Cấy truyền phôi (CTP) là một quá trình đưa phôi được tạo ra từ cá thể bò mẹ này (bò cho phôi) vào cá thể bò mẹ khác, (bò nhận phôi) phôi vẫn sống, phát triển bình thường trên cơ sở trạng thái sinh lý sinh dục của bò nhận phôi phù hợp với trạng thái sinh lý sinh dục của bò cho phôi hoặc phù hợp với tuổi phôi (gọi sự phù hợp này là đồng pha).
- Lịch sử phát triển của công nghệ cấy truyền phôi
- Ý nghĩa của công nghệ cấy truyền phôi
Phôi được tạo ra từ trứng của cá thể mẹ A (sau khi được thụ tinh trong hoặc ngoài cơ thể mẹ) đem cấy truyền cho cá thể mẹ B, phôi vẫn sống, phát triển bình thường nếu trạng thái sinh lý sinh sản của mẹ B phù hợp với trạng thái sinh lý sinh sản của mẹ A hoặc phù hợp với tuổi của phôi. Mẹ A gọi là mẹ cho phôi, mẹ B gọi là mẹ nhận phôi. Một mẹ cho phôi có thể có nhiều mẹ nhận phôi.
Như vậy, để cấy truyền phôi đòi hỏi phải có mẹ cho phôi hoặc cho trứng; phải tạo được phôi và lấy phôi ra ngoài cơ thể mẹ cho. Sau đó cấy truyền những phôi này vào các mẹ nhận phôi đã được kích thích động dục nhân tạo hoặc động dục tự nhiên trùng với thời gian động dục của bò cho phôi (phôi tươi) hoặc phù hợp vơi tuổi phôi (phôi đông lạnh). Sự phù hợp giữa mẹ cho – mẹ nhận hoặc mẹ nhận – tuổi phôi lúc cấy chuyển gọi là sự đồng pha. Xem các sơ đồ dưới đây:
Các bước của công nghệ cấy truyền
- Bò cho phôi; 2. Bò nhận phôi; 3. Gây động dục đồng loạt; 4. Gây siêu bài noãn ở bò cho phôi; 5. Bò nhận phôi động dục; 6. Phối giống bằng đực giống tốt khi bò cho phôi động dục; 7. Thu hoạch phôi; 8. Cấy truyền phôi; 9. Bò cho phôi cho sinh sản lại bình thường hoặc 2-3 tháng sau lại lấy phôi; 10. Bò nhận phôi có chửa; 11. Đàn con mang giống tốt được sinh ra.
Lịch sử phát triển của công nghệ cấy truyền phôi
Trên thế giới
Một số mốc lịch sử về quá trình phát triển của công nghệ cấy truyền phôi
– 1890 – Thí nghiệm đầu tiên về CTP thành công trên thỏ bởi Walter Heap. Sau đó thành công ở dê (1932), ở chuột cống (1933), ở cừu (1934), ở lợn (1951), ở bò (1951).
– 1959 – Từ một phôi thỏ Seidel đã nhân lên thành 4 phôi.
– 1970 – Thành công trong bảo quản phôi đông lạnh, làm cơ sở cho CTP đông lạnh trên bò (1972).
– 1978 – Em bé đầu tiên ra đời từ thụ tinh trong ống nghiệm và cấy truyền phôi.
– 1983 – Nghé đầu tiên ra đời trên thế giới bằng cấy truyền phôi tại Mỹ.
– 1984 – Cấy phôi sau khi chia một phôi thành hai thành công trên bò.
– 1986 – Ở cừu đã thành công khi chia phôi thành 4 ở giai đoạn 8 phôi bào (sinh 4 đơn hợp tử qua tách phôi bào). Ở bò Sind 3 và ở ngựa, lợn, dê sinh 2.
– 1987 – Có bê sinh ra do cấy ghép gen tăng trưởng nhanh.
