Syö huonosti, ja kehosi muistaa - ja mahdollisesti siirtää seuraukset lapsillesi. Viime vuosina monipuoliset todisteet ovat osoittaneet, että siittiöt voivat ottaa huomioon isän elämäntapapäätökset ja siirtää tämän matkalaukun jälkeläisille. Tänään kahdessa toisiaan täydentävässä tutkimuksessa tutkijat kertovat meille kuinka.
Kun siittiöt kulkevat miehen lisääntymisjärjestelmää, ne hävittävät ja hankkivat ei-geneettisen lastin, joka muuttaa pohjimmiltaan spermaa ennen siemensyöksyä. Nämä muutokset eivät pelkästään ilmoita isän nykyistä hyvinvointitilaa, mutta voivat myös vaikuttaa voimakkaasti tulevien jälkeläisten elinkelpoisuuteen.
Joka vuosi syntyy yli 76 000 lasta avusteisen lisääntymisen tekniikoiden tuloksena, joista suurin osa liittyy jonkin tyyppiseen in vitro -hedelmöitykseen (IVF). Nämä toimenpiteet yhdistävät muna- ja siemennesteet ihmisen kehon ulkopuolella, siirtävät sitten syntyneen hedelmöitetyn muna-alkion - naisen kohtuun. IVF: ssä on useita variaatioita, mutta joissakin tapauksissa, joihin liittyy miesten hedelmättömyyttä - esimerkiksi uimaan kamppailevat spermat - spermat on kirurgisesti poistettava kiveksistä tai epididymisistä, pitkästä, kaarevasta kanavasta, joka kannattaa kutakin kivestä.
Sen jälkeen kun sperma on tuotettu kiveksissä, he alkavat häiritsevälle matkalle kääntyvän epididymisen läpi - joka ihmisellä on noin kuusi metriä pitkä, kun se on löysätty - matkalla varastoon. Siittiö vaeltelee sikiötä noin kahden viikon ajan; vasta tämän polun lopussa he ovat täysin liikkuvia. Siksi, vaikka "kypsät" siittiöt voidaan pääasiassa heittää odottavalle munalle ja niiden voidaan kohtuudella odottaa saavuttavan hedelmöitys, kiveksistä ja epididymisistä puretut spermat on ruiskutettava suoraan munaun erittäin hienolla neulalla. Riippumatta siittiöiden lähteestä, nämä tekniikat ovat synnyttäneet terveet lapset neljän vuosikymmenen onnistuneiden toimenpiteiden aikana.
Mutta tutkijat tietävät, että geenit eivät ole koko paketti. Yhden elämän ajan genomimme pysyvät alkuperäisen kirjoituksen mukaisina. Kuitenkin, miten, milloin ja miksi geneettisiä ohjeita noudatetaan, voi vaihdella dramaattisesti muuttamatta itse ohjekirjaa - aivan kuten kaiuttimen äänenvoimakkuuden säätäminen koskematta johdotusta. Tämä epigenetiikkaksi kutsuttu ilmiö auttaa selittämään, miksi geneettisesti identtiset yksilöt samanlaisissa ympäristöissä, kuten kaksoset tai laboratoriohiiret, voivat silti näyttää ja toimia hyvin eri tavoin. Ja sellaiset asiat kuin ruokavalio tai stressi voivat pyörittää geenimme määrää ylös ja alas.
Yksi epigeneettisen työkalupakin tehokkaimmista jäsenistä on molekyyliryhmä, jota kutsutaan pieniksi RNA: ksi. Pienet RNA: t voivat piilottaa geneettiset tiedot solukoneista, jotka suorittavat heidän ohjeensa, ja poimivat tehokkaasti geenit olemassaolosta.
Isän käyttäytymisen perintö voi elää jopa lapsessaan, jos hänen epigeneettiset elementtinsä tulevat alkioon. Esimerkiksi isille syntyneet hiiret, jotka kokevat stressiä, voivat periä traumaattisten muistojen käyttäytymisvaikutuksia. Lisäksi hiiret, joilla on vähemmän kuin toivottavaa ruokavaliota, voivat siirtää haastavan aineenvaihdunnan lapsilleen.
