Kevés eszik, és a tested emlékezni fog - és valószínűleg átviszi a következményeit a gyerekeire. Az elmúlt években egyre növekvő bizonyítékok mutatták, hogy a sperma tudomásul veszi az apák életmódbeli döntéseit, és ezt a poggyászt átadhatja az utódoknak. Ma két kiegészítő tanulmányban a tudósok elmondják, hogyan.
Ahogyan a sperma áthalad a férfi reproduktív rendszeren, elpusztítják és nem genetikai terhelést szereznek, amely alapvetően megváltoztatja a spermiumot az ejakuláció előtt. Ezek a módosítások nemcsak az apa jelenlegi jóléti állapotát ismertetik, hanem drasztikus következményekkel is járhatnak a jövő utódainak életképességére.
Évente több mint 76 000 gyermek születik asszisztált reprodukciós technikák eredményeként, amelyek többségében valamilyen típusú in vitro megtermékenyítés (IVF) jár. Ezek az eljárások egyesítik a petesejteket és az spermákat az emberi testen kívül, majd a kapott megtermékenyített petesejtet - az embriót - átviszik a nő méhébe. Az IVF-ben többféle variáció létezik, de néhány esetben a férfi meddőséggel járó esetekben - például az úszni kívánt sperma esetében - a spermat műtéten kell kinyerni a herékből vagy az epididymisből, egy hosszú, kanyargott vezetékből, amely az egyes hereokat tartja.
Miután a sperma a herékben megtermelődik, aggodalmas útra indulnak a kanyargós epididimisz mentén - amely egy emberi hímnél kb. Hat méter hosszú, ha kibomlik - a tárolásra vezető úton. A sperma körülbelül két hétig vándorolja az epididymiszt; csak ezen út végén mozognak teljesen. Így, míg az „érett” spermiumok alapvetően lerakhatók egy várakozó petere, és ésszerűen várható, hogy elérik a megtermékenyülést, a herékből és az epididimistől kinyomott spermákat egy nagyon finom tűvel közvetlenül a tojásba kell beinjektálni. Nem számít a sperma forrásától, ezek a technikák egészséges csecsemőket szültek meg négy évtizedes sikeres eljárás során.
A tudósok azonban tudják, hogy a gének nem a teljes csomag. Egyetlen élettartama alatt genomjaink az eredeti írásaik szerint maradnak. A genetikai utasítások követésének módja, mikor, mikor és miért történik, drasztikusan különbözhet anélkül, hogy magát a kézikönyvet megváltoztatná - akárcsak a hangszóró hangerejével, anélkül, hogy megérintette a vezetéket. Ez az „epigenetika” elnevezésű jelenség megmagyarázza, hogy a hasonló környezetben lévő genetikailag azonos egyének, például ikrek vagy laboratóriumi egerek miért nézhetnek ki és viselkedhetnek nagyon különböző módon. És olyan dolgok, mint az étrend vagy a stressz, képesek géneink mennyiségének fel-le csökkentésére.
Az epigenetikus eszközkészlet egyik legerőteljesebb tagja a kis RNS-eknek nevezett molekulák osztálya. A kis RNS-ek elrejthetik a genetikai információkat az utasításokat végrehajtó celluláris gépektől, hatékonyan kiszorítva a létező géneket.
Apu viselkedésének öröksége még gyermekén is élhet, ha epigenetikus elemei embrióba kerülnek. Például az apáknak született egerek, amelyek stresszt élnek, örökölhetik a traumatikus emlékek viselkedési következményeit. Ezen túlmenően, a kívántnál kevesebb étrenddel rendelkező egér apák átjuthatnak a gyerekeknek egy csodálatos anyagcserét.