– 1991 – Nghé đầu tiên trên thế giới ra đời bằng CTP phôi trâu đông lạnh.
– 1992 – Bằng kỹ thuật Cloning từ một phôi bò đã cho ra 5 phôi.
– 1997 – Một con cừu ra đời và trưởng thành từ nhân tế bào tuyến vú của một cừu cái 6 năm tuổi.
– 1949: Hội nghị lần thứ nhất về CTP trên thế giới được tổ chức tại Mỹ. Ngày 26 – 5 – 1974 Tổ chức cấy phôi trên thế giới được thành lập. Năm 1975 hội nghị lần thứ nhất của tổ chức này được tiến hành, từ đó tới nay hội nghị thường diễn ra hàng năm (gắn liền với các vấn đề sinh sản, giới tính, chuyển gen…ở vật nuôi). Khi thành lập (1974) Hội cấy truyền phôi chỉ có 24 thành viên, sau 10 năm đã có 800 thành viên của 35 nước. Trang thiết bị, hóa chất, dụng cụ chuyên dùng và kỹ thuật của CIP đã được thương mại hóa. Cơ sở thương mại đầu tiên trên thế giới về cấy truyền phôi được thành lập tại Alberta -Canada, sau đó đã có thêm 20 công ty khác ra đời.
Ngày nay, kỹ thuật công nghệ CTP đã được nghiên cứu, ứng dụng ở hầu hết tất cả các nước trên thế giới, đặc biệt ở các nước chãn nuôi tiên tiến như Mỹ, Canada, Đức, Anh, Pháp, Nhật.
Ở Việt Nam
Năm 1978 tại Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia đã có một bộ phận bắt đầu nghiên cứu cấy truyền phôi trên thỏ; năm 1980 nghiên cứu về cấy truyền phôi trên bò. Tháng 9/1989, tại Viện Chăn nuôi Quốc gia, Bộ môn Cấy truyền Phôi được thành lập gồm những nghiên cứu viên được đào tạo và thực tập từ nước ngoài. Công nghệ cấy truyền phôi đã được Nhà nước hỗ trợ kinh phí bằng các đề tài 47010107 (1981 – 1985), 520 – 01 – 13 (1986 – 1990), KC – 08 – 16 (1991 – 1995) với sự chủ trì của Viện Công nghệ Sinh học và sự tham gia của Trường Đại học Nông nghiệp I, Viện Quân Y 103, Viện Chăn nuôi và một số cơ quan khác. Những con thỏ đầu tiên ra đời bằng công nghệ cấy truyền phôi vào năm 1979. Năm 1986, con bê đầu tiên ở nước ta được ra đời từ công nghệ này. Năm 1994, bò sinh đôi, trong đó một bê do trứng rụng tự nhiên trong chu kỳ động dục và một bê do cấy truyền phôi. Đây là trường hợp đầu tiến sinh ra ở nước ta do cán bộ Viện Chăn nuôi thực hiện cấy phôi. Ngày 3/3/2002, một bò mẹ đã sinh 2 bê cái từ một phôi cắt làm đôi. Đây cũng là ca đầu tiên sinh ra ở nước ta từ việc cắt phôi, chia phôi do Viện Chăn nuôi thực hiện. Sự kiện này đánh dấu bước phát triển nhanh chóng việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ phôi bò ở nước ta.