Massachusettsin yliopiston lääketieteellisen koulun biokemian professori Oliver Randon alaisuudessa työskentelevät Upasna Sharma ja Colin Conine olivat tutkijoita, jotka kertoivat tällaisista havainnoista vuonna 2016. Sharma ja Conine totesivat työssään, että hiirillä epäkypsät kivesspermat sisältävät DNA: ta, joka on identtinen kypsien siemennesteiden kanssa, epäkypsät spermat välittävät erilaisia epigeneettisiä tietoja. Osoittautuu, että pienet siittiöiden RNA: t käyvät läpi kiveksen jälkeisen vaihdon, ottaen huomioon isän fyysisen terveyden (tai sen puuttumisen) niiden valmistumisen jälkeen, mutta ennen kuin ne poistuvat kehosta. Tarkka kaivospysäkki, johon nämä ylimääräiset pienet RNA: t kiinnittivät matkan, pysyi kuitenkin tuntemattomana.
Mysteerin ratkaisemiseksi Sharma, joka johti ensimmäistä kahdesta uudesta tutkimuksesta, päätti seurata pienten RNA: ien koostumusta hiiren siemennesteessä, kun ne pakenivat kiveksiä ja risteilivat sikiön läpi. Hän ja hänen kollegansa erottivat hiiristä usean eri ikäisen sperman, mukaan lukien kiveksistä tulevat tulevat, ne, jotka saapuvat rintakehän alkuosaan ja punnat myöhemmässä osassa. Sharma havaitsi yllättyneenä, että monet pienet RNA: t näyttivät hävitettävän tai tuhoutuvan saapuessaan varhaiseen epididymisiin; sitten äskettäin vapautunut siemenneste hankki uudelleen epigeneettisen sisällön, joka heijasti isän olotilaa, ylpeileen täydellä sarjalla siihen aikaan, kun he olivat poistuneet myöhäisestä epididymististä.
Pieniä RNA: n uudelleenhankintoja varten oli vain yksi mahdollinen lähde: epididymis-solut - mikä tarkoitti, että sperman ulkopuolella olevat solut välittivät tietoa tuleville sukupolville.
"[Sikaeläinlääke] on kehossa vähiten tutkittu elin", sanoo Rando, joka oli molemmissa kirjoituksissa vanhempi kirjailija. "Ja osoittautuu, että tällä putkella, josta kukaan ei koskaan ajattele, on keskeinen rooli lisääntymisessä."
Vahvistaakseen, että epididymis oli syyllinen, Sharman joukkue lisäsi kemiallisen merkinnän joukkoon pieniä RNA: ita epididymissä ja seurasi niiden kulkeutumista. Kuten he epäilivät, pienet RNA: n lähetykset aukesivat soluista korvasisässä ja sulautuivat siemennesteen kanssa. Kukin salaava uimari kantoi sitten näitä epigeneettisiä elementtejä aina lopulliseen liittyvyyttään munaan.
Näytti siltä, että siittiöillä lisääntymiskanavan eri kohdissa oli sama genetiikka, mutta ei sama epigenetiikka. Oliko tämä ero tarpeeksi suuri, jotta sillä olisi merkitystä? Colin Conine, joka johti toista kahdesta uudesta tutkimuksesta, testasi seuraavaksi, olisiko epäkypsien siittiöiden käytöllä huomattavia vaikutuksia hiirien jälkeläisiin. Hän ja hänen kollegansa ottivat siittiöt kiveksistä, varhaiskeulasta ja myöhäisestä epididymisestä ja pistettiin muniin. Kaikki kolme siittiötyyppiä pystyivät hedelmöittämään munia. Kuitenkin, kun Conine siirsi tuloksena olevat alkiat hiiren korvikkeisiin, mikään ei johdettu varhaisesta sikiön siittiöistä - välivaiheessa, jolla ei ollut useimpia pieniä RNA: ita -, implantoituna kohtuun. Joukon vähiten ja kypsimmät siemennesteet olivat voittajat - mutta jotenkin keskellä olevat siemennesteet palavat, vaikka kaikki heidän geeninsä olivat ehjät.
Tämä oli hämmentävää kaikille osapuolille. "Tämä keskeneräinen vaihe oli todella upea", sanoo Rando.
Aluksi tutkijat ihmettelivät, oliko he jollakin tavalla eristäneet roskat siittiöt, jotka on tuomittu tuomittuiksi puhdistettavaksi varhaisesta epididymisestä ennen siemensyöksyn saavuttamista. Mutta tämä ei vaikuttanut olevan tilanne: kaikki kolme siittiöitä pystyivät hedelmöittämään munia. Ainoa muu selitys oli, että vika oli väliaikainen. Jos näin oli, niin jos syötettäisiin oikeat pienet RNA: t, varhainen piikkisiemen voisi pelastua.
