Setelah beberapa waktu lalu kita membahas tentang managemen reproduksi pada sapi, artikel kali ini akan mengulas lebih jauh tentang tehnologi yang dikembangkan untuk menunjang performa reproduksi peternakan sapi. Jika anda belum membaca, kami sarankan untuk membaca terlebih dahulu sebelum masuk ke artikel kali ini agar mendapatkan sudat pandang yang utuh : Managemen Reproduksi Sapi.
Trimester terakhir kebuntingan umumnya terjadi keseimbangan energi negatif selama periode postpartum dan peningkatan suhu tubuh (respon stress). Hal ini akan mengganggu interaksi antara oosit dan sel granulosa di dalam folikel, sehingga menimbulkan masalah pada tingkat kesuburan dan berkontribusi terhadap inefisiensi dalam perkembangan embrio atau bahkan meningkatkan resiko kehilangan embrio. Area ini memerlukan penyelidikan intensif karena kemungkinan efek pada hierarki folikel dapat berkontribusi pada durasi penurunan kesuburan selama periode postpartum dan periode penurunan kesuburan yang diperpanjang setelah periode stres panas musiman.
Beberapa perkembangan tehnologi telah mampu meningkatkan kinerja reproduksi sapi perah laktasi. Pemberian hormon progesteron sebelum hari ke-6 setelah inseminasi buatan (AI) telah berhasil meningkatkan angka kehamilan. Selain itu, induksi korpus luteum (CL) dengan injeksi human chorionic gonadotropin (hCG) pada hari ke-5 setelah AI juga mampu meningkatkan angka kebuntingan. Strategi untuk meningkatkan perkembangan CL dan atau peningkatan sinkronisasi sebelumnya dalam progesteron kemungkinan akan memajukan perkembangan embrio dan meningkatkan sekresi selanjutnya dari sinyal antiluteolitik, yaitu interferon-τ yang bertanggung jawab untuk pemeliharaan kebuntingan.
https://www.journalofdairyscience.org/article/S0022-0302%2806%2972194-4/fulltext
Penggunaan perparat Bovine Somatotropin (bST) bisa memicu pertumbuhan dan meningkatkan produksi susu. Penggunaan bST saat inseminasi pada sapi mengikuti protokol Ovsynch atau saat deteksi estrus meningkatkan angka kebuntingan dan mengurangi kematian embrio akhir antara hari 31 – 45 setelah inseminasi. Selain itu, bST juga mampu meningkatkan angka pembuahan, mempercepat perkembangan embrio, meningkatkan kualitas embrio, dan meningkatkan panjang konsepsi pada saat kebuntingan dipertahankan. Peningkatan fertilitas secara keseluruhan tampak paling nyata setelah inseminasi pertama setelah masa tunggu postpartus.
Identifikasi awal sapi yang tidak bunting hingga inseminasi pertama (∼23 – 24 hari) melalui sinkronisasi estrus yang tepat waktu dengan penggunaan insert progesteron intravaginal (CIDR) dan atau AI waktunya segera setelah diagnosis tidak bunting merupakan strategi tambahan untuk meningkatkan kinerja reproduksi. Dalam skenario terakhir dari sinkronisasi ulang, sapi yang menerima perangkat CIDR antara hari ke 14 – 23 setelah inseminasi menerima suntikan GnRH pada saat penarikan CIDR untuk membalik folikel pada hari ke 23. Test kebuntingan bisa dikonfirmasi dengan diagnosis ultrasound 7 hari kemudian, yaitu pada hari ke 30 setelah inseminasi. Jika sapi tidak bunting maka PGF2α disuntikkan dan diikuti 3 hari kemudian dengan injeksi GnRH dan AI waktunya bersamaan. Akibatnya, re-inseminasi terjadi dalam 3 hari setelah diagnosis tidak bunting atau hari ke-33 setelah inseminasi sebelumnya. Baca juga : Kawin Silang Ternak Sapi Potong
Selama 25 tahun terakhir, teknologi reproduksi buatan (ART) telah menjadi yang terdepan dalam penelitian reproduksi. Meskipun banyak teknik sekarang tersedia yang menjanjikan untuk meningkatkan kinerja reproduksi, penyempurnaan dan pengoptimalan tambahan yang memungkinkan perkembangan embrio selanjutnya dan kesejahteraan keturunan juga tetap diperlukan. Berikut beberapa tehnologi yang sudah mulai dikembangkan :
Superovulasi dan Transfer Embrio
Munculnya manipulasi hormonal dari siklus reproduksi sapi, menginduksi beberapa ovulasi, ditambah dengan AI, koleksi embrio, dan transfer embrio, memungkinkan produsen susu untuk mendapatkan banyak keturunan dari betina unggul secara genetik, dengan mentransfer embrio mereka ke penerima manfaat genetik yang lebih rendah. . Selain itu, embrio dengan keunggulan genetik tinggi dapat dibekukan untuk kemudian ditransfer atau dijual. Prosedur transfer embrio nonsurgical pertama kali dikembangkan pada tahun 1964, lalu tahun 1972 mulai bisa dilakukan pengumpulan embrio dan kemudian tersedia secara komersial sejak tahun 1980-an. Upaya terbaru telah memasukkan transfer embrio berjangka waktu, membuat proses ini lebih mudah dikelola oleh produsen. Saat ini, biaya yang terkait dengan superovulasi dan pengumpulan serta penyimpanan embrio adalah sekitar $100/embrio, dan biaya transfer rata-rata $25 – $50/transfer.
