Makan dengan buruk, dan badan anda akan ingat-dan mungkin lulus akibatnya kepada anak-anak anda. Dalam beberapa tahun yang lalu, keterangan menunjukkan bahawa sperma dapat mengambil perhatian tentang keputusan gaya hidup bapa, dan memindahkan bagasi ini kepada anak-anak. Hari ini, dalam dua kajian pelengkap, saintis memberitahu kami bagaimana.
Oleh kerana sperma melintasi sistem pembiakan lelaki, mereka menjelma dan memperoleh kargo bukan genetik yang secara asasnya mengubah sperma sebelum ejakulasi. Pengubahsuaian ini bukan sahaja menyampaikan keadaan kesejahteraan ayah semasa, tetapi juga boleh membawa kesan drastik terhadap daya maju anak masa depan.
Setiap tahun, lebih daripada 76, 000 kanak-kanak dilahirkan sebagai hasil teknik pembiakan yang dibantu, yang sebahagian besarnya melibatkan beberapa jenis persenyawaan in vitro (IVF). Prosedur ini menyatukan telur dan sperma di luar tubuh manusia, kemudian memindahkan telur yang disenyawakan yang dihasilkan - embrio-ke dalam rahim wanita. Pelbagai variasi pada IVF wujud, tetapi dalam beberapa kes yang melibatkan ketidaksuburan lelaki-contohnya, sperma yang berjuang untuk berenang-sperma mesti diekseksi melalui pembedahan dari epididimis atau testis, saluran yang panjang dan berbentuk bengkak yang menjejaskan setiap testis.
Selepas sperma dihasilkan dalam testis, mereka memulakan perjalanan yang mengerikan melalui epididimis penggulungan-yang, dalam lelaki lelaki, adalah kira-kira enam meter panjang apabila dibentangkan-dalam perjalanan mereka ke penyimpanan. Sperma mengembara epididimis selama kira-kira dua minggu; hanya pada hujung jalan ini mereka akan bergerak sepenuhnya. Jadi, sementara sperma "matang" pada asasnya boleh dibuang pada telur menunggu dan dijangka dapat mencapai persenyawaan, sperma yang diambil dari testis dan epididimis mesti disuntik terus ke telur dengan jarum yang sangat halus. Tidak kira sumber sperma, teknik-teknik ini telah menghasilkan bayi yang sihat dalam empat dekad prosedur yang berjaya.
Tetapi ahli-ahli sains tahu bahawa gen bukan keseluruhan pakej. Sepanjang hayat tunggal, genom kita kekal seperti yang asalnya ditulis. Bagaimanapun, bagaimana, kapan dan mengapa arahan genetik diikuti secara drastik berbeza tanpa mengubah manual itu sendiri-sama seperti mengutuk dengan kelantangan pada penceramah tanpa menyentuh pendawaian di dalamnya. Fenomena ini, yang dipanggil "epigenetik, " membantu menjelaskan mengapa individu-individu genetik yang serupa dalam persekitaran yang serupa, seperti kembar atau tikus makmal, masih boleh melihat dan bertindak dengan cara yang sangat berbeza. Dan perkara-perkara seperti diet atau tekanan mampu merayap volume gen kita naik dan turun.
Salah satu ahli yang paling berkuasa dari toolkit epigenetik adalah kelas molekul yang dikenali sebagai RNA kecil. RNA kecil boleh menyembunyikan maklumat genetik dari jentera selular yang melaksanakan arahan mereka, membina gen secara efektif daripada kewujudannya.
Warisan tingkah laku seorang ayah boleh hidup di dalam anaknya jika unsur epigenetiknya memasuki embrio. Sebagai contoh, tikus yang dilahirkan kepada bapa yang mengalami tekanan boleh mewarisi akibat tingkah laku kenangan traumatik. Tambahan pula, tikus tetikus dengan diet yang tidak diingini dapat melewati metabolisme yang memukau ke anak-anak mereka.
