo Viện Y tế Quốc gia (NIH).

Vai trò của kẽm đối với khả năng sinh sản của lợn đực

Nguyên tố Kẽm (Zn)

 Một trong những nghiên cứu gần đây của Kerns các đồng tác giả đã xem xét lượng kẽm trong tinh trùng đã phát hiện ra việc giải phóng kẽm là rất quan trọng trong quá trình sinh sản. Khả năng chứa tinh trùng lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1951, tuy nhiên chúng ta vẫn chưa hiểu đầy đủ về khả năng chứa tinh trùng ở cấp độ sinh hóa.

 Khả năng chứa tinh trùng là khả năng thụ tinh của tế bào trứng và điều đó xảy ra sau khi nó đã rời khỏi cơ thể heo đực. Chúng tôi phát hiện ra rằng kẽm được bao phủ trên toàn bộ tinh trùng, đầu và đuôi, và việc giải phóng kẽm đó rất quan trọng để trở nên có khả năng thụ tinh. Trong một nghiên cứu đang diễn ra, nhóm của ông đang xem xét các tính toán trí tuệ nhân tạo dựa trên tín hiệu kẽm đó. Họ đang nghiên cứu khả năng tiến triển của tinh trùng thông qua bốn tín hiệu kẽm duy nhất và mối quan hệ của nó với khả năng sinh sản.

Đến nay, dữ liệu của họ cho thấy việc phân tích hiện tượng này có thể giúp đưa ra quyết định sử dụng lợn đực giống nào. Có thể hiểu, người ta ít chú trọng đến việc chọn lọc di truyền đối với khả năng sinh sản của con đực trong những năm qua. Kerns cho rằng người ta chú trọng nhiều hơn đến các đặc điểm sản xuất cuối cùng của con đực hơn là khả năng sinh sản.

Trong thời đại sử dụng dữ liệu lớn và kết hợp trí tuệ nhân tạo này, Kerns tin rằng cơ hội lớn hơn bao giờ hết để nâng cao kiến thức về khả năng sinh sản của lợn đực. Chúng ta chưa có nhiều nghiên cứu được thực hiện trong lĩnh vực này. Kerns cho biết, không phải là các nhà nghiên cứu heo đực không quan tâm đến việc triển khai công nghệ mới, mà là chính phủ liên bang và các trường đại học chỉ có một số ít nhân sự… về sinh lý sinh sản để giúp tạo ra những công nghệ đó. Về mặt lịch sử, trọng tâm được đặt vào sinh lý sinh sản lợn nái hoặc lợn con.

Kerns cũng đang nghiên cứu các xét nghiệm về chỉ dấu sinh học (biomarker assay) mà ngành chăn nuôi lợn có thể sử dụng để cung cấp cho những người ra quyết định một ý tưởng tốt hơn về năng lực thụ tinh của lợn đực. Ngoài ra, còn có các công nghệ cho phép người ta sử dụng các hạt nano để loại bỏ tinh trùng xấu bằng từ trường (magnetical) và để lại tinh trùng tốt. Một số điều đó có thể được áp dụng ngày nay, đặc biệt là đối với các cấp sản xuất khác nhau. Có lẽ trong hệ thống chăn nuôi, bạn sẽ không sử dụng các hạt nano.

Nhưng trong hệ thống nhân giống và đàn hạt nhân (nucleus and multiplication system), bạn có thể sử dụng các hạt nano từ góc độ kinh tế hoặc thậm chí là ngành chăn nuôi lợn. Công nghệ này, cùng với nhiều công nghệ khác mà tôi đang thảo luận ở đây, được tạo ra hoặc lấy cảm hứng từ Tiến sĩ Peter Sutovsky tại Đại học Missouri.

 Bằng cách sử dụng những công nghệ và công cụ này, Kerns tin rằng những người quản lý lợn đực giống có thể bắt đầu xác nhận lợn đực giống để sử dụng trong hệ thống sản xuất, làm mất hiệu lực của chúng hoặc gắn nhãn cho chúng cho các phương pháp điều trị “nam khoa” chuyên biệt nếu di truyền của chúng được đánh dấu là có giá trị cao trong nỗ lực thúc đẩy khả năng sinh sản của lợn đực giống bên cao hơn.

Cần làm gì để cải thiện chất lượng tinh dịch lợn?

Đừng quên những điều cơ bản để đạt được kết quả tốt nhất với tinh dịch lợn đực. Hãy đảm bảo tinh dịch được đưa vào tủ ấp (incubator) ngay sau khi lấy ra – không để ngoài nắng hoặc thời tiết lạnh. Điều quan trọng nữa là xoay (rotate) tinh dịch theo chỉ dẫn. Cuối cùng, nếu tinh trùng ngưng kết hoặc vón cục thì không sử dụng liều đó, ngay cả khi nó nằm dưới mức khuyến nghị năm ngày. Kerns nói rằng nên tránh cho tinh dịch bị rối loạn trong mọi tình huống. Ông cũng đưa ra câu hỏi là làm thế nào để cải thiện chất lượng tinh dịch cũng có thể được trả lời từ góc độ di truyền và sinh sản?.