Upasna Sharma és Colin Conine, mind Oliver Rando, a Massachusettsi Egyetemi Orvostudományi Egyetem biokémiai professzora alatt dolgoztak, voltak azok a kutatók, akik 2016-ban beszámoltak az ilyen eredményekről. Munkájukban Sharma és Conine megjegyezte, hogy egerekben, míg az éretlen herék sperma azonos az érett spermák DNS-ével, az éretlen spermák különböző epigenetikus információkat közvetítenek. Kiderült, hogy a sperma kicsi RNS-i a herék utáni keringésen mennek keresztül, és felveszik az apa fizikai állapotát (vagy annak hiányát) a gyártás után, de még mielőtt a testből kilépnének. Azonban a pontos gödör megállása, ahová ezek a további kis RNS-ek hozzáfutnak, még ismeretlen maradt.
A rejtély megoldása érdekében Sharma, aki a két új vizsgálat közül az elsőt vezette, úgy döntött, hogy nyomon követi a kis RNS-ek összetételét az egér spermáján belül, amikor elmenekülnek a herékből és körbejárják az epididimist. Kollégáival különféle korú spermákat izoláltak az egerektől, ideértve azokat is, amelyek a herékből készültek ki, az epididymis korai részébe érkezőket és az epididymis késő részét. Sharma meglepődve tapasztalta meg, hogy sok apró RNS-t megsemmisítettek vagy megsemmisítettek a korai epididimiszbe való belépéskor; ezután az újonnan felszabadult sperma visszanyerte epigenetikus intelét, amely tükrözi az apja állapotát, és a késői epididimisz elhagyásakor teljes készlettel büszkélkedhet.
Csak egy lehetséges forrás volt a kis RNS újbóli megszerzéséhez: az epididymis sejtjei - ami azt jelentette, hogy a spermán kívüli sejtek továbbították információkat a jövő generációi számára.
„[Az epididymis] a testben a legkevésbé tanulmányozott szerv” - mondja Rando, aki mindkét cikk vezető szerzője. "És kiderül, hogy ez a cső senkire nem gondolt, játszik központi szerepet a reprodukcióban."
Annak megerősítésére, hogy az epididymis a tettes, Sharma csapata kémiai markert adott az epididymisben lévő kis RNS-ek sorozatához, és nyomon követi azok migrációját. Mint gyanítottak, apró RNS-szállítmányok kiszivárogtak a sejtekből az epididymiszben és összeolvadtak a spermával. Ezután minden lopakodó úszó viselte ezeket az epigenetikus elemeket egészen a tojáshoz való végső egyesülésig.
Úgy tűnt, hogy a reproduktív traktus különböző pontjain lévő spermáknak ugyanaz a genetikája, de nem ugyanaz az epigenetika. A különbség elég nagy volt-e ahhoz, hogy számíthasson? Colin Conine, aki a két új vizsgálat második részét vezette, ezt követően megvizsgálta, hogy éretlen sperma felhasználása észlelhető hatást gyakorol-e az egerek utódjaira. Kollégáival extrahálták a spermákat a herékből, a korai epididymisből és a késői epididymisből, és tojásokba injektálták őket. Mindhárom sperma típus képes volt megtermékenyíteni a petesejteket. Amikor azonban Conine a kapott embriókat egér helyettesítőkbe vitte át, egyik sem a korai epididimális spermiumokból származik - a köztes szakaszban nincs a legtöbb kis RNS - a méhbe implantálták. A csokor legkevésbé érett spermái nyertek, ám valahogy a közepén lévők kiégtek, noha minden génük ép.
Ez minden résztvevő számára zavaró volt. "Ez a közbenső törött szakasz nagyon lenyűgöző volt" - mondja Rando.
A kutatók eleinte azon tűnődtek, vajon valamennyire izoláltak-e olyan felesleges spermákat, amelyek elítélték a korai epididymiszt, mielőtt elérnék az ejakulátumot. De úgy tűnt, hogy nem ez a helyzet: mindháromféle sperma képes megtermékenyíteni a petesejteket. Az egyetlen magyarázat az volt, hogy a hiba átmeneti. Ha ez volt a helyzet, akkor a helyes kis RNS-ekkel való táplálás esetén a korai epididimális sperma megmenthető lenne.
