Хранете се лошо и тялото ви ще запомни - и евентуално ще предаде последствията върху децата си. През последните няколко години доказателствата за доказателство показват, че сперматозоидите могат да вземат под внимание решенията за начина на живот на баща и да прехвърлят този багаж на потомството. Днес, в две допълнителни изследвания, учените ни казват как.
Докато сперматозоидите преминават през репродуктивната система на мъжа, те изхвърлят и придобиват негенетичен товар, който променя фундаментално спермата преди еякулация. Тези модификации не само съобщават за настоящото състояние на благополучието на бащата, но също така могат да имат драстични последствия върху жизнеспособността на бъдещото потомство.
Всяка година над 76 000 деца се раждат в резултат на техники за асистирана репродукция, по-голямата част от които включват някакъв вид ин витро оплождане (IVF). Тези процедури обединяват яйцеклетката и спермата извън човешкото тяло, след което прехвърлят получената оплодена яйцеклетка - ембриона - в матката на жената. Съществуват множество вариации на IVF, но в някои случаи, които включват мъжки стерилитет - например сперматозоидите, които се борят да плуват - сперматозоидите трябва да бъдат извлечени хирургично от тестисите или епидидимиса, дълъг, свит канал, който прибира всеки тестис.
След като сперматозоидите се произвеждат в тестисите, те тръгват на мъчително пътуване през криволичещия епидидимис - който при мъжкия човек е дълъг около шест метра, когато се разбуни - на път за съхранение. Сперматозоидите се скитат в епидидимиса за около две седмици; само в края на този път те са напълно подвижни. По този начин, докато „зрелите“ сперматозоиди могат по същество да бъдат изхвърлени върху чакащо яйце и може да се очаква разумно да се постигне оплождане, спермата се отскубва от тестисите и епидидимисът трябва да се инжектира директно в яйцеклетката с много фина игла. Независимо от източника на сперматозоидите, тези техники родиха здрави кърмачета за четири десетилетия успешни процедури.
Но учените знаят, че гените не са целият пакет. В течение на един живот, нашите геноми остават така, както са били написани първоначално. Как обаче, кога и защо се спазват генетичните инструкции може драстично да се различава без да се променя самият наръчник - подобно на това да се плъзгате със силата на звука на високоговорителя, без да докосвате кабелите вътре. Това явление, наречено „епигенетика“, помага да се обясни защо генетично идентичните индивиди в подобни среди, като близнаци или лабораторни мишки, все още могат да изглеждат и да действат по много различни начини. И такива неща като диета или стрес са способни да свалят обема на нашите гени нагоре и надолу.
Един от най-мощните членове на епигенетичния инструментариум е клас молекули, наречени малки РНК. Малките РНК могат да скрият генетична информация от клетъчната машина, която изпълнява техните инструкции, като ефективно призрачават гените извън съществуването си.
Наследството от поведението на татко дори може да живее в неговото дете, ако неговите епигенетични елементи влязат в ембрион. Например, мишки, родени от бащи, които изпитват стрес, могат да наследят поведенческите последици от травматичните спомени. Освен това, мишките татковци с по-малко от желаните диети могат да преминат призрачен метаболизъм върху децата си.
Upasna Sharma и Colin Conine, и двамата, работещи при Оливър Рандо, професор по биохимия в Университета на Масачузетс, бяха някои от изследователите, които съобщават за подобни открития през 2016 г. В своята работа, Sharma и Conine отбелязват, че при мишки, докато незрелите сперматозоиди съдържат ДНК, идентична на тази на зрелите сперматозоиди, незрелите сперматозоиди препредават различна епигенетична информация. Оказва се, че малките РНК на сперматозоидите претърпяват пост-тестисни обороти, улавяйки информацията за физическото здраве на бащата (или липсата му), след като са произведени, но преди да излязат от тялото. Въпреки това, точната яма спирка, при която тези допълнителни малки РНК качват при пътуване, остава неизвестна.
За да разреши мистерията, Шарма, който ръководи първото от двете нови проучвания, реши да проследи състава на малки РНК в миши сперматозоиди, докато те избягаха от тестисите и се движат през епидидимиса. Тя и нейните колеги изолират сперма от няколко различни възрасти от мишки, включително тези, които предстои да излязат от тестисите, тези, които влизат в ранната част на епидидимиса и тези в късната част на епидидимиса. Шарма с изненада откри, че много малки РНК изглежда се изхвърлят или унищожават при навлизане в ранния епидидимис; след това току-що освободената сперма отново придоби епигенетична информация, която отразява състоянието на бащата, като се гордее с пълен набор от времето, когато напуснаха късния епидидимис.
Имаше само един възможен източник за повторно придобиване на РНК: клетките на епидидима - което означаваше, че клетки извън спермата предават информация на бъдещите поколения.
„[Епидидимисът] е най-слабо изследвания орган в тялото“, казва Рандо, който беше старши автор и в двата документа. „И се оказва, че тази тръба, за която никой никога не се замисля, играе централна роля в репродукцията.“
За да потвърди, че епидидимисът е виновник, екипът на Шарма добави химичен маркер към набор от малки РНК в епидидимиса и проследява тяхната миграция. Както подозират, малки клетки от РНК изскачат от клетките в епидидимиса и се сливат със спермата. След това всеки скрит плувец носеше тези епигенетични елементи чак до окончателното си съединение с яйцето.
