Φάτε άσχημα και το σώμα σας θα θυμάται - και ενδεχομένως να περάσει τις συνέπειες στα παιδιά σας. Τα τελευταία χρόνια, τα αυξανόμενα στοιχεία έδειξαν ότι το σπέρμα μπορεί να λάβει υπόψη τις αποφάσεις για τον τρόπο ζωής ενός πατέρα και να μεταφέρει αυτές τις αποσκευές στους απογόνους. Σήμερα, σε δύο συμπληρωματικές μελέτες, οι επιστήμονες μας λένε πώς.
Καθώς το σπέρμα διασχίζει το αρσενικό αναπαραγωγικό σύστημα, απομακρύνονται και αποκτούν μη γενετικό φορτίο που μεταβάλλει θεμελιωδώς το σπέρμα πριν από την εκσπερμάτιση. Αυτές οι τροποποιήσεις δεν μεταδίδουν μόνο την τρέχουσα κατάσταση ευημερίας του πατέρα, αλλά μπορούν επίσης να έχουν δραστικές συνέπειες στη βιωσιμότητα των μελλοντικών απογόνων.
Κάθε χρόνο, πάνω από 76.000 παιδιά γεννιούνται ως αποτέλεσμα των τεχνικών υποβοηθούμενης αναπαραγωγής, η πλειοψηφία των οποίων περιλαμβάνει κάποιο είδος γονιμοποίησης in vitro (IVF). Αυτές οι διαδικασίες ενώνουν το ωάριο και το σπέρμα έξω από το ανθρώπινο σώμα, στη συνέχεια μεταφέρουν το γονιμοποιημένο ωάριο-το έμβρυο- σε μήτρα μιας γυναίκας. Πολλές παραλλαγές στην εξωσωματική γονιμοποίηση υπάρχουν, αλλά σε μερικές περιπτώσεις που αφορούν την ανδρική στειρότητα - για παράδειγμα, σπερματοζωάρια που αγωνίζονται να κολυμπήσουν-σπερματοζωάρια πρέπει να εξαχθούν χειρουργικά από τους όρχεις ή την επιδιδυμίδα, ένα μακρόστενο, σπειροειδές αγωγό που λικνίζει κάθε όρχι.
Αφού τα σπερματοζωάρια παράγονται στους όρχεις, ξεκινούν ένα τρομερό ταξίδι μέσα από την περιτυλιγμένη επιδιδυμίτιδα - η οποία, σε ένα ανθρώπινο αρσενικό, έχει μήκος περίπου έξι μέτρα όταν ξετυλίγεται - στο δρόμο προς την αποθήκευση. Η σπέρμα περιπλανιέται την επιδιδυμίδα για περίπου δύο εβδομάδες. μόνο στο τέλος αυτού του μονοπατιού είναι πλήρως κινητοί. Έτσι, ενώ το "ώριμο" σπέρμα μπορεί ουσιαστικά να πέσει σε ένα ωάριο που αναμένεται και λογικά αναμένεται να επιτύχει τη γονιμοποίηση, το σπέρμα που απομακρύνεται από τους όρχεις και την επιδιδυμίδα πρέπει να εγχέεται απευθείας στο αυγό με μια πολύ λεπτή βελόνα. Ανεξάρτητα από την πηγή του σπέρματος, αυτές οι τεχνικές έχουν γεννήσει υγιή βρέφη σε τέσσερις δεκαετίες επιτυχημένων διαδικασιών.
Αλλά οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι τα γονίδια δεν είναι ολόκληρη η συσκευασία. Κατά τη διάρκεια μιας ενιαίας διάρκειας ζωής, τα γονιδιώματα παραμένουν όπως είχαν αρχικά γραφτεί. Ωστόσο, πώς και πότε ακολουθούνται οι γενετικές οδηγίες μπορούν να διαφέρουν δραστικά χωρίς να αλλάξουν το ίδιο το εγχειρίδιο - όπως και το να παίζεις με τον τόμο σε ένα ηχείο χωρίς να αγγίζεις την καλωδίωση μέσα. Αυτό το φαινόμενο, που ονομάζεται "επιγενετική", εξηγεί γιατί τα γενετικά όμοια άτομα σε παρόμοια περιβάλλοντα, όπως τα δίδυμα ή τα εργαστηριακά ποντίκια, μπορούν να φαίνονται και να ενεργούν με πολύ διαφορετικούς τρόπους. Και τα πράγματα όπως η διατροφή ή το άγχος είναι ικανά να στροβιλίσουν τον όγκο των γονιδίων μας πάνω και κάτω.
