Једите лоше, и тело ће се сетити - и можда пренијети последице на децу. У последњих неколико година, све већи докази показали су да сперма може узети у обзир одлуке о начину живота оца и пренети овај пртљаг потомцима. Данас, у две комплементарне студије, научници нам кажу како.
Док сперматозоиди пролазе кроз мушки репродуктивни систем, они се уклањају и добијају негенетски терет који у основи мења сперму пре ејакулације. Ове модификације не само да преносе очево тренутно стање благостања, већ могу имати и драстичне последице на одрживост будућег потомства.
Сваке године се роди преко 76 000 деце као резултат техника потпомогнуте репродукције, од којих већина укључује ин витро оплодњу (ИВФ). Ови поступци обједињују јајашце и сперму изван људског тела, а затим добивају оплођено јаје - ембрион - у материцу жене. Постоји више варијација ИВФ-а, али у неким случајевима који укључују мушку неплодност - на пример, сперму која се бори да плива - сперма мора бити хируршки извађена из тестиса или епидидимиса, дуготрајног, исплетеног канала који залепи на сваком тестису.
Након што се сперматозоиди произведу у тестисима, крећу у мучно путовање кроз вијугави епидидимис - који је код човека дуга око шест метара када се не разнесе - на путу за складиштење. Сперма лута по епидидиму око две недеље; само на крају ове стазе су у потпуности покретни. Стога, иако се „зрела“ сперма у основи може бацити на јаје које чека и за које се оправдано очекује да постигну оплодњу, сперма која се одузме из тестиса и епидидимис се мора убризгати директно у јајашце врло фином иглом. Без обзира на извор сперме, ове технике су родиле здраву децу у четири деценије успешног поступка.
Али научници знају да гени нису цео пакет. Током једног животног века, наши геноми остају онакви какви су првобитно написани. Међутим, како, када и зашто се поштују генетске упуте могу се драстично разликовати без промјене самог приручника - баш као што је допуштање јачине звука на звучнику, без додиривања ожичења у њему. Овај феномен, назван "епигенетика", помаже објаснити зашто генетски идентичне јединке у сличном окружењу, као што су близанци или лабораторијски мишеви, још увек могу да изгледају и делују на врло различите начине. А ствари попут исхране или стреса могу повећати количину наших гена према горе и доле.
Један од најмоћнијих чланова епигенетског приручника је класа молекула која се зове мала РНА. Мале РНК могу сакрити генетске информације из ћелијске машинерије која врши њихове инструкције, ефективно сакупљајући гене ван постојања.
Заоставштина татиног понашања може чак и живети у његовом детету ако његови епигенетски елементи уђу у ембрион. На пример, мишеви рођени очеви који доживе стрес могу наследити последице понашања од трауматичних сећања. Поред тога, мишји тате са дијетама мање од пожељних могу пренијети снажан метаболизам на своју децу.
Упасна Схарма и Цолин Цонине, обојица раде под Оливером Рандом, професором биохемије на Медицинском факултету Универзитета у Масачусетсу, били су неки од истраживача који су пријавили таква открића током 2016. У свом раду, Схарма и Цонине су приметили да су то код мишева, док су незрели сперматозоиди садрже ДНК идентичан ономе зреле сперме, незрели спермији преносе различите епигенетске информације. Испоставило се да мале РНК сперме пролазе пост-тестисе, прикупљајући податке о очевом физичком здрављу (или недостатку) након што су произведене, али пре него што изађу из тела. Међутим, тачно заустављање у јами до којег су се ови мали мали РНА возили остало је непознато.
Да би решио мистерију, Шарма, која је водила прво од две нове студије, одлучила је да прати састав малих РНА у мишјим спермама док су бежали од тестиса и крстарили кроз епидидимис. Она и њене колеге издвојили су сперму неколико различитих узраста од мишева, укључујући оне који треба да изађу из тестиса, оне који уђу у рани део епидидимиса и оне у касни део епидидимиса. Схарма је био изненађен када је открио да се чини да су многе мале РНА одбачене или уништене приликом уласка у рани епидидимис; затим је новопробављена сперма поново стекла епигенетску интелигенцију која је одражавала очево стање, хваливши се пуним сетом у време кад су напустили касни епидидимис.
Постојао је само један могући извор за мале поновне набавке РНА: ћелије епидидимиса - што значи да ћелије изван сперме преносе информације у будуће генерације.
„[Епидидимис] је најмање проучавани орган у телу“, каже Рандо, који је био виши аутор у оба рада. "А испоставило се да ова цев о којој нико никада не размишља игра главну улогу у репродукцији."
Да би потврдили да је епидидимис кривац, Шарманов тим додао је хемијски маркер скупу малих РНА у епидидимису и пратио њихову миграцију. Како су сумњали, сићушне пошиљке РНА искочиле су из ћелија у епидидимису и стапале се са спермом. Сваки пљачкашки пливач тада је носио те епигенетске елементе све до коначног сједињења са јајетом.