Upasna Sharma dan Colin Conine, kedua-duanya bekerja di bawah Oliver Rando, seorang profesor biokimia di Sekolah Perubatan Universiti Massachusetts, adalah beberapa penyelidik untuk melaporkan penemuan tersebut pada 2016. Dalam kerja mereka, Sharma dan Conine menyatakan bahawa, pada tikus, sementara sperma testis tidak matang mengandungi DNA yang serupa dengan sperma dewasa, penyebaran sperma yang tidak matang maklumat epigenetik yang berlainan. Ternyata sperma kecil sperma menjalani perputaran pasca ujian, memetik intel pada kesihatan jasmani bapa (atau kekurangannya) setelah diproduksi, tetapi sebelum mereka keluar dari tubuh. Bagaimanapun, perhentian pit yang tepat di mana RNA kecil tambahan ini menunggang perjalanan tidak diketahui.
Untuk menyelesaikan misteri itu, Sharma, yang mengetuai kajian pertama yang pertama, memutuskan untuk mengesan komposisi RNA kecil dalam sperma tetikus kerana mereka melarikan diri dari testis dan melaju melalui epididimis. Dia dan rakan-rakannya mengasingkan sperma beberapa umur berbeza dari tikus, termasuk mereka yang akan muncul dari testis, mereka yang memasuki bahagian awal epididimis dan mereka di bahagian akhir epididimis. Sharma terkejut mendapati bahawa banyak RNA kecil seolah-olah dibuang atau dimusnahkan apabila memasuki epididimis awal; maka, sperma yang baru dikosongkan memulangkan semula epigenetic intel yang mencerminkan keadaan bapa, yang membayangkan satu set penuh pada masa mereka meninggalkan epididimis lewat.
Terdapat hanya satu sumber yang mungkin untuk pengambilalihan RNA kecil: sel-sel epididimis-yang bermaksud bahawa sel-sel di luar sperma menghantar maklumat ke generasi masa depan.
"[Epididimis] adalah organ paling kurang diteliti dalam tubuh, " kata Rando, yang merupakan pengarang senior di kedua-dua karya. "Dan ternyata tiub ini tidak ada yang memikirkan tentang memainkan peranan penting dalam pembiakan semula."
Untuk mengesahkan bahawa epididimis adalah pelakunya, pasukan Sharma menambah penanda kimia kepada satu set RNA kecil dalam epididimis dan mengesan penghijrahan mereka. Seperti yang mereka disyaki, penghantaran kecil RNAs keluar dari sel-sel dalam epididimis dan bersatu dengan sperma. Setiap perenang tersenyum kemudian melahirkan unsur-unsur epigenetik ini hingga kesatuan terakhirnya dengan telur.
Sepertinya sperma pada titik-titik yang berbeza di sepanjang saluran pembiakan mempunyai genetik yang sama, tetapi tidak epigenetik yang sama. Adakah perbezaan ini cukup besar untuk perkara ini? Colin Conine, yang mengetuai kedua dua kajian baru ini, diuji seterusnya jika menggunakan sperma tidak matang akan memberi kesan ketara kepada anak tikus. Dia dan rakan-rakannya mengeluarkan sperma dari testis, epididimis awal dan epididimis lewat dan menyuntikkan mereka ke dalam telur. Ketiga jenis sperma dapat menyuburkan telur. Walau bagaimanapun, apabila Conine memindahkan embrio yang terhasil ke dalam pengganti tetikus, tiada yang diperolehi daripada sperma epididim awal - peringkat perantaraan yang tidak mempunyai RNA yang paling kecil yang ditanam di rahim. Sekurang-kurangnya sperma yang paling matang adalah pemenang-tetapi entah bagaimana, orang-orang di tengah-tengah terbakar, walaupun semua gen mereka utuh.
Ini membingungkan semua yang terlibat. "Tahap pertengahan ini sangat menakjubkan, " kata Rando.
Pada mulanya, para penyelidik bertanya-tanya sama ada mereka telah pun mengasingkan sperma junky yang ditakdirkan untuk dibersihkan dari epididimis awal sebelum mencapai ejakulasi. Tetapi ini sepertinya tidak berlaku: ketiga-tiga jenis sperma boleh menyuburkan telur. Satu-satunya penjelasan lain ialah kecacatan itu adalah sementara. Sekiranya ini berlaku, mungkin, jika diberi makan RNA kecil yang betul, sperma epididim awal dapat diselamatkan.