Munkájában Sharma megjegyezte, hogy míg a here- és a késői epididimális spermiumok epigenetikus terhelése nagyban különbözik, néhány közös csoportjuk volt, de ezeket a kis RNS-eket kiürítették a spermából, amikor beléptek az epididimiszbe, majd a sejtekből újból megszerezték őket. a kanyargós csatorna. Noha a siker alátámasztotta, a korai epididymalis flop volt az egyetlen stádium, amelyben hiányoztak ezek az elemek - és az egyetlen stádium, amely képtelen volt implantálható embrió létrehozására.
Annak kipróbálására, hogy ezek a kis RNS-ek képesek voltak-e a termékenység kulcsainak, a kutatók kicsi RNS-eket húzták ki a késői epididimiszből, és beinjektálta őket korai epididimális spermával megtermékelt embriókba. Csodálkozásukra ezek az embriók nemcsak beültettek, hanem egér kölyköket is hoztak - megkülönböztetve a késői epididimális sperma megtermékenyített embrióktól. A korai epididimális sperma hibás volt, de nem visszafordíthatatlanul. Ez utalt arra, hogy a hiány nem puszta, hanem az epidermális labirintuson keresztüli utazás normális része. Más szavakkal: az érés útján a férfiak megsemmisítették a spermát, majd kijavították a sérüléseket.
"Nagyon bizarr látni, hogy elveszítik [életképességüket], és visszaszerzik őket" - mondja Sharma. És ennek az oda-vissza hasznosság továbbra is rejtélyes. De bármi is legyen az ok, egyértelmű, hogy a sperma rendkívül változatos a reproduktív traktus hossza mentén.
Mollie Manier, a George Washington Egyetemen a spermagenetikát tanulmányozó professzor, aki nem volt kapcsolatban a tanulmánnyal, dicsérte e „nagyon izgalmas” kutatás szigorú természetét. "Ezek az iratok valóban hozzájárulnak ahhoz, hogy megértsük azt, hogy az apák hogyan továbbíthatják a nem genetikai információkat gyermekeiknek" - magyarázza. Heidi Fisher, a Marylandi Egyetemen spermat tanulmányozó professzor, aki szintén nem vett részt a kutatásban, ezek az „elegánsan megtervezett” kísérletek rávilágíthatnak arra is, hogy az epididymisz problémái milyen egyébként magyarázatlan férfiak meddőségbeli eseteket okozhatnak.
A jövőbeli munkájuk során a Rando csoport folytatja a különféle korú spermákból előállított egér kölykök tanulmányozását, szorosan figyelve az egészségük hosszú távú problémáit. A csapat azt is reméli, hogy megtudja, melyik kicsi RNS felelős közvetlenül a sikeres beültetésért, és miért lépnek be a sperma a komoly kompetencia idején.
"Sok örökség van, amit még nem magyaráztak meg" - mondja Conine. „De az állatok nemcsak a DNS-ek.” Conine azonban arra figyelmeztet, hogy a különbség nem mindig rosszabbat jelent . Az emberből származó here- és epididimális sperma világszerte ezreknek segített, és továbbra is segíti a gyermekeket.
Ehhez jár egy kis figyelmeztetés. Csak 1978-ban született sikeresen az első csecsemő egy IVF-eljárás során - és bár azóta több ezer követte ezt a generációt, még mindig fiatal. Máig nincs oka feltételezni az in vitro negatív következményeit a természetes fogamzásnak; mivel ez a népesség elöregedik, a kutatók továbbra is szorosan figyelik a füleket. Mivel az IVF-eljárások nagy részét érett spermákkal hajtják végre, amelyek tisztították a késői epididimist, a Randót nem érinti.
És abban a valószínűtlen esetben, hogy a herék vagy az epidermális sperma alkalmazásának következményei vannak ezekben az eljárásokban, Rando továbbra is abban reménykedik, hogy a jövőbeni munka lehetővé teszi a tudósok számára, hogy helyreállítsák az éretlen spermákhoz szükséges információk hiányát. Egyszer az epigenetika kezelése kulcsfontosságú lehet a szaporodási technológia fejlesztésében - és annak biztosításában, hogy a sperma ugyanolyan érett legyen, mint ahogy jönnek.