Đường thúc đẩy tuổi thọ của tinh trùng trong đường sinh dục của lợn

 Đối với nhiều loài vật nuôi, thụ tinh nhân tạo (AI) là tiêu chuẩn. Nhưng có thể rất khó để đạt được thành công ngay lần đầu tiên, phụ thuộc vào sự thay đổi về thời gian rụng trứng của lợn nái. Tinh trùng vẫn sống một hoặc hai ngày sau khi chúng đến vòi trứng, ống nối tử cung với buồng trứng, ở lợn và bò. Khoảng thời gian tinh trùng có thể được lưu trữ trong ống dẫn trứng có ảnh hưởng trực tiếp đến sự thành công của AI; nếu quá trình rụng trứng xảy ra ngay bên ngoài cửa sổ đó, thì nỗ lực và chi phí của AI sẽ phải lặp lại.

 Một nghiên cứu mới của Đại học Illinois đã xác định một loại đường tự nhiên có thể làm chậm quá trình trưởng thành của tinh trùng ở lợn, mở ra khả năng kéo dài thời gian lưu trữ tinh trùng trong đường sinh sản của con cái và tăng cơ hội thụ tinh thành công thông qua AI.

David Miller Khoa Khoa học Động vật Illinois là đồng tác giả của nghiên cứu PLOS One cho biết: có điều gì đó về ống dẫn trứng giúp tăng tuổi thọ của tinh trùng, nhưng lại không biết chính xác nó là gì. Trong nghiên cứu này, họ đã phát hiện ra các phân tử của ống dẫn trứng có tác dụng liên kết tinh trùng và tăng tuổi thọ của chúng là đường phức được gọi là glycans.

Sau khi sàng lọc hơn 400 loại đường về khả năng giữ tinh trùng của chúng, nhóm nghiên cứu của Miller đã xác định rằng glycans mực (inkling glycans) là một ứng cử viên cho lợn. Để xác nhận, họ đã phân lập các loại đường khác nhau từ vòi trứng lợn và bôi chúng vào các hạt trong phòng thí nghiệm, bắt chước niêm mạc vòi trứng. So với các loại đường khác, các hạt được xử lý bằng glycan kết dính nhiều tinh trùng hơn. Nhưng không chỉ hành động vật lý làm chậm tinh trùng mới làm tăng tuổi thọ của chúng. Miller cho biết: họ phát hiện ra rằng glycan đang làm chậm quá trình đưa canxi vào tinh trùng. Thông thường, canxi từ từ đi vào tinh trùng khi chúng trưởng thành, và điều đó kích hoạt chúng trên con đường biệt hóa, giúp chúng có khả năng thụ tinh.

Nhưng liên kết với các loại đường cố định này thực sự ngăn chặn sự di chuyển canxi bên trong tế bào. Vì vậy, theo một nghĩa nào đó, glycans đang ngăn chặn con đường phân hóa của chúng và khiến chúng sống lâu hơn. Miller nhận thấy một số ứng dụng tiềm năng cho khám phá này. Ví dụ, có thể tiến hành xét nghiệm khả năng sinh sản cho tinh trùng bằng cách sử dụng glycan trong phòng thí nghiệm. Tinh trùng có tuổi thọ không tăng khi tiếp xúc với glycans sẽ kém khả năng sinh sản hơn và có thể bị loại bỏ. Cũng có thể một ngày nào đó, đưa glycans bổ sung vào ống dẫn trứng trong quá trình AI để tạo ra một nguồn chứa tinh trùng sống sót lớn hơn.

 Kết quả cũng mở rộng hiểu biết của các nhà khoa học về khả năng sinh sản của các loài động vật. Miller đã thực hiện nghiên cứu để chỉ ra một loại đường tương tự liên kết và kéo dài tuổi thọ trong tinh trùng bò và hiện ông đang tìm kiếm những điểm tương đồng về mặt di truyền trong các cơ quan lưu trữ tinh trùng giữa nhiều nhóm động vật. Tự nhiên có thể sử dụng các cơ chế tương tự để kéo dài tuổi thọ của tinh trùng sau khi giao phối ở một số loài. Như vậy, các tác giả Sergio Machado, Momal Sharif, Govindasamy Kadirvel, Nicolai Bovin và David J. Miller được hỗ trợ bởi Viện Y tế Quốc gia và Sáng kiến Nghiên cứu Nông nghiệp và Thực phẩm của USDA NIFA đã đưa ra sự kết dính với glycans trong ống dẫn trứng điều chỉnh dòng Ca2+ và khả năng sống sót của tinh trùng lợn được đăng trên PLOS One.

BBT

Nguồn: Tạp chí KHKT Chăn nuôi số tháng 6.2021