Jezte špatně a vaše tělo si bude pamatovat - a možná předat důsledky svým dětem. V posledních několika letech, rostoucí důkaz ukázal, že spermie mohou vzít na vědomí rozhodnutí otce životního stylu a převést toto zavazadlo na potomstvo. Dnes nám vědci ve dvou doplňujících studiích říkají, jak na to.
Když spermie procházejí mužským reprodukčním systémem, tryskají a získávají genetický náklad, který před ejakulací zásadně mění spermie. Tyto úpravy nejenže sdělují otcově současný stav pohody, ale mohou mít také drastické důsledky na životaschopnost budoucích potomků.
Každý rok se v důsledku technik asistované reprodukce narodí více než 76 000 dětí, z nichž většina zahrnuje nějaký druh oplodnění in vitro (IVF). Tyto postupy sjednocují vajíčko a sperma mimo lidské tělo a poté přenesou výsledné oplodněné vajíčko - embryo do ženské dělohy. Existuje několik variací na IVF, ale v některých případech, které zahrnují mužskou neplodnost - například sperma, která se snaží plavat - sperma musí být chirurgicky extrahována z varlat nebo epididymis, zdlouhavé, spletité potrubí, které kolébá každou varlata.
Poté, co jsou spermie produkovány ve varlatech, pustí se do trýznivé cesty skrz vinutou epididymis - která je u lidského muže dlouhá asi 6 metrů, když se rozvinula - na cestě ke skladování. Sperma putovala epididymis asi dva týdny; pouze na konci této cesty jsou plně pohybliví. Zatímco tedy „zralé“ sperma může být v zásadě vyhozeno na čekající vajíčko a lze důvodně očekávat, že dosáhne oplodnění, sperma vytrhaná z varlat a epididymis musí být injikována přímo do vajíčka s velmi jemnou jehlou. Bez ohledu na zdroj spermatu, tyto techniky porodily zdravé děti ve čtyřech desetiletích úspěšných postupů.
Vědci však vědí, že geny nejsou celý balíček. V průběhu jediného života zůstávají naše genomy tak, jak byly původně napsány. Jak se však, kdy a proč se mají genetické pokyny dodržovat, může drasticky lišit, aniž by došlo ke změně samotné příručky - podobně jako při hraní s hlasitostí na reproduktoru, aniž by se dotklo kabeláže uvnitř. Tento jev nazvaný „epigenetika“ pomáhá vysvětlit, proč geneticky identičtí jedinci v podobných prostředích, jako jsou dvojčata nebo laboratorní myši, mohou stále vypadat a jednat velmi odlišnými způsoby. A věci, jako je strava nebo stres, dokážou potlačit objem našich genů nahoru a dolů.
Jedním z nejsilnějších členů epigenetické sady nástrojů je třída molekul zvaných malé RNA. Malé RNA mohou skrývat genetické informace z buněčného aparátu, který provádí jejich pokyny, a účinně ghosting geny z existence.
Dědictví tátova chování může ve svém dítěti žít i tehdy, pokud jeho epigenetické prvky vstoupí do embrya. Například myši narozené otcům, kteří zažívají stres, mohou zdědit behaviorální důsledky traumatických vzpomínek. Kromě toho mohou tátové myši s méně než žádoucí dietou přenášet na děti své děti.
Upasna Sharma a Colin Conine, oba pracující pod Oliverem Randoem, profesorem biochemie na lékařské fakultě University of Massachusetts, byli některými vědci v roce 2016, kteří hlásili taková zjištění. Ve své práci Sharma a Conine poznamenali, že u myší, zatímco nezralé testikulární spermie obsahují DNA identickou s DNA zralých spermií, nezralé spermie předávají různé epigenetické informace. Ukázalo se, že spermie malé RNA podléhají obratu po otestování, přičemž získávají informace o fyzickém zdraví otce (nebo jeho nedostatku) poté, co byly vyrobeny, ale před tím, než opustily tělo. Přesná zastávka v jámě, při které tyto další malé RNA zasáhly jízdu, však zůstala neznámá.
Aby vyřešil záhadu, Sharma, která vedla první ze dvou nových studií, se rozhodla sledovat složení malých RNA v myších spermiích, když prchaly ze varlat a křižovaly epididymis. Ona a její kolegové izolovali sperma různého věku od myší, včetně těch, které se chystají vynořit z varlat, těch, které vstupují do rané části epididymis a ty v pozdní části epididymis. Sharma byla překvapená, když zjistila, že mnoho malých RNA se zdálo, že byly vyřazeny nebo zničeny při vstupu do časné epididymis; pak nově uvolněné sperma získalo epigenetickou inteligenci, která odrážela otcovy stav bytí, a pyšnila se celou řadou do doby, kdy opustili pozdní epididymis.
Pro malou opětovnou akvizici RNA existoval pouze jeden zdroj: buňky epididymis - což znamenalo, že buňky mimo spermie přenášely informace do budoucích generací.
"[Epididymis] je nejméně studovaným orgánem v těle, " říká Rando, který byl oběma autory starší autor. "Ukázalo se, že tato trubice nikdy nikdo nepřemýšlí o tom, že hraje při reprodukci ústřední roli."
Aby se potvrdilo, že epididymis byl viníkem, přidal Sharma tým chemický marker k souboru malých RNA v epididymis a sledoval jejich migraci. Jak předpokládali, z epididymis se z buněk vynořily malé zásilky RNA a fúzovaly se spermatem. Každý utajený plavec pak nesl tyto epigenetické prvky až do konečného spojení s vejcem.
