Jejte slabo in telo si bo zapomnilo - in morebiti posledice preneslo na svoje otroke. V zadnjih nekaj letih so dokazi, ki kažejo na to, da semenčice lahko upoštevajo očetove življenjske odločitve in to prtljago prenesejo na potomce. Danes nam znanstveniki v dveh dopolnilnih študijah pripovedujejo, kako.
Ko sperma prečka moški reproduktivni sistem, se izloči in pridobi negenetski tovor, ki bistveno spremeni spermo pred ejakulacijo. Te spremembe ne kažejo samo očetovega dobrega počutja, temveč lahko tudi drastično vplivajo na sposobnost prihodnjega potomstva.
Vsako leto se rodi več kot 76 000 otrok, ki so posledica tehnik podprtega razmnoževanja, med katerimi je večina vrst oploditve in vitro (IVF). Ti postopki združijo jajčece in spermo izven človeškega telesa, nato pa nastalo oplojeno jajčece - zarodek - prenesejo v maternico ženske. Obstaja več različic na IVF, vendar v nekaterih primerih, ki vključujejo moško neplodnost - na primer spermo, ki se trudi plavati - spermo, je treba kirurško odvzeti iz testisov ali epididimisa, dolgega, zvitega kanala, ki oprime vsakega testisa.
Ko se v testisih proizvedejo sperme, se na poti do skladišča odpravijo na mučno pot skozi vijugast epididimis - ki je pri človeku dolg približno šest metrov. Spermi sprehajajo po epididimiju približno dva tedna; le na koncu te poti so popolnoma gibljivi. Medtem ko lahko "zrelo" semenčico v bistvu odvržemo na čakanje na jajčece in je smiselno pričakovati, da bo doseglo oploditev, je treba spermo, ki se izloči iz testisov, epididimis vnesti neposredno v jajce z zelo fino iglo. Ne glede na vir semenčic, so te tehnike v štirih desetletjih uspešnih postopkov rodile zdrave dojenčke.
Toda znanstveniki vedo, da geni niso cel paket. V času ene same življenjske dobe ostajajo naši genomi takšni, kot so bili prvotno napisani. Kako pa se lahko, kdaj in zakaj upoštevamo genetske napotke, drastično razlikujejo, ne da bi spremenili sam priročnik - podobno kot to, da se spopadate z glasnostjo na zvočniku, ne da bi se dotaknili ožičenja znotraj. Ta pojav, imenovan "epigenetika", pomaga razložiti, zakaj lahko gensko identični posamezniki v podobnih okoljih, kot so dvojčki ali laboratorijske miši, še vedno izgledajo in delujejo na zelo različne načine. In stvari, kot sta prehrana ali stres, lahko zvišajo količino naših genov navzgor in navzdol.
Eden najmočnejših članov epigenetskega orodja je razred molekul, imenovan majhna RNA. Majhne RNK lahko prikrijejo genetske informacije iz celičnih strojev, ki izvajajo njihove napotke in učinkovito gingijo gene iz obstoja.
Zapuščina očetovega vedenja se lahko pri njegovem otroku celo preživi, če njegovi epigenetski elementi vstopijo v zarodek. Na primer, miši, rojene očetom, ki doživljajo stres, lahko podedujejo vedenjske posledice travmatičnih spominov. Poleg tega lahko mišji očetje z manj kot zaželeno prehrano prenesejo močan metabolizem na svoje otroke.
Upasna Sharma in Colin Conine, oba delata pod Oliverjem Rando, profesorjem biokemije na University of Massachusetts Medical School, so bili nekateri raziskovalci, ki so o takih ugotovitvah poročali leta 2016. Sharma in Conine sta pri svojem delu zapisala, da sta bila pri miših, medtem ko nezreli spermiji testisov vsebujejo DNK, enak tistemu zrelih semenčic, nezreli spermiji prenašajo različne epigenetske informacije. Izkazalo se je, da se majhne RNK sperme podvržejo obnavljanju testisov, pri čemer pridobivajo podatke o očetovem telesnem zdravju (ali pomanjkanju le-tega) po izdelavi, vendar preden izstopijo iz telesa. Vendar natančno zaustavitev jame, na kateri se bodo ti dodatni majhni RNA vozili, še vedno ni znana.
Za rešitev skrivnosti se je Sharma, ki je vodil prvo od obeh novih raziskav, odločil, da bo sledil sestavi majhnih RNK v mišjih spermah, ko so bežali iz testisov in se križali skozi epididimis. S svojimi sodelavci je izolirala spermatozo različnih miši v starosti, vključno s tistimi, ki se bodo začele pojavljati iz testisov, tistimi, ki vstopajo v zgodnji del epididimisa, in tistimi v poznem delu epididimisa. Sharma je presenečeno ugotovil, da se zdi, da je veliko majhnih RNK ob vstopu v zgodnji epididimis zavrženo ali uničeno; nato pa je na novo izpraznjena sperma znova pridobila epigenetsko inteligenco, ki je odražala očetovo stanje, in se pohvalila s celim sklopom do trenutka, ko so zapustili pozni epididimis.
Za ponovno pridobitev majhne RNK je bil le en možen vir: celice epididimisa - kar pomeni, da celice zunaj sperme prenašajo informacije v prihodnje generacije.
"[Epididimis] je najmanj raziskan organ v telesu, " pravi Rando, ki je bil za oba prispevka višji avtor. "In izkaže se, da ta cev, o kateri nihče nikoli ne razmišlja, igra osrednjo vlogo pri reprodukciji."
Da bi potrdili, da je bil krivec epididimis, je Šarmova ekipa dodala kemični marker naboru majhnih RNK v epididimisu in spremljala njihovo selitev. Kot so sumili, so drobne pošiljke RNA skočile iz celic v epididimisu in se zlivale s spermo. Vsak prikrit plavalec je nato te epigenetske elemente dokončno združil z jajcem.
