Developmental Potential of Bovine Hand-Made Clone Embryos Reconstructed by Aggregation or Fusion with Distinct Cytoplasmic Volumes

Animal cloning has been associated with developmental abnormalities, with the level of heteroplasmy caused by the procedure being one of its potential limiting factors. The aim of this study was to determine the effect of the fusion of hemicytoplasts or aggregation of hemiembryos, varying the final cytoplasmic volume, on development and cell density of embryos produced by hand-made cloning (HMC), parthenogenesis or by in vitro fertilization (IVF). One or two enucleated hemicytoplasts were paired and fused with one skin somatic cell. Activated clone and zona-free parthenote embryos and hemiembryos were in vitro cultured in the well-of-the-well (WOW) system, being allocated to one of six experimental groups, on a per WOW basis: single clone or parthenote hemiembryos (1 x 50%); aggregation of two (2 x 50%), three (3 x 50%), or four (4 x 50%) clone or parthenote hemiembryos; single clone or parthenote embryos (1 x 100%); or aggregation of two clone or parthenote embryos (2 x 100%). Control zona-intact parthenote or IVF embryos were in vitro cultured in four-well dishes. Results indicated that the increase in the number of aggregated structures within each WOW was followed by a linear increase in cleavage, blastocyst rate, and cell density. The increase in cytoplasmic volume, either by fusion or by aggregation, had a positive effect on embryo development, supporting the establishment of pregnancies and the birth of a viable clone calf after transfer to recipients. However, embryo aggregation did not improve development on a hemicytoplast basis, except for the aggregation of two clone embryos.

Comparison of the efficacy of two commercially available media for culturing one-cell embryos in the in vitro fertilization mouse model

Objective: To examine the effects of two commercial media on the development of mouse ova fertilized in vitro to the blastocyst stage. Design: Animal model. Setting: Academic institution. Animal(s): Eight-week old, superovulated mice. Intervention(s): One-cell embryos cultured in vitro up to the blastocyst stage in potassium-enriched simplex optimized medium (KSOM) or G1/G2 medium. Main Outcome Measure(s): Blastocyst and hatching rates, total cell number count, and proportion of allocation of cells to the inner cell mass (ICM) and trophectoderm (TE). Result(s): The percentage of zygotes that developed to the blastocyst stage 96 and 120 hours after insemination was statistically significantly higher in the KSOM group. The percentage of blastocysts that partially or completely hatched by day 5 of culture was 84% and 71% for the KSOM and G1/G2 groups, respectively, showing a statistically significant difference between the groups. The mean number of ICM cells was 11.7 +/- 4.0 and 9.2 +/- 5.2 for the zygotes cultured in KSOM and G1/G2 media, respectively, revealing a statistically significantly higher cell number in the ICM of blastocysts derived from culture in KSOM medium. The ICM/TE ratio in the blastocysts cultured in KSOM or G1/G2 media was similar in both groups. Conclusion(s): Commercially available KSOM medium is superior to sequential G1/G2 media for culturing one-cell embryos up to the blastocyst stage in the mouse IVF model.

Effect of culture media on porcine embryos produced by in vitro fertilization or parthenogenetic activation after oocyte maturation with cycloheximide

This study evaluated the effects of reversible meiotic inhibition and different culture media (PZM3 or NCSU23) on production of porcine embryos by either in vitro fertilization (IVF) or parthenogenetic activation (PA). Oocytes from abattoir-derived ovaries were allocated into two groups for maturation: CHX (5 mu g/ml cycloheximide for 10 h) or Control (no CHX). The percentage of metaphase II (MII) oocytes was determined at 36, 40 or 44 h of in vitro maturation. For IVF and PA, denuded oocytes were fertilized with purified sperm for 6 h or activated by electric stimuli. Zygotes were then subdivided into two culture groups: NCSU23 or PZM3. No effect of treatment with CHX and culture media was observed on cleavage (D3) and blastocyst (D7) rates in IVF and PA groups. There are no differences of quality or development rates between IVF-derived embryos cultured in NCSU23 or PZM3. However, we observed high quality PA embryos in PZM3 compared with NCSU23. Maturation arrest with CHX decreased the average blastocyst cell number in IVF while it was increased in PA embryos. As older oocytes are more effectively activated, CHX-blocked oocytes reached the mature stage faster than the control group. In conclusion, the CHX treatment for 10 h, followed by oocyte maturation for 40 h, is an efficient protocol to produce high quality parthenote embryos, especially when they are cultured in PZM3. However, this protocol is not satisfactory for IVF embryos production. In this case, a shorter maturation period could provide better embryo quality.