Ένα από τα πιο ισχυρά μέλη της επιγενετικής εργαλειοθήκης είναι μια κατηγορία μορίων που ονομάζονται μικρά RNAs. Τα μικρά RNA μπορούν να αποκρύψουν τις γενετικές πληροφορίες από τον κυτταρικό μηχανισμό που εκτελεί τις οδηγίες τους, εξαιτίας των γονιδίων ghosting.
Η κληρονομιά της συμπεριφοράς του μπαμπά μπορεί ακόμη και να ζει στο παιδί του αν τα επιγενετικά του στοιχεία εισέλθουν σε ένα έμβρυο. Για παράδειγμα, τα ποντίκια που γεννιούνται από πατέρες που βιώνουν άγχος μπορούν να κληρονομήσουν τις συμπεριφορικές συνέπειες των τραυματικών μνημών. Επιπλέον, ο μπαμπάς ποντικιών με λιγότερες από τις επιθυμητές δίαιτες μπορεί να περάσει ένα νευρικό μεταβολισμό στα παιδιά τους.
Η Upasna Sharma και ο Colin Conine, που εργάστηκαν υπό τον Oliver Rando, καθηγητή βιοχημείας στο Πανεπιστήμιο της Ιατρικής Σχολής της Μασαχουσέτης, ήταν μερικοί από τους ερευνητές να αναφέρουν τέτοια ευρήματα το 2016. Στο έργο τους, οι Sharma και Conine σημείωσαν ότι σε ποντίκια τα ανώριμα σπερματοζωάρια περιέχουν όμοιο DNA με το ώριμο σπέρμα, τα ανώριμα σπερματοζωάρια αναμεταδίδουν διαφορετικές επιγενετικές πληροφορίες. Αποδεικνύεται ότι τα μικρά RNA των σπερματοζωαρίων υποβάλλονται σε μετα-όρχεις κύκλους εργασιών, παίρνουν πληροφορίες για τη σωματική υγεία του πατέρα (ή την έλλειψή τους) μετά την παρασκευή τους, αλλά πριν εξέρχονται από το σώμα. Εντούτοις, η ακριβής στάση στο οποίο έπεσαν τα πρόσθετα αυτά μικρά RNAs παρέμεινε άγνωστη.
Για να λύσει το μυστήριο, ο Sharma, ο οποίος οδήγησε την πρώτη από τις δύο νέες μελέτες, αποφάσισε να παρακολουθήσει τη σύνθεση των μικρών RNA μέσα στο σπέρμα ποντικιών καθώς έφυγαν από τους όρχεις και έτρεχαν στην επιδιδυμία. Αυτή και οι συνάδελφοί της απομόνωσαν σπέρμα διαφόρων ηλικιών από ποντίκια, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που πρόκειται να εξέλθουν από τους όρχεις, εκείνους που εισέρχονται στο πρώιμο τμήμα της επιδιδυμίδας και εκείνοι στο τέλος της επιδιδυμίδας. Ο Sharma εκπλήσσεται από το γεγονός ότι πολλά μικρά RNA φαίνονταν να απορρίπτονται ή να καταστρέφονται κατά την είσοδο στην πρώιμη επιδιδυμία. τότε το νεοσύστατο σπέρμα επανέκτησε επιγενετική πληροφορία που αντανακλούσε την κατάσταση του πατέρα του, έχοντας ένα πλήρες σύνολο από τη στιγμή που έφυγαν από την καθυστερημένη επιδιδυμία.
Υπήρχε μόνο μία πιθανή πηγή για την εκ νέου εκκαθάριση RNA: τα κύτταρα της επιδιδυμίδας - που σήμαινε ότι τα κύτταρα έξω από το σπέρμα μεταδίδουν πληροφορίες σε μελλοντικές γενιές.
"[Η επιδιδυμίδα] είναι το λιγότερο μελετημένο όργανο στο σώμα", λέει ο Ράντο, ο οποίος ήταν ανώτερος συγγραφέας και στις δύο εργασίες. "Και αποδεικνύεται ότι αυτός ο σωλήνας που κανείς δεν σκέφτεται ποτέ παίζει κεντρικό ρόλο στην αναπαραγωγή."
Για να επιβεβαιώσει ότι η επιδιδυμίδα ήταν ο ένοχος, η ομάδα του Sharma πρόσθεσε έναν χημικό δείκτη σε ένα σύνολο μικρών RNA στην επιδιδυμίδα και παρακολούθησε τη μετανάστευσή τους. Όπως υποπτεύονταν, μικροσκοπικές αποστολές RNA ξεπήδησαν από τα κύτταρα στην επιδιδυμίδα και συντήχθηκαν με το σπέρμα. Κάθε μυστικός κολυμβητής έφερε τότε αυτά τα επιγενετικά στοιχεία μέχρι την τελική ένωση με το αυγό.