Các tổ chức hoạt động cấy truyền phôi trên thế giới (số liệu của Hội cấy truyền phôi thế giới 12/1982 – Hội kỹ thuật chăn nuôi Nhật Bản -1995)
Cuối năm 1989, 50 phôi đông lạnh cùng hai chuyên gia Cuba đã được đưa sang Việt Nam phối hợp với Viện Chăn nuôi tổ chức cấy phôi nhưng không thu được kết quả. Năm 1996 – 1997, 150 phôi đông lạnh cùng với 2 chuyên gia New Zealand đã đến Việt nam tiến hành thí nghiệm cấy truyền phôi bộ sữa trên đàn bò miền Nam và Hà Nội. Kết quả rất khả quan, 40 – 45% bò cấy phôi đông lạnh đã có chửa. Những bê được sinh ra từ công nghệ cấy truyền phôi thích nghi tốt với điều kiện chăn nuôi ở Việt Nam, sinh trưởng, phát triển rất tốt, sinh sản bình thường và cho sữa vượt hơn toàn đàn 20 – 30%. Trong chương trình Dự án “Phát triển giống bò sữa năm 2000 – 2001 và 2002 – 2005”, công nghệ phôi và nhập phôi đông lạnh được chú ý nhiều hơn.
Ý nghĩa của công nghệ cấy truyền phôi
Phổ biến và nhân nhanh giống tốt, quí, hiếm ra thực tếsản xuất trên cơ sở khai thác triệt để tiềm năng di truyền của những cá thể cái cao sản thông qua việc lấy phôi và cấy truyền những phôi của chúng (tận dụng được đồng thời những đặc tính tốt ở cả con bố và con mẹ).
Nâng cao cường độ chọn lọc, đẩy mạnh công tác giống trên cơ sở tăng nhanh tiến bộ di truyền hàng năm. Điều này được thể hiện qua công thức sau:
R = h2 S； Δg = R/L = h2 S/L
Trong đó:
-R : Hiệu quả chọn lọc
-h2 : Hệ số di truyền của tính trạng
-L: Khoảng cách các thế hệ
-s: Ly sai chọn lọc
-Δg : Tiến bộ di truyền
Nâng cao khả năng sinh sản, các sản phẩm thịt, sữa trong chăn nuôi bò.
Hạn chế mức tối thiểu số lượng gia súc làm giống, từ đó giảm các chi phí khác đi kèm (chuồng trại, vật tư, nhân lực…)
Giúp cho người chăn nuôi dễ dàng, thuận lợi trong việc xuất nhập, vận chuyển, trao đổi con giống giữa các nước, các vùng, các địa phương.
Bảo tồn, giữ gìn con giống dưới dạng trứng, phôi, tinh trùng – phương pháp giữ gìn Vật liệu di truyền (phương pháp ex situ).
Hạn chế một số dịch bệnh và nâng cao khả năng chống chịu bệnh, khả năng thích nghi cho con vật ở môi trường mới, cụ thể:
- Phần lớn các bệnh ở gia súc không lây qua phôi.
- Nếu phôi được đem đến môi trường mới để cấy truyền, mẹ nhận phôi trong thời gian mang thai đã tạo cho con kháng thể chống lại một số bệnh và khi ra đời ngay từ đầu con vật dễ dàng thích ứng với môi trường xung quanh.
Làm cơ sở để thúc đẩy nhanh sự nghiên cứu và phát triển một số ngành khoa học có liên quan như:
– Sinh lý, sinh hóa (vấn đề hình thành, phát triển phôi; quá trình tiếp nhận, đào thải khi cấy chuyển, v.v…)
– Di truyền học (lai ghép phôi, chuyển gen tạo những giống mới, v.v,..).
– Thú y và y học (chế tạo các vacxin chống bệnh, thay thế gen xấu, miễn dịch sinh sản, v.v…).
Công nghệ cấy truyền phôi (Embryo Transfer -ET) là kỹ thuật lấy trứng đã thụ tinh (phôi) trong ống dẫn trứng ra khỏi cơ thể của con bò mẹ (con cho), cấy vào vòi trứng hoặc tử cung của con mẹ khác (con nhận) có trạng thái sinh lý tương ứng (đồng pha) thì phôi có thể tiếp tục phát triển trong cơ thể con nhận (mẹ nuôi) để cho ra đời một cá thể mới. Đặc tính di truyền của cá thể sinh ra bằng cấy phôi không phụ thuộc vào mẹ nuôi (con nhận phôi). Chính nhờ đặc điểm này, những con mẹ có phẩm chất di truyền thấp có thể làm con nhận phôi cho cá thể có phẩm chất ưu việt hoặc kỷ lục để sinh ra bò sữa cao sản.