Insulin-like growth factor-1 protects preimplantation embryos from anti-developmental actions of menadione

Menadione is a naphthoquinone used as a vitamin K source in animal feed that can generate reactive oxygen species (ROS) and cause apoptosis. Here, we examined whether menadione reduces development of preimplantation bovine embryos in a ROS-dependent process and tested the hypothesis that actions of menadione would be reduced by insulin-like growth factor-1 (IGF-1). Menadione caused a concentration-dependent decrease in the proportion of embryos that became blastocysts. All concentrations tested (1, 2.5, and 5.0 mu M) inhibited development. Treatment with 100 ng/ml IGF-1 reduced the magnitude of the anti-developmental effects of the two lowest menadione concentrations. Menadione also caused a concentration-dependent increase in the percent of cells positive for the TUNEL reaction. The response was lower for IGF-1-treated embryos. The effects of menadione were mediated by ROS because (1) the anti-developmental effect of menadione was blocked by the antioxidants dithiothreitol and Trolox and (2) menadione caused an increase in ROS generation. Treatment with IGF-1 did not reduce ROS formation in menadione-treated embryos. In conclusion, concentrations of menadione as low as 1.0 mu M can compromise development of bovine preimplantation embryos to the blastocyst stage of development in a ROS-dependent mechanism. Anti-developmental actions of menadione can be blocked by IGF-1 through effects downstream of ROS generation.

Evaluation of Trypsin Treatment on the Inactivation of Bovine Herpesvirus Type 1 on In Vitro Produced Pre-implantation Embryos

The aim of this study was to evaluate the efficiency of trypsin treatment on the inactivation of bovine herpesvirus type 1 (BoHV-1) on in vitro produced by fertilization and artificially infected bovine embryos. Bovine embryos on day 7 were exposed with 10 mu l of BoHV-1, Los Angeles strain 10(7.5) TCID. These embryos and control embryos were divided in two groups: submitted to the sequential washes or to the trypsin treatment according to the International Embryo Transfer Society (IETS) guidelines. The embryos and the last washing drop of each group were used as inoculum to infect Madin Darby bovine kidney (MDBK) cells and submitted to nested PCR reaction using the primer that encodes the gene conserved region of virus glycoprotein gB. The data have shown that the control embryos and their last washing drop were negative. The exposed embryos that were treated with trypsin have shown positive results on the n-PCR and MDBK culture, and their last washing drop were negative. Our data have demonstrated that the trypsin treatment was not able to eliminate the BHV-1 of the embryos, suggesting an interaction between virus and embryo.

Human-animal interaction, stress, and embryo production in Bos indicus embryo donors under tropical conditions

This study investigated the effect of human-animal interaction (HAI) and the stress response on the quality of embryo production in superovulated Nelore (Bos indicus) cattle, under tropical conditions. Thirty-two females underwent a superovulation protocol for 5 days. Cortisol concentrations were determined in blood plasma collected on days 0, 4, and 5. Artificial insemination was performed on days 4 and 5, and nonsurgical embryo flushing on day 11. Embryo production and viability were determined. Human stimulation, animal behaviors, accidents, and handling time were recorded to assess HAI. Cattle age was negatively correlated with accidents, frequency of aversive behaviors, and negative stimuli by stockperson during transit through corral compartments to receive superovulation treatments. The factor analysis revealed two distinct groups. The first group was called stressed and had higher cortisol concentration than the nonstressed group, 16.0 +/- 2.1 and 12.5 +/- 1.0 ng/mL, respectively. Comparisons between these groups showed that the frequency of voice emissions by the stockperson and the number of accidents were higher in the stressed group, and also, the mean handling time was longer in the stressed group than for the nonstressed. As a result, viability rate of the embryos was 19% lower in the stressed group (P < 0.05). This indicates that intensive negative HAI is likely related to stress, which affects embryo production in a superovulation program.