Produksi Embrio In Vitro
Manipulasi in vitro gamet untuk produksi embrio pertama kali berhasil pada tikus pada tahun 1958 dan pada kelinci pada tahun 1959. Pada awalnya, oosit matang yang diambil dari betina dibuahi dengan sperma di laboratorium diikuti dengan transfer ke ibu penerima. Pada tahun 1981, anak sapi hidup pertama diproduksi dengan fertilisasi in vitro (IVF/ in vitro fertilization). Kemajuan telah dibuat dalam kondisi kultur, sehingga oosit yang belum matang sekarang dapat diambil dan dimatangkan secara in vitro (IVM/matured in vitro). Anak sapi hidup pertama dari oosit matang in vitro dilaporkan pada tahun 1986. Tiga tahun kemudian, Sirard dan rekan kerja melaporkan anak sapi hidup pertama yang diproduksi oleh IVM/IVF dan kultur in vitro. Kemajuan ini memungkinkan untuk produksi embrio yang layak dari oosit yang diisolasi dari ovarium yang diperoleh di rumah jagal. Penggunaan semen dengan nilai genetik tinggi untuk membuahi oosit yang diambil dari ovarium rumah jagal adalah salah satu metode untuk menghasilkan embrio dalam jumlah besar dengan potensi genetik yang lebih baik.
Kemajuan besar lainnya dalam bidang ini adalah teknik pengambilan sel telur (OPU/ovum pick-up) non-bedah. Pada tahun 1988, Pieterse dan rekan menunjukkan bahwa pemeriksaan ultrasound transvaginal dengan panduan jarum dapat digunakan untuk mengaspirasi oosit dari folikel yang sedang tumbuh pada betina donor hidup. Oosit kemudian dimatangkan dan dibuahi secara in vitro untuk menghasilkan embrio yang layak untuk ditransfer. Kemajuan ini memungkinkan pengambilan oosit dari betina pada hampir semua usia atau status reproduksi, termasuk sapi dara prapubertas dan sapi bunting. Ini memiliki potensi untuk secara substansial meningkatkan produktivitas seumur hidup betina dengan prestasi genetik tinggi, dan secara efektif mengurangi interval generasi.
Saat ini, 20 – 50% oosit yang dibuahi secara in vitro berkembang menjadi embrio yang hidup tergantung pada kondisi kultur, dan cocok untuk transfer embrio ke penerima. Tingkat konsepsi untuk embrio IVF (30 – 40%) berkurang dibandingkan dengan AI atau embrio yang dipulihkan tanpa pembedahan dari hewan donor (50 – 70%). Kehilangan paling sering terjadi selama 30 hari pertama kebuntingan, walaupun hal ini bisa terjadi juga di semua fase. Selain itu, beberapa keturunan yang diproduksi secara in vitro memiliki masa kebuntingan yang relatif berkepanjangan dengan peningkatan berat badan lahir (8 – 50% lebih besar). Hal ini sering dikaitkan dengan sindrom keturunan besar (LOS/large offspring syndrome), dan operasi caesar sering diperlukan sebagai intervensi proses kelahiran. Masalah-masalah ini menunjukkan bahwa kondisi kultur in vitro masih memerlukan perbaikan tambahan untuk mencapai tingkat perkembangan yang serupa dengan embrio yang diproduksi secara in vivo.
Seleksi Semen
Mengubah rasio jenis kelamin untuk mendukung anak sapi dara akan menjadi keuntungan besar bagi industri susu untuk memproduksi sapi dara pengganti. Sampai saat ini, satu-satunya pilihan adalah embrio seks.
https://www.journalofdairyscience.org/article/S0022-0302%2806%2972194-4/fulltext
Tahun 1987, Larry Johnson di USDA memperkenalkan metode untuk menyortir sperma berdasarkan kandungan DNA. Menggunakan pewarna fluoresen pengikat DNA (Hoechst 33342), sperma diwarnai dan disortir pada penyortir sel yang diaktifkan fluoresensi (FACS). Sperma yang mengandung kromosom X dari sapi mengandung DNA 3,8% lebih banyak daripada sperma yang mengandung Y, memungkinkan untuk dipisahkan. Teknologi ini sekarang tersedia secara komersial melalui XY Inc., yang berbasis di Fort Collins, CO, yang telah melisensikan teknologi untuk semen sapi ke Inguran di Texas dan TransOva Genetics di Iowa.