Dalam karyanya, Sharma telah mencatatkan bahawa walaupun kargo epigenetik sperma sperma dan sperma epididimal yang berlainan berbeza jauh, mereka mempunyai beberapa kumpulan yang sama-tetapi RNA kecil ini diusir dari sperma ketika mereka memasuki epididimis, kemudian dipulihkan dari sel-sel di sepanjang saluran perairan. Walaupun dibukukan dengan kejayaan, epididim awal flop adalah satu-satunya peringkat yang kekurangan unsur-unsur ini dan satu-satunya tahap tidak mampu menghasilkan embrio yang dapat implan.
Untuk menguji jika RNA kecil tertentu adalah kunci kesuburan, para penyelidik menarik RNA kecil daripada epididimis lewat dan menyuntikkan mereka ke dalam embrio yang disenyawakan dengan sperma epididim awal. Untuk mengejutkan mereka, embrio ini tidak hanya ditanam, tetapi juga menghasilkan tikus tetikus-tidak dapat dibezakan daripada embrio yang disenyawakan oleh sperma epididim yang lewat. Sperma epididim awal adalah rosak, tetapi tidak dapat dipulihkan lagi. Ini membayangkan bahawa kekurangan itu bukan kebocoran, tetapi sebahagian daripada perjalanan melalui labirin epididim. Dengan kata lain, pada jalan menuju pematangan, lelaki telah memecahkan sperma, kemudian membaiki kerosakan tersebut.
"Ia sangat pelik untuk melihat mereka kehilangan [daya maju] dan mendapatkannya kembali, " kata Sharma. Dan utiliti back-and-forth ini tetap sepenuhnya enigmatic. Tetapi apa pun sebabnya, jelas bahawa sperma berbeza-beza di sepanjang tempoh saluran pembiakan.
Mollie Manier, seorang profesor yang mempelajari genetik sperma di George Washington University dan tidak bergabung dengan kajian ini, memuji sifat ketat penyelidikan "sangat menarik" ini. "Kertas-kertas ini benar-benar menambah kefahaman kita tentang bagaimana [bapa] dapat meneruskan maklumat bukan genetik kepada anak-anak mereka, " jelasnya. Menurut Heidi Fisher, seorang profesor yang mempelajari sperma di University of Maryland dan juga tidak terlibat dalam penyelidikan, eksperimen "direka dengan elegan" ini juga dapat menjelaskan bagaimana masalah epididimis dapat menyebabkan kes-kes yang tidak dapat dijelaskan dalam ketidaksuburan lelaki.
Dalam kerja masa depan mereka, kumpulan Rando akan terus mempelajari tikus tetikus yang dijana dari sperma dari pelbagai peringkat umur, dengan tetap mencari tahu apa-apa isu jangka panjang dalam kesihatan mereka. Pasukan ini juga berharap untuk menentukan RNA kecil yang bertanggungjawab secara langsung untuk implantasi yang berjaya-dan mengapa sperma memasuki tempoh ketidakcekapan ini.
"Ada banyak warisan yang belum kita jelaskan, " kata Conine. "Tetapi haiwan bukan hanya DNA mereka." Namun, Conine memberi amaran bahawa berbeza tidak selalunya lebih buruk. Sperma spektakuler dan epididim dari manusia telah membantu, dan terus membantu, beribu-ribu di seluruh dunia mengandung anak-anak.
Ini datang dengan kaveat kecil. Ia tidak sampai tahun 1978 bahawa bayi pertama berjaya dilahirkan dengan prosedur IVF-dan walaupun beribu-ribu telah diikuti sejak, generasi ini masih muda. Setakat ini, tidak ada sebab untuk mengesyaki apa-apa kesan negatif dari in vitro berbanding konsep semula jadi; sebagai penduduk umur ini, penyelidik akan terus menyimpan tab yang hampir sama. Oleh kerana majoriti prosedur IVF dilakukan dengan sperma dewasa yang telah membersihkan epididimis lewat, Rando tidak bimbang.
Dan, dalam hal yang tidak mungkin ada kesan terhadap penggunaan sperma testis atau epididim dalam prosedur ini, Rando tetap berharap kerja masa depan akan membolehkan saintis memulihkan maklumat yang diperlukan oleh sperma yang tidak matang. Sekali-sekala, menangani epigenetik mungkin penting untuk meningkatkan teknologi pembiakan yang dibantu-dan memastikan bahawa sperma adalah matang kerana ia datang.