Evolução morfométrica dos anexos embrionários e fetais bovinos obtidos por monta natural, com 10 a 70 dias da gestação

O período inicial da gestação de bovinos é caracterizado por grandes perdas embrionárias. Considerando a importância deste fator no âmbito da reprodução animal foram estudados os anexos embrionários e fetais bovinos fecundados por monta natural de 15-70 dias de gestação, com o objetivo de estabelecer parâmetros morfométricos da placenta na fase inicial da gestação. Com uso de um paquímetro foram realizadas mensurações do comprimento (crânio caudal), largura (latero lateral) e altura (dorso ventral) das membranas corioalantóide e amniótica. O início da formação dos cotilédones foi observado e quantificado, assim como, o peso placentário. O peso médio do saco gestacional aumentou com o evoluir da idade gestacional, entretanto, o crescimento foi acelerado a partir de 20-30 dias de gestação. O comprimento crânio caudal e dorso ventral da membrana corioalantóide e do âmnio apresentaram crescimento lento e gradual com o evoluir dos períodos gestacionais analisados. Com 30-40 dias de gestação, os primeiro cotilédones já eram visualizados e contatos com facilidade na superfície coriônica. Os períodos de crescimento coincidiram com os maiores índices de perdas gestacionais em bovinos. Os parâmetros aqui analisados poderão servir para futuras investigações dos anexos embrionários de organismos manipulados em laboratório.

Melatonin in maturation media fails to improve oocyte maturation, embryo development rates and DNA damage of bovine embryos

Melatonin (MEL) acts as a powerful scavenger of free radicals and direct gonadal responses to melatonin have been reported in the literature. Few studies, however, have evaluated the effect of MEL during in vitro maturation (IVM) on bovine embryos. This study tested the addition of MEL to maturation medium (MM) with no gonadotropins on nuclear maturation and embryo development rates and the incidence of DNA damage in resulting embryos. Cumulus-oocyte complexes were aspirated from abattoir ovaries and cultured in MM (TCM-199 medium supplemented with 10% fetal calf serum - FCS) at 39ºC and 5% CO2 in air. After 24 hours of culture in MM with 0.5 µg mL-1 FSH and 5.0 µg mL-1 LH; 10-9 M MEL) or 10-9 M MEL, 0.5 µg mL-1 FSH and 5.0 µg mL-1 LH, the oocytes were stained with Hoechst 33342 to evaluate nuclear maturation rate. After in vitro fertilization and embryo culture, development rates were evaluated and the blastocysts were assessed for DNA damage by Comet assay. There was no effect of melatonin added to the MM, alone or in combination with gonadotropins, on nuclear maturation, cleavage and blastocyst rates. These rates ranged between 88% to 90%, 85% to 88% and 42% to 46%, respectively. The extent of DNA damage in embryos was also not affected by MEL supplementation during IVM. The addition of 10-9 M MEL to the MM failed to improve nuclear maturation and embryo development rates and the incidence of DNA damage in resulting embryos, but was able to properly substitute for gonadotropins during IVM.

Efeito do número da passagem e do gênero das células doadoras de núcleo no desenvolvimento de bovinos produzidos por transferência nuclear

Objetivou-se com este trabalho avaliar o efeito do número da passagem e do sexo das células doadoras de núcleo no desenvolvimento embrionário e fetal após transferência nuclear. Para isso, oócitos bovinos foram maturados, enucleados e reconstruídos com células somáticas de animal adulto. Após a fusão e ativação química, os zigotos reconstituídos foram cultivados em Charles Rosenkranz 2 (CR2) com monocamada de células da granulosa a 38,8ºC em atmosfera umidificada a 5% de CO2 em ar, durante sete dias, e transferidos para receptoras sincronizadas. As taxas de clivagem e desenvolvimento a blastocisto de embriões reconstruídos com células cultivadas por tempo maior foram inferiores às obtidas com os demais tempos de cultivo. Além disso, os blastocistos produzidos não resultaram no desenvolvimento de uma gestação a termo. Embora a taxa de clivagem em embriões fêmeas tenha sido maior, o número de embriões que atingiram o estádio de blastocisto foi maior nos embriões machos. No período gestacional, fêmeas apresentaram maior taxa de aborto entre 90 e 120 dias de gestação. Esses resultados indicam que células doadoras de núcleos cultivados por longos períodos dificultam a produção de blastocistos e aumentam as chances de perdas durante a gestação. Embriões clonados machos têm maior competência para se desenvolver a blastocisto e resultam em menor taxa de perda gestacional.