Изглежда, че сперматозоидите в различни точки по репродуктивния тракт имат една и съща генетика, но не една и съща епигенетика. Дали тази разлика беше достатъчно голяма, за да има значение? Colin Conine, който ръководи второто от двете нови проучвания, следващ тест, ако се използва незряла сперма, ще има забележими ефекти върху потомството на мишки. Той и колегите му извличаха сперматозоидите от тестисите, ранния епидидимис и късният епидидимис и ги инжектираха в яйца. И трите вида сперматозоиди бяха в състояние да оплождат яйца. Въпреки това, когато Конин прехвърля получените ембриони в миши сурогати, нито един получен от ранните епидидимални сперматозоиди - междинният етап, лишеен от повечето малки РНК - имплантиран в матката. Най-малкото и най-зрели сперматозоиди от групата бяха победители, но по някакъв начин тези в средата изгаряха, въпреки че всичките им гени бяха непокътнати.
Това беше объркващо за всички участващи. „Този междинен счупен етап беше наистина зашеметяващ“, казва Рандо.
Отначало изследователите се питали дали по някакъв начин са изолирали нежелана сперма, обречена да бъде изчистена от ранния епидидимис, преди да стигнат до еякулата. Но това изглежда не беше така: и трите вида сперматозоиди могат да оплождат яйца. Единственото друго обяснение беше, че дефектът е временен. Ако това беше така, тогава може би, ако се хранят правилните малки РНК, ранните епидидимални сперматозоиди могат да бъдат спасени.
В своята работа Шарма отбеляза, че макар епигенетичният товар от сперматозоидите на сперматозоидите и късната епидидимална сперма да се различават значително, те имат няколко общи групи - но тези малки РНК бяха изгонени от сперматозоидите, когато влязаха в епидидимиса, след което отново се прибраха от клетките меандърният канал. Макар и подкрепен от успеха, ранният епидидимален флоп беше единственият етап, на който липсваха тези елементи - и единственият етап, неспособен да генерира имплантируем ембрион.
За да проверят дали тези малки малки РНК са били ключът към плодовитостта, изследователите извадили малки РНК от късния епидидимис и ги инжектирали в ембриони, оплодени с ранни епидидимални сперматозоиди. За тяхно учудване, тези ембриони не само имплантират, но и дават миши малки - неразличими от ембрионите, оплодени от къс епидидимални сперматозоиди. Ранната епидидимална сперма беше дефектна, но не необратимо. Това намекваше, че дефицитът не е вълна, а нормална част от пътуването през епидидималния лабиринт. С други думи, по пътя към съзряването, мъжете разграждат сперматозоидите, след което поправят щетите.
„Много е странно да ги видим как губят [жизнеспособността] и си възвръщат“, казва Шарма. И полезността на този напред-назад остава изцяло загадъчна. Но каквато и да е причината, ясно е, че сперматозоидите варират значително по дължината на репродуктивния тракт.
Моли Мание, професор, която изучава генетиката на спермата в университета Джордж Вашингтон и не е свързана с изследването, похвали строгия характер на това „много вълнуващо“ изследване. „Тези документи наистина допринасят за нашето разбиране за [как] татковците могат да предават негенетична информация на децата си“, обяснява тя. Според Хайди Фишър, професор, която изучава спермата в Университета в Мериленд и също не е участвала в изследванията, тези „елегантно проектирани“ експерименти могат също да хвърлят светлина върху това как проблемите с епидидимиса могат да причинят иначе необясними случаи на мъжко безплодие.
В бъдещата си работа групата на Рандо ще продължи да изследва миши малките, генерирани от сперматозоиди от различни възрасти, като следи внимателно всички дългосрочни проблеми в тяхното здраве. Екипът се надява също да определи кои малки РНК са пряко отговорни за успешната имплантация - и защо сперматозоидите влизат в този озадачен период на некомпетентност.
"Има много наследство, което все още не сме обяснили", казва Конине. „Но животните не са само тяхната ДНК.“ Въпреки това Койн предупреждава, че различните не винаги означават по-лошо. Сперматозоидите от тестисите и епидидима от хора са помогнали и продължават да помагат на хиляди хора по света да заченат деца.
Това идва с малко предупреждение. Едва през 1978 г. първото бебе се роди успешно с процедура на ин витро - и въпреки че хиляди следват, това поколение е все още младо. Засега няма причина да се подозирате за отрицателни последици от ин витро спрямо естественото зачеване; с напредване на възрастта изследователите ще продължат да водят близки раздели. Тъй като по-голямата част от IVF процедурите се извършват със зрели сперматозоиди, които са изчистили късния епидидимис, Рандо не е загрижен.
И в малко вероятния случай, че има отражение върху използването на тестикуларни или епидидимални сперматозоиди при тези процедури, Рандо остава да се надява, че бъдещата работа ще даде възможност на учените да възстановят необходимата информация, тъй като може да липсва незряла сперма. Някой ден адресирането на епигенетиката може да е от ключово значение за подобряване на технологията за асистирана репродукция - и за гарантиране, че спермата е толкова зряла, колкото и да дойде.