Φάνηκε ότι το σπέρμα σε διαφορετικά σημεία της αναπαραγωγικής οδού είχε την ίδια γενετική, αλλά όχι τα ίδια επιγενετικά. Ήταν αυτή η διαφορά αρκετά μεγάλη ώστε να έχει σημασία; Ο Colin Conine, ο οποίος οδήγησε τη δεύτερη από τις δύο νέες μελέτες, έπειτα δοκιμάστηκε εάν χρησιμοποιούσε ανώριμα σπερματοζωάρια θα είχε αξιοσημείωτες επιπτώσεις στους απογόνους των ποντικών. Αυτός και οι συνάδελφοί του εξήγαγαν το σπέρμα από τους όρχεις, την πρώιμη επιδιδυμίτιδα και την καθυστερημένη επιδιδυμίδα και τα έβαζαν σε αυγά Και οι τρεις τύποι σπέρματος ήταν σε θέση να γονιμοποιήσουν τα αυγά. Ωστόσο, όταν η Conine μεταφέρει τα προκύπτοντα έμβρυα σε υποκατάστατα ποντικών, καμία δεν προέρχεται από πρώιμο επιδιδυμικό σπέρμα - το ενδιάμεσο στάδιο που στερείται των περισσότερων μικρών RNA - εμφυτεύεται στη μήτρα. Το μικρότερο και πιο ώριμο σπέρμα του τσαμπιού ήταν νικητές - αλλά κατά κάποιον τρόπο, όσοι στη μέση είχαν καεί, αν και όλα τα γονίδιά τους ήταν άθικτα.
Αυτό ήταν αινιγματικό για όλους τους εμπλεκόμενους. "Αυτό το ενδιάμεσο σπασμένο στάδιο ήταν πραγματικά εκπληκτικό", λέει ο Rando.
Αρχικά, οι ερευνητές αναρωτήθηκαν αν είχαν απομονώσει με κάποιο τρόπο απομονωμένο σπερματοζωάριο καταδικασμένο να απομακρυνθεί από την πρώιμη επιδιδυμίδα πριν φτάσει στο εκσπερμάτιό. Αλλά αυτό δεν φαίνεται να συμβαίνει: Και οι τρεις τύποι σπέρματος θα μπορούσαν να γονιμοποιήσουν τα αυγά. Η μόνη άλλη εξήγηση ήταν ότι το ελάττωμα ήταν προσωρινό. Αν συνέβαινε αυτό, ίσως, εάν τροφοδοτούσαν τα σωστά μικρά RNAs, το πρώιμο επιδιδυμικό σπέρμα θα μπορούσε να σωθεί.
Στο έργο της, η Sharma είχε παρατηρήσει ότι ενώ το επιγενετικό φορτίο του σπέρματος των όρχεων και του όψιμου σπέρματος επιδιδυμμάτων διαφέρει πολύ, είχαν μερικές κοινές ομάδες - αλλά αυτά τα μικρά RNA εκδιώχθηκαν από το σπέρμα καθώς εισήλθαν στην επιδιδυμίδα και στη συνέχεια επανακτήθηκαν από τα κύτταρα κατά μήκος τον ποταμό. Αν και με επιτυχία, το πρώιμο επιδιδυμικό πτώμα ήταν το μόνο στάδιο στο οποίο δεν υπήρχαν αυτά τα στοιχεία - και το μόνο στάδιο που ήταν ανίκανο να δημιουργήσει ένα εμφυτεύσιμο έμβρυο.
Για να ελεγχθεί εάν αυτά τα συγκεκριμένα μικρά RNAs ήταν το κλειδί για τη γονιμότητα, οι ερευνητές τράβηξαν μικρά RNAs από την καθυστερημένη επιδιδυμίδα και έκαναν έγχυση τους σε έμβρυα γονιμοποιημένα με πρώιμο επιδιδυμικό σπέρμα. Προς έκπληξή τους, αυτά τα έμβρυα όχι μόνο εμφυτεύτηκαν, αλλά επίσης έδωσαν νεογνά ποντικού - δεν μπορούσαν να διακριθούν από έμβρυα γονιμοποιημένα από όψιμο επιδιδυμικό σπέρμα. Το πρώιμο επιδιδυμικό σπέρμα ήταν ελαττωματικό, αλλά όχι μη αναστρέψιμα. Αυτό υπονοούσε ότι η ανεπάρκεια δεν ήταν χαλαρή, αλλά ένα φυσιολογικό μέρος του ταξιδιού μέσω του επιδιδυμυικού λαβυρίνθου. Με άλλα λόγια, στο δρόμο προς την ωρίμανση, οι άνδρες έσπαζαν το σπέρμα και στη συνέχεια αποκαθιστούσαν τη ζημιά.
