Makanlah dengan buruk, dan tubuh Anda akan ingat — dan mungkin meneruskan konsekuensinya kepada anak-anak Anda. Dalam beberapa tahun terakhir, semakin banyak bukti menunjukkan bahwa sperma dapat mencatat keputusan gaya hidup seorang ayah, dan mentransfer barang bawaan ini kepada anak-anaknya. Hari ini, dalam dua studi pelengkap, para ilmuwan memberi tahu kita caranya.
Ketika sperma melintasi sistem reproduksi pria, mereka membuang dan memperoleh muatan non-genetik yang secara fundamental mengubah sperma sebelum ejakulasi. Modifikasi ini tidak hanya mengkomunikasikan keadaan ayah saat ini yang baik, tetapi juga dapat memiliki konsekuensi yang drastis pada kelangsungan hidup keturunan di masa depan.
Setiap tahun, lebih dari 76.000 anak dilahirkan sebagai hasil dari teknik reproduksi berbantuan, yang sebagian besar melibatkan beberapa jenis fertilisasi in vitro (IVF). Prosedur-prosedur ini menyatukan sel telur dan sperma di luar tubuh manusia, kemudian memindahkan sel telur yang telah dibuahi — embrio — ke dalam rahim wanita. Ada banyak variasi pada IVF, tetapi dalam beberapa kasus yang melibatkan infertilitas pria — misalnya, sperma yang berjuang untuk berenang — sperma harus diekstraksi secara pembedahan dari testis atau epididimis, saluran panjang dan berbelit-belit yang membuai masing-masing testis.
Setelah sperma diproduksi di testis, mereka memulai perjalanan yang mengerikan melalui epididimis yang berkelok-kelok — yang, pada laki-laki manusia, panjangnya sekitar enam meter ketika dibentangkan — dalam perjalanan ke penyimpanan. Sperma mengembara epididimis selama sekitar dua minggu; hanya di ujung jalan ini mereka sepenuhnya motil. Jadi, sementara sperma "dewasa" pada dasarnya dapat ditumpahkan pada telur yang menunggu dan diharapkan untuk mencapai pembuahan, sperma yang diambil dari testis dan epididimis harus disuntikkan langsung ke dalam telur dengan jarum yang sangat halus. Tidak masalah sumber sperma, teknik-teknik ini telah melahirkan bayi yang sehat dalam empat dekade prosedur yang sukses.
Tetapi para ilmuwan tahu gen bukan keseluruhan paket. Selama satu masa kehidupan, genom kita tetap seperti semula ditulis. Namun, bagaimana, kapan, dan mengapa instruksi genetik diikuti dapat berbeda secara drastis tanpa mengubah manual itu sendiri - seperti mengutak-atik volume pada speaker tanpa menyentuh kabel di dalamnya. Fenomena ini, yang disebut "epigenetik, " membantu menjelaskan mengapa individu yang secara genetis identik di lingkungan yang sama, seperti kembar atau tikus laboratorium, masih dapat melihat dan bertindak dengan cara yang sangat berbeda. Dan hal-hal seperti diet atau stres mampu menaikkan dan menurunkan volume gen kita.
Salah satu anggota paling kuat dari toolkit epigenetik adalah kelas molekul yang disebut RNA kecil. RNA kecil dapat menyembunyikan informasi genetik dari mesin seluler yang menjalankan instruksi mereka, secara efektif membuat gen tidak ada lagi.
Warisan perilaku ayah bahkan dapat hidup dalam anaknya jika elemen epigenetiknya memasuki embrio. Misalnya, tikus yang lahir dari ayah yang mengalami stres dapat mewarisi konsekuensi perilaku dari ingatan traumatis. Selain itu, ayah tikus dengan diet yang kurang dari yang diinginkan dapat memberikan metabolisme yang buruk pada anak-anak mereka.
Upasna Sharma dan Colin Conine, keduanya bekerja di bawah Oliver Rando, seorang profesor biokimia di Fakultas Kedokteran Universitas Massachusetts, adalah beberapa peneliti yang melaporkan temuan tersebut pada 2016. Dalam pekerjaan mereka, Sharma dan Conine mencatat bahwa, pada tikus, sementara sperma testis imatur mengandung DNA yang identik dengan sperma dewasa, sperma imatur menyampaikan informasi epigenetik yang berbeda. Ternyata RNA kecil sperma menjalani pergantian testis, mengambil informasi tentang kesehatan fisik ayah (atau ketiadaan) setelah mereka diproduksi, tetapi sebelum mereka keluar dari tubuh. Namun, pit stop persis di mana RNA kecil tambahan ini menumpang tetap tidak diketahui.
Untuk memecahkan misterinya, Sharma, yang memimpin studi pertama dari dua studi baru, memutuskan untuk melacak komposisi RNA kecil dalam sperma tikus saat mereka melarikan diri dari testis dan melaju melalui epididimis. