動物遺伝資源の凍結保存

精液の凍結は、現代の畜産業で一般的に使用されている技術であり、確立された方法で十分に研究されています^{[ 22 ]。}精液は、人工膣、電気射精、手袋をはめた手による技術、腹部の撫で方、または精巣上体精子採取を使用して採取されることがよくあります。好ましい採取方法は、種と使用可能なツールによって異なります。忍耐と技術が精液の採取の成功の鍵です。^{[ 23 ]}雄の品種と種に応じて使用できる人工膣には、いくつかのスタイルとタイプがあります。このプロセスでは、ペニスは雌の膣とほぼ同じ圧力と温度のチューブに入ります。チューブ内には、精液を収集する使い捨てのバッグがあります。このプロセスでは、雄の興奮を高めるために、性的に挑発するために使用される動物（動物を妊娠させない動物）をティーザー動物にすることが有益である場合があります。^{[ 23 ]}電気射精は、高品質の精液が得られるため、牛産業で精液採取の方法として使用されています。しかし、このプロセスでは動物を訓練し、安全に保持する必要があるため、野生動物や野良動物を扱う場合には理想的ではありません。このプロセスを実行する際には、電気射精器を雄の直腸に挿入します。^{[ 24 ]}電気射精器は雄を刺激して射精させ、その後精液を採取します。手袋ハンド収集技術は主に養豚業界で使用されています。このプロセスでは、雄豚がダミーに乗り、ハンドラーが雄豚のペニスを指の隆起で挟んで精液を採取します。^{[ 25 ]}腹部ストロークは養鶏業界でのみ使用されています。この技術では、1人の技術者が鳥を保持し、もう1人の技術者が鳥の総排泄腔をマッサージします。^{[ 26 ]}しかし、糞便と精液の両方が雄鳥の総排泄腔から体外に出るため、精液の質は低い場合が多いです。^{[ 27 ]}

胚の採取は、雌の生殖器が体腔内にあるため、精液の採取よりも難しく、より多くの訓練が必要です。過剰排卵は、雌が通常よりも多くの卵母細胞を放出するようにするための技術です。これは、ホルモンを使用して雌の生殖器を操作することによって達成できます。使用されるホルモンは通常、ゴナドトロピン様であり、つまり、性腺を刺激します。^{[ 28 ]}卵胞刺激ホルモンは、牛、羊、ヤギで好ましいホルモンです。一方、豚では、ウマ絨毛性ゴナドトロピンが好ましいです。しかし、雌豚は自然に一度に複数の卵母細胞を排卵するため、養豚業界ではこれは一般的に行われていません。過剰排卵は、すべての雌が同じように反応するとは限らず、成功率は種によって異なるため、難しい場合があります。雌が卵母細胞を放出すると、それらは体内で受精し、体外に洗い流されます。体内受精は体外受精よりも成功率が高い。^{[ 29 ]}牛の場合、通常、洗浄プロセスから10個以上の胚が取り出される。子宮を洗浄するために、技術者はまず雌の頸部を密封し、液体を加える。これにより、卵子が子宮角から洗い流され、分析用のシリンダーに入る。このプロセスは通常30分以内で完了する。^{[ 30 ]}技術者は胚の性別を判定することができ、これは特に乳製品業界では胚が雌である方が望ましいため有益である。^{[ 31 ]}ガラス化は胚の凍結の好ましい方法であり、より高品質の胚が得られる。^{[ 32 ]}技術者は胚を慎重に扱い、胚の生存率を最大限に維持するために3～4時間以内に凍結することが不可欠である。^{[ 1 ]}

卵母細胞はほとんどの哺乳類から採取できます。従来の卵母細胞採取は、ドナー動物から卵巣を取り出す方法です。これは屠殺施設で死後に行われます。^{[ 33 ]}卵巣は卵母細胞採取のために研究室に持ち帰られる間、温められます。卵巣を温めておくことで、受精の成功率を高めることができます。^{[ 33 ]}採取された卵母細胞は評価され、小、中、大に分類され、20～23時間かけて成熟させます。^{[ 34 ]}このシンプルで安価な技術により、ウシから約24個の卵母細胞を採取できます。従来の卵母細胞採取は、予期せず死亡した雌や、怪我のために繁殖できない雌に特に役立ちます。卵母細胞採取の2番目の選択肢は、経膣超音波ガイド下卵母細胞採取法（TUGAとも呼ばれる）を利用することです。採取方法は種によって若干異なりますが、一般的な採取方法は同じです。針を各卵胞に挿入し、真空吸引で引き抜きます。この方法を使用する主な利点は、生涯繁殖生産性、つまり動物が発情周期にある生産的な日数を増やすことができることです。妊娠中の牛と雌馬は、妊娠中期まで新しい卵胞を発達させ続けます。したがって、TUGAを使用すると、雌が1回の妊娠で複数の子を産む可能性が出てくるため、個体の適応度を大幅に高めることができます。^{[ 35 ]}

体細胞は、特に配偶子を採取または保存できない緊急の場合に、遺伝子バンクのために回収できる追加のリソースです。組織は、生きている動物から、または死後すぐに採取できます。これらの組織は、凍結保存または脱水によって保存できます。血液細胞は、ホモ接合性の比較などのDNA分析にも役立ちます^{[ 36 ] [ 37 ]。FAO}は、特定の動物からすべてのサンプルが失われる可能性を減らすために、2本の血液バイアルを採取することを推奨しています。DNAは市販のキットを使用して抽出できるため、これは生殖質を収集するための手頃でアクセスしやすい戦略です。^{[ 1 ]}