"Είναι πολύ περίεργο να τα βλέπεις να χάνουν [βιωσιμότητα] και να το κερδίζουν", λέει ο Sharma. Και η χρησιμότητα αυτού του μπροστά και πίσω παραμένει εντελώς αινιγματική. Αλλά όποιος και αν είναι ο λόγος, είναι σαφές ότι το σπερματοζωάριο ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό κατά μήκος του αναπαραγωγικού συστήματος.
Ο Mollie Manier, καθηγητής που μελετά τη γενετική του σπέρματος στο Πανεπιστήμιο George Washington και δεν ήταν συνδεδεμένος με τη μελέτη, επαίνεσε την αυστηρή φύση αυτής της "πολύ συναρπαστικής" έρευνας. "Αυτά τα χαρτιά προσθέτουν πραγματικά στην κατανόησή μας για το πώς οι μπαμπάδες μπορούν να περάσουν μη γενετικές πληροφορίες στα παιδιά τους", εξηγεί. Σύμφωνα με την Heidi Fisher, καθηγητή που μελετά το σπέρμα στο Πανεπιστήμιο του Maryland και επίσης δεν συμμετείχε στην έρευνα, αυτά τα "κομψά σχεδιασμένα" πειράματα μπορούν επίσης να ρίξουν φως στο πώς τα προβλήματα με την επιδιδυμίτιδα θα μπορούσαν να προκαλέσουν αλλοιώς ανεξήγητες περιπτώσεις ανδρικής στειρότητας.
Στο μελλοντικό τους έργο, η ομάδα του Rando θα συνεχίσει να μελετά τα κουτάβια ποντικιών που παράγονται από σπερματοζωάρια διαφόρων ηλικιών, παρακολουθώντας προσεκτικά οποιαδήποτε μακροπρόθεσμα ζητήματα στην υγεία τους. Η ομάδα ελπίζει επίσης να εντοπίσει ποια μικρά RNAs είναι άμεσα υπεύθυνα για την επιτυχή εμφύτευση - και γιατί το σπερματοζωάριο εισέρχεται σε αυτή την καταπληκτική περίοδο ανικανότητας.
"Υπάρχει μεγάλη κληρονομιά που δεν έχουμε εξηγήσει ακόμα", λέει ο Conine. "Αλλά τα ζώα δεν είναι μόνο το DNA τους." Ωστόσο, Conine προειδοποιεί ότι διαφορετικά δεν σημαίνει πάντα χειρότερα. Το όρχελο και το επιδιδυμικό σπέρμα από τους ανθρώπους βοήθησαν και συνέχισαν να βοηθούν χιλιάδες άνθρωποι σε όλο τον κόσμο συλλάβουν παιδιά.
Αυτό έρχεται με μια μικρή προειδοποίηση. Μόλις το 1978 το πρώτο μωρό γεννήθηκε με επιτυχία από μια διαδικασία εξωσωματικής γονιμοποίησης - και παρόλο που έχουν ακολουθήσει χιλιάδες από τότε, αυτή η γενιά είναι ακόμα νεαρή. Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχει κανένας λόγος να υποψιαζόμαστε τις αρνητικές συνέπειες του in vitro έναντι της φυσικής αντίληψης. καθώς αυτός ο πληθυσμός γερνάει, οι ερευνητές θα συνεχίσουν να κρατούν στενά καρτέλες. Δεδομένου ότι η πλειοψηφία των διαδικασιών IVF πραγματοποιούνται με ώριμο σπέρμα που έχει εκκαθαρίσει την όψιμη επιδιδυμίτιδα, δεν ανησυχεί το Rando.
Και στην απίθανη περίπτωση που υπάρχουν επιπτώσεις στη χρήση του όρχεως ή του επιδιδυμικού σπέρματος στις διαδικασίες αυτές, ο Rando εξακολουθεί να ελπίζει ότι η μελλοντική δουλειά θα επιτρέψει στους επιστήμονες να αποκαταστήσουν τις απαραίτητες πληροφορίες που μπορεί να στερούνται ανώριμων σπερματοζωαρίων. Κάποια μέρα, η αντιμετώπιση της επιγενετικής μπορεί να είναι το κλειδί για την ενίσχυση της τεχνολογίας υποβοηθούμενης αναπαραγωγής και για να διασφαλιστεί ότι τα σπερματοζωάρια είναι τόσο ώριμα όσο έρχονται.