Saat ini, tehnologi ini 95% efektif menghasilkan sapi jenis kelamin yang diinginkan, namun demikian ada 2 kelemahan yang terkait dengan teknologi ini. Pertama, ini adalah proses yang sangat lambat, hanya menghasilkan 150 – 200 sedotan air mani berjenis kelamin/mesin/hari, sehingga diperlukan alat yang sangat banyak untuk memenuhi target. Selain itu, 70% sperma gagal disortir karena rusak atau tidak dapat dibedakan, sehingga membuat teknologi ini menjadi sangat mahal bagi produsen. Kedua, rendahnya tingkat konsepsi. Tingkat konsepsi pada sapi dara dengan menggunakan semen berjenis kelamin rata-rata hanya 35% vs 55% untuk semen tanpa kelamin.
Strategi penggunaan semen jenis kelamin untuk meningkatkan efisiensi dan efektivitas biaya sedang dikembangkan. Salah satu strategi tersebut adalah dengan melakukan service breeding pertama dengan sexed semen yang dilanjutkan dengan penggunaan unsexed seed pada repeat breeding. Metode ini telah terbukti menghasilkan 62% keturunan betina saat pertama kali melahirkan. Cara lain untuk meningkatkan efisiensi dengan air mani berjenis kelamin adalah penggunaannya untuk program fertilisasi in vitro. Rata-rata, dianjurkan untuk menggunakan 2 juta sperma berjenis kelamin untuk membuahi seekor sapi betina. Sebaliknya, kurang dari 100.000 sperma dapat secara efektif membuahi 100 oosit secara in vitro, sehingga mengurangi masalah kecepatan dan jumlah sperma yang rendah setelah kawin. Perbaikan lebih lanjut perlu diterapkan agar teknologi ini dapat digunakan secara luas di industri susu.
Kloning
Kloning adalah produksi salinan atau salinan individu, dan terjadi pada hewan baik secara alami atau buatan, ketika embrio dibelah untuk menghasilkan kembar identik. Kata “klon” juga telah digunakan untuk menggambarkan hewan yang dihasilkan untuk produksi keturunan identik secara genetik dalam jumlah tak terbatas. Keberhasilan pertama dalam mengkloning ternak terjadi pada tahun 1986, ketika Steen Willadsen menggabungkan sel dari embrio 16 sel menjadi oosit bernukleus.
Terobosan terbesar dalam kloning datang pada tahun 1996, ketika Ian Wilmut dan rekan-rekannya menghasilkan domba Dolly dengan menggabungkan sel somatik dewasa yang dikultur dengan oosit yang dienukleasi. Meskipun masih cukup tidak efisien, kloning dengan sel dewasa menawarkan keuntungan dari kloning hewan yang terbukti secara genetik dan memiliki persediaan sel donor yang tidak terbatas. Kloning sel somatik kini telah berhasil menghasilkan semua spesies ternak, serta banyak hewan laboratorium dan hewan peliharaan.
Aplikasi utama kloning pada industri susu adalah untuk memperluas penggunaan hewan yang unggul secara genetik. Hewan yang berjasa tinggi tersebut, jantan atau betina, dapat dipilih untuk kloning berdasarkan sifat yang diinginkan, termasuk produksi susu, pertumbuhan, efisiensi pakan, atau ketahanan terhadap penyakit. Selanjutnya, gizi, reproduksi, dan kesehatan hewan hasil kloning harus lebih mudah dikelola karena keseragaman hewan. Transplantasi juga berguna untuk menghasilkan individu unggul secara genetik yang sudah tua, terluka, atau baru saja mati. Selain itu, kloning akan bermanfaat untuk menghasilkan sapi perah yang dimodifikasi secara genetik, dengan menambahkan sifat-sifat yang menguntungkan atau menghilangkan sifat-sifat yang kurang diinginkan.