Bê con được sinh ra từ bò được cấy truyền phôi - Ảnh: ST
Ưu điểm
Mục đích của công nghệ phôi là nhân nhanh đàn giống gia súc từ những con cái năng suất cao. Một bò mẹ năng suất cao bình thường có thể cho 8 - 10 bê trong suốt cuộc đời. Nếu sử dụng công nghệ phôi, gây rụng trứng nhiều, bò mẹ này có thể cho 20, 50, 100, 200 bê hoặc hơn nữa tùy theo trình độ kỹ thuật.
Cấy truyền phôi được xem là biện pháp đặc biệt, áp dụng công nghệ cao trong việc sớm tạo ra những con giống tốt làm hạt nhân của đàn bò sữa. Công nghệ cấy truyền phôi giúp nâng cao khả năng chống bệnh cho bò, nhân nhanh các giống tốt, quý hiếm ra thực tế sản xuất trên cơ sở khai thác triệt để tiềm năng di truyền của những cá thể cái cao sản; nâng cao khả năng sinh sản, tăng năng suất sữa, thịt, làm ngắn thời gian tuyển chọn giống vì một con bò cho phôi có thể tạo ra nhiều bê chất lượng cao trong một năm.
Từ đó giảm các chi phí khác như chuồng trại, vật tư, nhân lực, hạn chế dịch bệnh, giảm thải chất thải chăn nuôi; Giúp cho các trang trại giảm chi phí, thuận lợi trong việc xuất, nhập giống gia súc sống thay bằng con đường nhập phôi. Hạn chế một số dịch bệnh và nâng cao khả năng chống chịu bệnh, khả năng thích nghi cho con vật ở môi trường mới, từ giai đoạn phôi thai. Nâng cao khả năng sinh sản, năng suất thịt, sữa trong chăn nuôi bò.
Ứng dụng ở nước ta
Thực tế, cấy truyền phôi bò đã được nghiên cứu, ứng dụng vào Việt Nam từ những năm 1980 tại Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, tuy nhiên số lượng còn hạn chế. Từ năm 1990, nhóm nghiên cứu của PGS.TS Hoàng Kim Giao đã thành công trong kỹ thuật cấy truyền phôi trên bò (1994) và kỹ thuật cắt phôi tạo ra 2 con bê sữa từ một trứng (2002). Cho đến nay, một số kỹ thuật đã được công bố gồm:
• Số phôi thu được trên một lần xử lý là 3,3 phôi. 74,7% số phôi thu được có thể sử dụng cho cấy truyền phôi.
• Tỷ lệ thành công khi cấy phôi tươi là 27 - 29%, phôi đông lạnh 40 - 45%. Trung bình khoảng 35%.
• Tỷ lệ bò đẻ bình thường so với bò mang thai từ cấy phôi khoảng 80% (mất phôi, sảy thai, đẻ non khoảng 20%).
• Số trứng thu được từ một bò trên một lần xử lý 6 - 11 trứng, trung bình 7 trứng.
• Kết quả nuôi trứng chín đạt 70 - 79%, trung bình 75%.
• Tỷ lệ thụ tinh in-vitro 23,1 - 50,6%, trung bình 35%.
• Tỷ lệ hợp tử phát triển đến phôi dâu và phôi nang 19,6 - 32,4%, trung bình 26%.
• Tỷ lệ cắt thành công phôi dâu và phôi nang sớm 56,6%.
• Tỷ lệ thụ tinh in-vitro từ tinh bò phân biệt giới tính đạt 29,9%. Tỷ lệ tạo dâu và phôi nang đạt 35%.