Zdelo se je, da ima sperma na različnih točkah vzdolž reproduktivnega trakta isto genetiko, vendar ne isto epigenetiko. Je bila ta razlika dovolj pomembna? Colin Conine, ki je vodil drugo od obeh novih raziskav, je naslednjič preizkusil, če bi uporaba nezrele sperme imela opazne učinke na potomce miši. S sodelavci je iz testisov, zgodnjega epididimisa in poznega epididimisa izločil spermo in jih vbrizgal v jajčeca. Vse tri vrste sperme so lahko oplodile jajčeca. Ko pa je Conine prenesel nastale zarodke v mišje surogate, v maternico niso vsadili nobenega, pridobljenega iz zgodnje epididimmalne sperme - vmesne faze brez večine majhnih RNK. Najmanj in najbolj zrela sperma v skupini je bila zmagovalka - vendar so nekako v sredini izgoreli, čeprav so bili vsi njihovi geni nedotaknjeni.
To je zmedlo za vse vpletene. "Ta vmesna prekinjena faza je bila res osupljiva, " pravi Rando.
Sprva so se raziskovalci spraševali, ali so nekako izolirali opojno spermo, ki je bila obsojena na čiščenje iz zgodnjega epididimisa, še preden pridejo do ejakulata. Vendar se to ni zdelo tako: vse tri vrste sperme lahko oplodijo jajčeca. Edina druga razlaga je bila, da je bila okvara začasna. Če bi šlo za to, bi morda morda rešili spermo zgodnje epididimme, če bi hranili prave majhne RNK.
Sharma je pri svojem delu zapisala, da imajo epigenetski tovor spermijev in pozne epididimmalne sperme zelo različne skupne skupine, vendar so te majhne RNK izločene iz semenčic, ko so vstopile v epididimis, nato pa ponovno pridobljene iz celic. vijugav kanal. Čeprav je bil uspeh podprt, je bila zgodnja epididimmalna flopa edina faza, ki ji ni manjkalo teh elementov - in edina faza, ki ne bi mogla ustvariti zarodka.
Da bi preverili, ali so bile te posebne majhne RNK ključne za plodnost, so raziskovalci potegnili majhne RNK iz poznega epididimisa in jih vbrizgali v zarodke, oplojene z zgodnjo epididimmalno spermo. Na njihovo presenečenje ti zarodki niso samo vsadili, temveč tudi prinesli mišje mladiče, ki jih ni mogoče razlikovati od zarodkov, oplojenih s pozno epididimalno semenčico. Zgodnja epididimmalna sperma je bila pomanjkljiva, vendar ne nepovratno. To je namignilo, da pomanjkanje ni naključje, ampak običajni del poti skozi labirint epididimuma. Z drugimi besedami, samci so na poti do zorenja lomili spermo, nato pa popravili škodo.
"Zelo bizarno je videti, kako izgubijo [sposobnost] in si jo povrnejo, " pravi Sharma. In uporabnost tega napredka ostaja povsem enigmatična. Toda ne glede na razlog, je jasno, da se sperma zelo razlikuje po dolžini reproduktivnega trakta.
Mollie Manier, profesorica, ki študira genetiko sperme na univerzi George Washington in ni bila povezana z raziskavo, je pohvalila strogo naravo te "zelo vznemirljive" raziskave. "Ti prispevki resnično dopolnjujejo naše razumevanje [kako] očeta lahko otrokom posredujeta negenetske podatke, " pojasnjuje. Po besedah Heidi Fisher, profesorice, ki je študirala spermo na univerzi v Marylandu in tudi ni sodelovala v raziskavi, lahko ti "elegantno zasnovani" poskusi osvetlijo tudi to, kako težave z epididimisom lahko povzročijo sicer nepojasnjene primere moške neplodnosti.
V prihodnjem delu bo skupina Rando še naprej preučevala mišje mladiče, pridobljene iz sperme različnih starosti, pri čemer bodo pozorno spremljali morebitne dolgoročne težave v svojem zdravju. Ekipa tudi upa, da bo natančno ugotovila, katere majhne RNK so neposredno odgovorne za uspešno implantacijo - in zakaj semenčice vstopijo v to zmedeno obdobje nesposobnosti.
"Obstaja veliko dediščine, ki je še nismo pojasnili, " pravi Conine. "Toda živali niso samo njihova DNK." Vendar pa Conine opozarja, da drugačni ne pomenijo vedno slabšega. Semena testisov in epididimomov pri ljudeh so pomagala in še naprej pomagajo na tisoče po vsem svetu spočetju otrok.
Do tega pride z majhnim opozorilom. Šele leta 1978 se je prvi otrok uspešno rodil s postopkom IVF - in čeprav jih je od takrat sledilo na tisoče, je ta generacija še vedno mlada. Do zdaj ni nobenega razloga, da bi sumil na kakršne koli negativne posledice in vitro in naravnega spočetja; Ko se bo ta populacija starala, bodo raziskovalci še naprej tesno spremljali. Ker večina IVF postopkov poteka z zrelimi semenčicami, ki so očistile pozni epididimitis, Rando ne skrbi.
In v malo verjetnem primeru, da bi pri teh postopkih vplivali na uporabo testisov ali epididimmalnih spermijev, Rando še vedno upa, da bodo prihodnja dela znanstvenikom omogočila obnovitev potrebnih informacij, ki jih lahko nezreli spermi manjka. Nekega dne je obravnava epigenetike morda ključnega pomena za izboljšanje tehnologije podprtega razmnoževanja - in zagotavljanje, da so sperme čim bolj zrele.