Prosedur kloning melibatkan pemindahan DNA kromosom dari oosit dewasa dan menggantinya dengan sel dari hewan donor untuk dikloning. Sel donor kemudian menyatu dengan oosit enukleasi dan diaktifkan baik secara kimia atau dengan kelistrikan untuk menginduksi aktivasi dan pemrograman ulang genom sel somatik dengan genom embrionik. Embrio kloning yang direkonstruksi kemudian dikultur selama 6 – 9 hari dan embrio yang layak dipindahkan ke penerima yang disinkronkan untuk menghasilkan keturunan kloning hidup.
https://www.journalofdairyscience.org/article/S0022-0302%2806%2972194-4/fulltext
Meskipun kloning tersedia secara komersial, teknologinya masih cukup tidak efisien dan sangat mahal. Inefisiensi berasal dari mikromanipulasi oosit dan embrio dan kultur sel donor dan embrio kloning. Proses kloning ini relatif sangat sulit, karena banyaknya aborsi yang terjadi sepanjang masa kebuntingan, umur kebuntingan lebih lama dan ukuran berat lahir besar (LOS) sehingga harus intervensi dengan operasi sesar karena adanya distokia. Keturunan yang besar ini sering mengalami kelemahan pasca kelahiran, hipoksia, hipoglikemia, asidosis metabolik, dan hipotermia yang memerlukan perawatan intensif segera, sehingga masalah ini menghambat penerapan tehnologi kloning ini secara luas pada industri susu.
Akhirnya, tantangan terbesar lainnya adalah potensi hilangnya keanekaragaman genetik. Meskipun jumlah sapi identik yang tidak terbatas dapat diproduksi dengan kloning, hal itu tidak boleh menggantikan pembiakan alami. Jika hal itu terjadi, dapat mengakibatkan perkawinan sedarah dan hilangnya variasi genetik yang tidak diinginkan. Kekhawatiran yang sama ketika AI diimplementasikan secara komersial dan luas. Kloning diperkirakan tidak akan digunakan secara luas seperti AI karena relatif mahal. Dengan manajemen skema pemuliaan yang tepat, masalah seperti ini seharusnya tidak akan terjadi.
Transgenesis
Metode tradisional untuk melakukan perbaikan genetik oleh produsen susu adalah melalui analisis silsilah dan seleksi genetik stok benih. Meskipun ini akan terus menjadi yang terdepan, produsen akan segera melihat hasil dari pendekatan baru untuk meningkatkan genetika sapi perah. Teknologi transgenik memungkinkan perbaikan yang saat ini tidak mungkin dilakukan melalui skema pemuliaan tradisional. Sifat-sifat yang menguntungkan dapat ditambahkan dari spesies lain. Sebagai contoh, baru-baru ini ditunjukkan bahwa gen bakteri dapat diekspresikan dalam kelenjar susu yang memungkinkan resistensi terhadap jenis mastitis tertentu. Selain itu, Brophy dan rekan meningkatkan kualitas susu dengan meningkatkan produksi kasein. Perubahan ini meningkatkan padatan susu yang tersedia untuk dijual dan meningkatkan sifat produksi keju.
Perusahaan farmasi juga menaruh minat pada sapi perah sebagai unit produksi biofarmasi, dimana sapi transgenik diproduksi yang mengandung gen untuk obat tertentu yang hanya diekspresikan dalam susu. Selama menyusui, sapi berfungsi sebagai pabrik yang sangat efisien, memproduksi sejumlah besar obat dalam susu yang kemudian dapat dipanen dan dimurnikan dengan harga yang lebih murah dibandingkan metode pembuatan obat-obatan tradisional. Obat ini sedang dalam uji klinis dan kemungkinan besar akan dipasarkan dalam beberapa tahun ke depan.
Produksi hewan transgenik pertama kali diperkenalkan pada tahun 1980 oleh Jon Gordon dan rekan. Salinan gen asing disuntikkan ke dalam pronukleus embrio tikus 1 sel yang baru dibuahi. Teknologi yang sama ini juga dikembangkan pada produksi babi, kambing, domba, dan sapi transgenik yang berhasil. Namun demikian, tingkat efisiensinya sangat rendah dan seringkali < 1%. Dibutuhkan biaya hingga $5 juta untuk memproduksi satu hewan transgenik penghasil biofarmasi.
Modifikasi genetik sapi perah melalui transgenesis menawarkan banyak manfaat untuk meningkatkan kesehatan dan produksi hewan, namun inefisiensi dan pertimbangan etis dapat menghambat penerimaannya. Selain itu, pemahaman dan respon penerimaan publik saat ini terhadap makanan yang dimodifikasi secara genetik masih belum semuanya positif. Agar teknologi ini berdampak pada industri susu, efisiensi produksi embrio transgenik dan persepsi publik tentang sains harus meningkat secara substansial.
Demikian beberapa tehnologi yang saat ini dikembangkan untuk meningkatkan produksi terutama pada sapi perah. Semua bertujuan baik, tetapi mungkin tidak semua segmen bisa menerapkannya karena biaya yang relatif besar.
Referensi :
- https://www.journalofdairyscience.org/article/S0022-0302%2806%2972194-4/fulltext
- https://www.researchgate.net/publication/289505953_Balancing_Beef_Cow_Nutrient_Requirements_and_Seasonal_Forage_Quality_on_Annual_Rangeland
- https://www.researchgate.net/publication/323832298_Practical_guide_to_bovine_reproduction_management