Työssä Sharma oli todennut, että vaikka kivesspermien ja myöhäisen epididymaalisen siittiöiden epigeneettinen kuorma eroaa toisistaan, niillä oli muutama yhteinen ryhmä - mutta nämä pienet RNA: t erotettiin siemennesteestä, kun ne saapuivat pihkoon, sitten hankkivat ne uudelleen soluista pitkin mutkikanava. Vaikka menestys oli täynnä, varhainen korvasisäkkäinen floppi oli ainoa vaihe, josta puuttuivat nämä elementit - ja ainoa vaihe, joka ei kykennyt tuottamaan implantoitavaa alkiota.
Jotta voitaisiin testata, olivatko nämä erityiset pienet RNA: t avain hedelmällisyyteen, tutkijat vetivät pienet RNA: t ulos myöhäisestä epididymististä ja ruiskuttivat ne alkioihin, jotka oli hedelmöitetty varhaisessa sikiön spermassa. Hämmästyksekseen nämä alkiot eivät vain istuttaneet, vaan myös tuottivat hiiren pentuja - erotettavissa alkioista, joita hedelmöitetyt myöhään osoitetut siemennesteet. Varhainen siansiitti oli viallinen, mutta ei peruuttamattomasti. Tämä vihjasi, että puute ei ollut fluke, vaan normaali osa matkaa varhaislabyrintin läpi. Toisin sanoen matkalla kypsymiselle miehet hajottivat siittiöt ja korjasivat sitten vahingot.
"On hyvin omituista nähdä heidät menettävän [elinkelpoisuuden] ja saada sen takaisin", sanoo Sharma. Ja tämän edestakaisin hyödyllisyys on edelleen täysin arvoituksellinen. Mutta mistä syystä tahansa, on selvää, että siittiöt vaihtelevat valtavasti lisääntymiskanavan pituudelta.
Mollie Manier, professori, joka opiskelee siittiöiden genetiikkaa George Washingtonin yliopistossa eikä ollut sidoksissa tutkimukseen, kiitti tämän "erittäin jännittävän" tutkimuksen tiukasta luonteesta. "Nämä paperit todella lisäävät ymmärrystämme siitä, kuinka isät voivat siirtää ei-geneettistä tietoa lapsilleen", hän selittää. Marylandin yliopistossa spermaa tutkivasta professori Heidi Fisherin mukaan, joka ei myöskään osallistunut tutkimukseen, nämä ”tyylikkäästi suunnitellut” kokeet saattavat myös kertoa kuinka nivelkipu-ongelmat voivat aiheuttaa muuten selittämättömiä miesten hedelmättömyyden tapauksia.
Tulevassa työssään Randon ryhmä jatkaa eri ikäisten siittiöiden tuottamien hiiripentujen tutkimista seuraamalla tiiviisti mahdollisia pitkäaikaisia terveysongelmiaan. Ryhmä toivoo myös selvittää, mitkä pienet RNA: t ovat suoraan vastuussa onnistuneesta implantoinnista - ja miksi spermat tulevat tälle hämmentävälle epäpätevyyden ajanjaksolle.
"Siellä on paljon perintöä, jota emme ole vielä selittäneet", Conine sanoo. "Mutta eläimet eivät ole vain heidän DNA: ta." Conine kuitenkin varoittaa, että erilaiset eivät aina tarkoita huonompaa. Ihmisten kivessisäkkeet ja sikiöt ovat auttaneet ja auttavat edelleen tuhansia ihmisiä ympäri maailmaa.
Tämä tulee pienellä varoituksella. Vasta 1978 syntyi ensimmäinen vauva onnistuneesti IVF-menettelystä - ja vaikka tuhannet ovat seuranneet sen jälkeen, tämä sukupolvi on vielä nuori. Tähän mennessä ei ole syytä epäillä in vitro negatiivisia vaikutuksia luonnolliseen hedelmöitykseen; Tämän väestön ikääntyessä tutkijat pitävät edelleen tiiviitä välilehtiä. Koska suurin osa IVF-menettelyistä suoritetaan kypsillä siittiöillä, jotka ovat puhdistaneet myöhäisen olkavarren, Rando ei ole huolissaan.
Ja siinä epätodennäköisessä tapauksessa, että kivesten tai sikiön siemennesteen käytölle on vaikutuksia näissä toimenpiteissä, Rando toivoo edelleen, että tuleva työ antaa tutkijoille mahdollisuuden palauttaa tarvittavat tiedot, joita epäkypsät spermat saattavat puuttua. Jonain päivänä epigenetiikkaan puuttuminen voi olla avain avusteisen lisääntymisen tekniikan parantamiseen - ja sen varmistamiseen, että spermat ovat yhtä kypsiä kuin tulevat.