緩慢凍結では、細胞を液体窒素を用いて凝固点以下に冷却した培地に入れます。これにより、培地中に氷塊が形成されます。培地中の水が凍結すると、糖、塩、および凍結保護剤の濃度が増加します。浸透により、細胞から培地へ水が移動し、糖、塩、および凍結保護剤の濃度を一定に保ちます。細胞から出た水は最終的に凍結し、さらに多くの水が細胞外へ拡散します。最終的に、凍結していない部分（細胞）は粘度が高くなりすぎて、細胞内に氷の結晶が形成されなくなります。^{[ 1 ]}

凍結保存の2番目の技術は、ガラス化または急速凍結です。ガラス化は、結晶を形成せずに液体から固体に変化することです。ガラス化のプロセスとメカニズムは緩慢凍結と似ていますが、違いは培地の濃度にあります。ガラス化法では、溶質の濃度が高い特定の培地を使用することで、浸透によって細胞から水が流出します。培地は十分に濃縮されているため、培地を再濃縮する必要なく、細胞内の水がすべて流出します。ガラス化では培地の濃度が高いため、緩慢凍結よりも迅速に遺伝資源を凍結できます。ガラス化は、遺伝資源を凍結するためのより効果的な技術と考えられています。^{[ 16 ]}

バイオセキュリティは、施設内での疾病や病原体の伝播を防ぐために用いられる管理措置であり、施設の設計時に留意しておくことが重要です。^{[ 39 ]}高いレベルのバイオセキュリティを実現するには、収集施設は互いに、また農場からもできるだけ離れた場所に設置する必要があります。FAOの勧告によれば、施設は「農場やその他の生物学的リスクから少なくとも3km、主要道路や鉄道から1km」離れている必要があります。^{[ 1 ]}収集施設と周辺の農場を分離することで、ハエやネズミなどの害虫が農場から施設へ、また施設から農場へと移動する可能性があるため、バイオセキュリティが向上します。他の病原体は風によって空気中を移動する可能性があるため、農場の分離と適切な空気衛生および換気の重要性がさらに高まります。さらに、施設内には、許可されていない人員や望ましくない動物など、遺伝資源を汚染する可能性のある脅威が侵入するのを防ぐために、周囲にフェンスが設置されます。動物は、周囲の柵で囲まれている限り、納屋の内外にある囲いの中に収容することができます。飼料トラックや獣医職員などの外部の物体との接触が必要な場合は、汚染のリスクを減らすために完全な衛生管理が必要です。生物学的データが収集されている動物の間、または動物から人間に病気が広がる可能性は常にあります。生殖質を介して容易に広がる可能性のある病気の例として、豚繁殖呼吸器症候群（PRRS）があります。豚の間で非常に伝染性の高い病気であるPRRSは、生産者に毎年数百万ドルの損失をもたらします。この病気は雄豚の精液を介して広がる可能性があります。^{[ 40 ]}したがって、このような病気の蔓延を防ぐために、遺伝物質を別の動物に挿入する場合は、バイオセキュリティが特に重要です。

家畜を扱う際には、常に作業員の安全が最優先事項です。施設全体における避難経路と代替アクセスは、作業員と家畜の両方にとって非常に重要です。^{[ 41 ]}遺伝資源の保管および収集場所には、衛生要件を満たすために、ロッカー、シャワー、衣類や履物の保管場所を備えたスタッフ用の更衣室を含める必要があります。^{[ 1 ]}

動物飼育施設は、ドナー動物を容易にアクセスできる場所に飼育できるため、遺伝資源の収集プロセスがより簡単かつ効率的になるため、遺伝資源の収集に実用的です。施設を計画する際には、飼育する動物の種類と品種を考慮する必要があります。施設は、動物福祉基準を満たすのに十分な大きさでありながら、人間との接触を減らし、動物のストレスを軽減しながら取り扱いを容易にするのに十分な小ささである必要があります。遺伝資源の収集プロセスには数日かかる場合があるため、動物がストレスを感じて、得られる遺伝物質の質が低下する可能性があります。したがって、動物をプロセスに慣れさせるトレーニングが重要です。^{[ 41 ]}動物の飼育施設は、検疫施設としても機能します。検疫施設は、動物から動物、動物から遺伝資源、遺伝資源から遺伝資源、遺伝資源から動物への疾病の伝染を防ぐために必要です。病気の動物を健康な動物から隔離するための検疫の導入は、直ちに行う必要があります。ただし、検疫は必ずしも疾病の蔓延を防ぐとは限りません。^{[ 31 ]}

動物の快適性と健康を維持し、遺伝資源収集プロセス中のストレスを軽減するために、飼育施設および収集施設の設計には温度制御と換気を含める必要があります。換気は、施設全体に清潔な空気の流れを維持し、臭いを除去する効果的な方法です。温度制御は、畜舎内の空気の質と湿度レベルを調整するのに役立ちます。^{[ 1 ]}

遺伝物質の凍結および処理ラボは、保管および収集施設と同じ敷地内に設置できます。ただし、ラボはより高い衛生基準を満たしている必要があります。FAOによると、適切な遺伝資源ラボには以下のものが含まれるべきです。^{[ 1 ]}

凍結保存には、生物学的材料を採取するための装置と、保管用の試験管が必要です。価格は、採取および保管材料の品質によって大きく異なります。^{[ 42 ]}費用を決定する際には、ツールの耐用年数を考慮する必要があります。^{[ 42 ]} FAOは、従来の実験装置に加えて、以下のものも推奨しています。