تاثیرات محیطی از طریق اسپرم به فرزند منتقل می‌شوند

اسپرم می‌تواند چیزی خیلی بیشتر از DNA را به نسل بعد منتقل کند. پژوهشگران اکنون برای اولین بار فهمیده‌اند سوییچ‌های شیمیایی متصل به ژنوم‌های اسپرم که با نام تگ‌های اپی‌ژنتیکی «وراژنتیکی» شناخته می‌شوند، در تعیین صفات نسل بعد موثر هستند. این یافته می‌تواند نشان دهد که چگونه تجربیات زندگی یک پدر، می‌تواند در اسپرم او تغییرات اپی‌ژنتیکی ایجاد کند و باعث بوجود آمدن صفاتی خاص در فرزند شود. کشف جدید می‌تواند گام بزرگی در جهت شناخت بهتر وراثت باشد.

در طول زندگی، شرایط محیطی باعث ایجاد تغییر در فعالیت‌ ژن‌های ما می‌شوند. شرایط محیطی باعث می‌شوند که بعضی از ژن‌های ما فعال یا غیر فعال شوند. در عین حال DNA ما تغییر نمی‌کند. این تغییرات در ژن‌ها، یعنی اضافه یا کم شدن تگ‌های شیمیایی تنظیمی، با استفاده از اپی‌ژنتیک انجام می‌شود. مثلا نوع رژیم غذایی افراد یا سیگار کشیدن می‌تواند تغییرات اپی‌ژنتیکی ایجاد کند. بسیاری از سرطان‌ها به همین شکل ایجاد می‌شوند.

طی یک دهه‌ی گذشته، در پژوهش‌های مختلفی مشخص شده که بعضی عوامل محیطی استرس‌زا می‌توانند باعث تاثیر روی سلامت فرزندان یا حتی نوه‌های انسان شوند. مثلا در پژوهشی مناقشه برانگیز که روی یک موش آزمایشگاهی صورت گرفته، مشخص شده که حتی ترس از یک بوی خاص می‌تواند به صورت اپی‌ژنتیکی به نسل بعد منتقل شود.

معنی تمام این حرف‌ها این است که تجربیات زندگی پدر می‌تواند روی صفات فرزند تاثیرگذار باشد. تا چند دهه‌ی پیش تصور می‌شد که صفات اکتسابی قابل انتقال به نسل بعد نیستند. چندی پیش در پژوهشی که روی والدین انگلیسی انجام شده بود، مشخص شد آن‌هایی که پیش از بلوغ، سیگار کشیدن را شروع کرده بودند، فرزندانشان در سن ۹ سالگی چاق می‌شدند. یا اینکه در سوئد پژوهشی انجام دادند و فهمیدند آن‌هایی که پدربزرگ و مادربزرگ‌هایشان بین سنین ۹ تا ۱۲ سال گرسنگی کشیده‌ بودند، بیشتر عمر می‌کردند. پژوهشی در سال ۲۰۱۳ نشان داد که حتی خاطرات می‌توانند به صورت اپی‌ژنتیکی منتقل شوند. پژوهشگران هربار که برای موش‌های آزمایشگاهی رایحه‌ی شیرین پخش می‌کردند، به آن‌ها شوک الکتریکی می‌دادند. سپس دیگر آن‌ها شرطی شده و هر بار که رایحه را می‌شنیدند، دچار استرس می‌شدند. نسل بعدی این موش‌ها هم دقیقا با استشمام رایحه‌ی شیرین دچار استرس می‌شدند و این درحالیست که هیچ‌وقت شوک الکتریکی دریافت نکرده بودند.

ژن‌های اسپرم و تخم حامل تگ‌های اپی‌ژنتیکی هستند. ولی نشان دادن اینکه تغییر آن‌ها واقعا روی فرزندان تاثیر می‌گذارد خیلی مشکل است. اکنون «جروم جولین» از دانشگاه کمبریج به همراه همکارانش برای اولین بار نشان داده‌اند که تگ‌های اپی‌ژنتیکی می‌توانند «بیان ژن» (Gene Expression) را در رویان تغییر دهند و این تگ‌ها برای رشد سالم ضروری هستند.

آن‌ها رویان قورباغه‌هایی که از اسپرم بوجود آمده بودند را با رویان قورباغه‌هایی که از اسپرماتیدها درست شده بودند مقایسه کردند. رویان‌هایی که از اسپرم بوجود آمده بودند خیلی بهتر رشد کردند. این درحالیست که تنها تفاوت بین اسپرم و اسپرماتید، در اپی‌ژنتیک آن‌ها است.

وقتی اسپرماتید‌ها رشد می‌کنند و به اسپرم تبدیل می‌شوند، بعضی از تگ‌های اپی‌ژنتیکی خود را از دست می‌دهند. به خصوص آن‌هایی که می‌توانند ژن‌ها را فعال کنند. ولی تگ دیگری که باعث غیر فعال شدن فعالیت ژن می‌شود، باقی می‌ماند. پژوهشگران برای اینکه بفهمند آیا اثر آن‌ها بر نسل بعد باقی می‌ماند، از آن‌ها را حذف کردند.

تا به حال کسی نتوانسته بود این کار را انجام دهد چرا که دستکاری DNA در اسپرم مشکل است. در عوض پژوهشگران به سراغ دستکاری سلول تخم رفتند. آن‌ها تخم‌هایی ساختند که دارای آنزیم‌هایی بودند که وقتی اسپرم یا اسپرماتید برای بارورسازی وارد آن‌ها می‌شد، انواع خاصی از تگ‌ها را حذف می‌کردند.

با حذف ترکیب‌های مختلف تگ‌ها، پژوهشگران فهمیدند آن‌هایی که به طور معمول در اسپرم باقی می‌مانند برای رشد رویانی مهم هستند. حذف آن‌ها باعث بوجود آمدن بیان ژنی ناهنجار در رویان و در نتیجه رشد مشکل‌دار جنین می‌شود. جولین می‌گوید که قبلا تصور می‌شد اسپرم صرفا کد ژنتیکی فرد مذکر را به رویان منتقل می‌کند. ولی اکنون آن‌ها نشان داده‌اند که اطلاعات اپی‌ژنتیکی به اسپرم متصل هستند که بیان ژن‌ها در رویان را تحت تاثیر قرار می‌دهند. این ژن‌ها برای تعیین مسیر چگونگی رشد رویان مهم هستند.

میراث پدری

ما می‌دانیم که شرایط محیطی می‌تواند باعث تغییر در اسپرم مردها شود. برای مثال مردهای چاق دارای تعداد زیادی تگ اپی‌ژنتیکی خاص روی اسپرم‌هایشان هستند که در اسپرم مردهای با وزن عادی وجود ندارد. ولی تا به حال نمی‌دانستیم که این تگ‌ها می‌توانند نسل بعد را تحت تاثیر قرار دهند یا خیر.

اکنون که تیم جولین توانسته‌ نشان دهد بعضی تگ‌ها در اسپرم برای رشد سالم رویان مناسب هستند، مشخص می‌شود آن‌ تگ‌هایی که بر اثر شرایط محیطی زندگی پدر دچار تغییرات شده‌اند، می‌توانند نسل بعدی را هم تحت تاثیر قرار دهند.

به بیان ساده‌تر، اگر پدر در طول زندگی‌اش تجربه‌ای داشته باشد که باعث تغییر اپی‌ژنتیکی در سلول‌های اسپرم شود، این تغییرات می‌توانند به فرزندان هم منتقل شوند.