Parceria público x privada no desenvolvimento de pesquisa em melhoramento genético animal

O melhoramento genético animal é, normalmente, pesquisado e desenvolvido nas universidades e instituições públicas de pesquisa do Brasil. No entanto, os rebanhos de exploração zootécnica, verdadeiros objetivos desses estudos, pertencem à iniciativa privada. O melhoramento genético animal e as parcerias público-privadas constituem-se em um caso especial de grande sucesso, que é analisado no presente texto, com ênfase especial ao Grupo de Melhoramento Animal e Biotecnologia da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da Universidade de São Paulo, instituição de origem dos autores. O sucesso desse grupo, medido em atividades de pesquisa e suas conseqüentes publicações, de ensino e formação de recursos humanos e de extensão de serviços à comunidade, é apresentado como incentivo aos pesquisadores das mais diversas áreas ligadas à produção animal.

Anomalous somatic embryos in Acca sellowiana (O. Berg) Burret (Myrtaceae)

Somatic embryogenesis represents a valuable tool for the studies on the basic aspects of plant embryo development. Today this process is used as a potencial technique for large-scale plant micropropagation although, so far, it has been applied to only a small number of species. However, when somatic embryos are malformed they are considered economically useless. In Acca sellowiana (O. Berg) Burret, an important fruit-producing crop, large amounts of anomalous somatic embryos (76.3%) were found just after 40 days of culture of explants in a 2,4-D containing medium. Among the anomalous forms found in the cotiledonary stage, 12.2% consisted of fused embryos, 40.4% displayed fused cotyledons, 13.0% presented supernumerary cotyledons, and 10.7% showed absence or poorly developed cotyledons, including those without the shoot apical meristem. Histological analyses indicated that the altered embryos were formed either directly from cotyledons, hypocotyl and radicle of the zygotic embryos used as explants, or indirectly from calli formed from these tissue parts. It is suggested that the formation of anomalous somatic embryos, as well as a low frequency of conversion into emblings reflect physiological and/or genetic disturbances triggered by the presence of 2,4-D in the medium. In vitro experimental alternative approaches are discussed in order to lessen the occurrence of malformed somatic embryos.

Os histricomorfos sul-americanos: uma análise comparativa do desenvolvimento embriológico

O objetivo do estudo foi realizar uma análise embriológica dos roedores histricomorfos (paca, cutia, preá e capivara), a fim de comparar com a de outros roedores e com a morfogênese humana um padrão embriológico. Utilizaram-se 8 espécimes de roedores sendo, 2 embriões para cada espécie coletada, ambas em inicio de gestação. Estes foram retirados dos úteros gestantes através de ovariosalpingohisterectomia parcial, seguido de fixação em solução de paraformaldeído 4%. Para as mensurações de Crow-Rump, adotou-se como referência a crista nucal numa extremidade e da última vértebra sacral na extremidade oposta. De forma geral, os embriões analisados mostraram as seguintes características morfológicas: divisão dos arcos branquiais, o não fechamento do neuróporo cranial em alguns embriões estudados, a curvatura cranial acentuada e os somitos delimitados e individualizados. O broto dos membros apresentava-se em desenvolvimento em formato de remo, além da impressão cardíaca e fígado. Na região caudal, visualizou-se a curvatura crânio-caudal, a vesícula óptica com e sem pigmentação da retina, a abertura do tubo neural na região do quarto ventrículo encefálico, a fosseta nasal e a formação das vesículas encefálicas. Concluímos que desenvolvimento embriológico dos roedores histricomorfos pode ser comparado à morfogênese de ratos, cobaios, coelhos e humanos nos diferentes estágios de desenvolvimento, tomando apenas o cuidado com as particularidades de cada espécie, além da implementação de tecnologias reprodutivas, especialmente a de embriões, a qual requer o conhecimento do desenvolvimento pré-implantação referente às fases de desenvolvimento.

Dietas com nitrogênio não-proteico para fêmeas bovinas superovuladas sem prévia adaptação durante curto tempo e em diferentes fases do ciclo estral