Zdálo se, že sperma v různých místech reprodukčního traktu má stejnou genetiku, ale ne stejnou epigenetiku. Byl tento rozdíl dost velký, aby na tom záleželo? Colin Conine, který vedl druhou ze dvou nových studií, dále testoval, zda by použití nezralých spermií mělo znatelné účinky na potomstvo myší. On a jeho kolegové extrahovali spermie z varlat, časné epididymis a pozdní epididymis a injikovali je do vajec. Všechny tři typy spermií dokázaly oplodnit vejce. Když však Conine přenesla výsledná embrya do myších zástupců, žádné z nich nebylo odvozeno od časných epididymálních spermií - mezi stádiem bez většiny malých RNA - implantovaných do dělohy. Nejmenším a nejrozvinutějším spermatem parta byli vítězi - ale nějakým způsobem, ty uprostřed byly spáleny, i když všechny jejich geny byly nedotčené.
To bylo pro všechny zúčastněné nepochopitelné. "Tato přechodně přerušená fáze byla opravdu ohromující, " říká Rando.
Zpočátku vědci přemýšleli, jestli nějakým způsobem izolovali junky sperma odsouzené k vyklizení z časné epididymie před dosažením ejakulátu. Zdá se však, že tomu tak není: všechny tři typy spermií mohou oplodnit vejce. Jediným dalším vysvětlením bylo, že vada byla dočasná. Pokud by tomu tak bylo, pak by snad bylo možné zachránit časné epididymální spermie, pokud by se krmily správné malé RNA.
Ve své práci si Sharma všimla, že zatímco epigenetický náklad semen varlat a pozdního epididymálního spermatu se značně liší, měli několik společných skupin - ale tyto malé RNA byly vyhoštěny ze spermií, když vstoupily do epididymis, a poté znovu získaly z buněk podél meandrující potrubí. Ačkoli byl rezervován podle úspěchu, časná epididymální flop byla jediným stádiem, které postrádalo tyto prvky - a jediným stádiem, které nedokázalo vytvořit implantovatelné embryo.
Aby se otestovalo, zda tyto konkrétní malé RNA byly klíčem k plodnosti, vědci vytáhli malé RNA z pozdní epididymis a injikovali je do embryí oplodněných časným epididymálním spermatem. K jejich úžasu tato embrya nejen implantovala, ale také poskytla mláďata myší - nerozeznatelná od embryí oplodněných pozdním epididymálním spermatem. Časné epididymální spermie bylo vadné, ale ne nezvratně. To naznačovalo, že nedostatek nebyl náhoda, ale normální součást cesty epididymálním labyrintem. Jinými slovy, na cestě k zrání muži rozbíjeli spermie a napravovali poškození.
"Je velmi bizarní vidět, jak ztratí [životaschopnost] a získají zpět, " říká Sharma. A užitečnost tohoto postupu tam a zpět zůstává zcela záhadná. Ale ať je důvod jakýkoli, je jasné, že spermie se po délce reprodukčního traktu značně liší.
Mollie Manier, profesorka, která studuje genetiku spermií na univerzitě George Washingtona a nebyla do ní zapojena, ocenila přísnou povahu tohoto „velmi vzrušujícího“ výzkumu. "Tyto papíry opravdu přispívají k pochopení toho, jak mohou tatínci předávat svým dětem negenetické informace, " vysvětluje. Podle Heidi Fishera, profesora, který studuje sperma na University of Maryland a také se nezúčastnil výzkumu, mohou tyto „elegantně navržené“ experimenty také osvětlit, jak by problémy s epididymem mohly způsobit jinak nevysvětlitelné případy mužské neplodnosti.
Ve své budoucí práci bude Randoova skupina pokračovat ve studiu štěňat myší generovaných ze spermií různých věkových kategorií a bude pečlivě sledovat případné dlouhodobé zdravotní problémy. Tým také doufá, že určí, které malé RNA jsou přímo zodpovědné za úspěšnou implantaci - a proč spermie vstupuje do tohoto zmateného období neschopnosti.
"Existuje mnoho dědictví, které jsme dosud nevysvětlili, " říká Conine. "Ale zvířata nejsou jen jejich DNA." Nicméně, Conine varuje, že jiná ne vždy znamenají horší. Testikulární a epididymální spermie od lidí pomohly a nadále pomáhají tisícům dětí po celém světě početí.
Toto přichází s malou námitkou. Teprve v roce 1978 se první dítě úspěšně narodilo v rámci IVF - a přestože od té doby následovaly tisíce, tato generace je stále mladá. Doposud neexistuje důvod k podezření z negativních důsledků in vitro versus přirozené koncepce; jak tato populace stárne, vědci budou i nadále držet úzké karty. Vzhledem k tomu, že většina postupů IVF se provádí se zralými spermiemi, které vyčistily pozdní epididymis, Rando se to netýká.
A v nepravděpodobném případě, že by v těchto postupech byly důsledky používání testikulárních nebo epididymálních spermií, Rando nadále doufá, že budoucí práce umožní vědcům obnovit potřebné informace, kterým by nezralé spermie mohly chybět. Jednoho dne může být řešení epigenetiky klíčem k posílení technologie asistované reprodukce - a k zajištění toho, aby spermie byly tak zralé, jak přijdou.