Чинило се да сперма на различитим тачкама репродуктивног тракта има исту генетику, али не и исту епигенетику. Да ли је та разлика била довољно важна? Цолин Цонине, који је водио друго од два нова испитивања, следеће је тестирано да ли би коришћење незрелих сперматозоида имало приметне ефекте на потомство мишева. Он и његове колеге извадили су сперму из тестиса, раног епидидимиса и касног епидидимиса и убризгали их у јајашце. Све три врсте сперме могле су да оплоде јајашце. Међутим, када је Цонине пренео добијене ембрионе у мишје сурогате, ниједан није добијен из ране епидидиммалне сперме - средњег стадија лишеног већине малих РНА - уграђених у материцу. Најмање и зрелији спермији били су победници - али некако су они у средини изгорели, иако су сви њихови гени били нетакнути.
Ово је збуњивало све укључене. „Ова преломна фаза била је заиста запањујућа“, каже Рандо.
У почетку су се истраживачи питали да ли су некако изолирали нежељену сперму која је осуђена на уклањање из раног епидидимиса пре него што је стигла до ејакулата. Али то изгледа није био случај: све три врсте сперме могу оплодити јајашца. Једино друго објашњење било је да је квар привремен. Да је то био случај, можда би се, ако се хране правилним малим РНК, рани епидидимални спермији могли спасити.
Схарма је у свом раду приметила да док се епигенетски терет сперме тестиса и касни епидидимални сперматозони јако разликују, они имају неколико заједничких група - али ове мале РНА су избачене из сперме док су улазиле у епидидимис, а затим поново добијане из ћелија дуж меандер канал. Иако је подупро успехом, рани епидидимални флоп био је једина фаза којој су недостајали ови елементи - и једина фаза неспособна да створи ембрион који се не може имплантирати.
Да би тестирали да ли су ове мале мале РНК кључне за плодност, истраживачи су извадили мале РНК из касног епидидимиса и убризгали их у ембрионе оплођене раним епидидималним сперматозоидима. На њихово чуђење, ти ембриони нису само имплантирали, већ су уродили и мишјим штенадима - не разликујући се од ембриона оплођених касном епидидиммалном спермом. Рана епидидиммална сперма је била оштећена, али не и неповратно. Ово је наговештавало да недостатак није муљкарац, већ нормалан део путовања кроз епидидимални лавиринт. Другим речима, на путу до сазревања мужјаци су ломили сперму, а затим поправљали штету.
"Веома је бизарно гледати их како губе [одрживост] и враћају му поврат", каже Шарма. А корисност овог уназад и даље остаје потпуно загонетна. Али без обзира на разлог, јасно је да се сперматозони јако разликују дуж дужине репродуктивног тракта.
Моллие Маниер, професорица која проучава генетику сперме на Универзитету Георге Васхингтон и није била повезана са истраживањем, похвалила је строгу природу овог „врло узбудљивог“ истраживања. "Ови радови заиста доприносе нашем разумевању [како] тате могу пренети негенетске информације својој деци", објашњава она. Према Хеиди Фисхер, професорици која проучава сперму на Универзитету у Мариланду, а такође није учествовала у истраживању, ови „елегантно дизајнирани“ експерименти могу такође осветлити како проблеми са епидидимисом могу изазвати иначе необјашњиве случајеве мушке неплодности.
У свом будућем раду, Рандоова група ће наставити да проучава мишје штене настале из сперме различитих узраста, пажљиво пазећи на било која дугорочна питања у њиховом здрављу. Тим се такође нада да ће прецизирати које су мале РНК директно одговорне за успешну имплантацију - и зашто сперматозоиди улазе у овај збуњујући период неспособности.
„Има пуно наслеђа које још увек нисмо објаснили“, каже Цонине. „Али животиње нису само њихов ДНК.“ Међутим, Цонине упозорава да различито не значи и горе. Тестритиси и епидидимални сперми људи су помогли и настављају да помажу, хиљадама широм света зачеју децу.
Ово долази са малим упозорењем. Тек 1978. године, прва беба је успешно рођена ИВФ поступком - и мада их је хиљаду пратило, ова генерација је још увек млада. До сада, нема разлога да сумњамо у негативне последице ин витро насупрот природном зачећу; како та популација стари, истраживачи ће и даље водити рачуна. Пошто се већина поступака ИВФ-а изводи са зрелом спермом која је очистила касни епидидимис, Рандо се не бави.
И, у мало вероватном случају да постоје последице употребе сперматозоида или епидидиммалних спермија у овим поступцима, Рандо се нада да ће будући радови научницима омогућити да обнове потребне информације о којима недостаје незрела сперма. Једног дана, обраћање епигенетикама можда је кључно за побољшање технологије потпомогнуте репродукције - и осигуравање да су сперме зреле како долазе.