Objetivou-se neste estudo avaliar o efeito do fornecimento, sem prévia adaptação, durante curto tempo e em diferentes fases do ciclo estral, de dietas contendo nitrogênio não-proteico (NNP) na produção, na qualidade e no grau de desenvolvimento de embriões recuperados em fêmeas bovinas superovuladas. Sessenta e oito vacas Nelore foram distribuídas em três grupos: um controle e dois com fornecimento de ureia antes (UA = do dia -5 ao dia 0) e após (UD = dia 0 ao dia 5) a inseminação artificial. As vacas foram mantidas em pastagem e receberam concentrado (3,0 kg/animal/dia) durante 16 dias. Foram formulados dois concentrados, e as dietas totais (concentrado e consumo estimado de pastagem) apresentaram 12,0% (dieta controle) e 14,6% (dieta NNP) de proteína bruta (PB). As vacas foram sincronizadas, superovuladas e inseminadas. Sete dias (dia 7) após a inseminação (dia 0), realizou-se a colheita e análise dos embriões. Amostras de sangue foram coletadas nos dias -5, 0 e 5 para determinação da concentração de nitrogênio ureico plasmático (NUP), glicose, insulina e progesterona. A época de fornecimento de ureia influenciou as concentrações médias de NUP nos dias -5, 0 e 5, mas não tiveram efeito nas concentrações de glicose, insulina e progesterona. O período de fornecimento da ureia teve efeito na porcentagem de mórulas compactas em relação ao total de estruturas (UA = 51,4 vs. UD = 15,3%), em relação ao total de oócitos fecundados (UA = 62,5 vs. UD = 30,6%) e em relação ao total de embriões viáveis (UA = 68,8 vs. UD = 38,6%). No grupo que recebeu ureia depois da inseminação artificial, houve redução de 70,2% da proporção de mórulas compactas por total de estruturas em relação ao grupo que recebeu ureia antes da inseminação. Dietas com nitrogênio não-proteico fornecidas imediatamente após a inseminação promovem aceleração do desenvolvimento embrionário inicial.

Produção in vitro de embriões de ovinos: uma visão crítica do método e de seu resultado a campo

A metodologia de produção in vitro de embriões de ovinos implica no desenvolvimento de meios de maturação, fertilização e cultivo que permitam aumentar a taxa de clivagem e desenvolvimento, tanto para o investimento biotecnológico em programas comerciais, quanto para sua utilização em clonagem e transgenia dessa espécie animal. Do ponto de vista da pesquisa, os ovócitos podem ser obtidos pelas técnicas de punção e slicing a partir de ovários oriundos de matadouros, ou através de aspiração folicular por laparoscopia. Como vantagem, este método permite o uso de uma mesma doadora estimulada hormonialmente em intervalos periódicos, mantida sob rigoroso controle sanitário, o que é de vital importância para a produção de biofármacos em programas que utilisem os ovinos como modelo biológico. Por outro lado, em nosso país a demanda pela multiplicação de animais de alto valor genético, seja pela produtividade ou pelo elevado valor comercial dos mesmos, impõe o desenvolvimento, adaptação e otimização das diferentes metodologias desenvolvidas ao longo dos ultimos anos em laboratórios de referência mundiais. Nesse contexto, cresce de importância o perfeito conhecimento da fisiologia dessa espécie e das raças criadas em nosso país, e da problemática da produção in vitro de seus embriões. Respeitando essas premissas, gerar o desenvolvimento de protocolos que permitam não apenas aumentar a população de ovócitos passíveis de maturação in vitro, mas de sua competência ao desenvolvimento ao estágio de blastocisto, ou, alternativamente, sua transferência a receptoras em estágios precoces do desenvolvimento, evitando assim as conhecidas perdas durante o desenvolvimento in vitro, e o baixo percentual de gestações que chegam a termo, com cordeiro saudáveis. Trata-se de um desafio, que já apresenta os primeiros resultados em nosso país, tanto na produção comercial de embriões produzidos in vitro, quanto em programas de clonagem e transgenia.

Clonal relationship among atypical enteropathogenic Escherichia coli strains isolated from different animal species and humans

Forty-nine typical and atypical enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) strains belonging to different serotypes and isolated from humans, pets (cats and dogs), farm animals (bovines, sheep, and rabbits), and wild animals (monkeys) were investigated for virulence markers and clonal similarity by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) and multilocus sequence typing (MLST). The virulence markers analyzed revealed that atypical EPEC strains isolated from animals have the potential to cause diarrhea in humans. A close clonal relationship between human and animal isolates was found by MLST and PFGE. These results indicate that these animals act as atypical EPEC reservoirs and may represent sources of infection for humans. Since humans also act as a reservoir of atypical EPEC strains, the cycle of mutual infection of atypical EPEC between animals and humans, mainly pets and their owners, cannot be ruled out since the transmission dynamics between the reservoirs are not yet clearly understood.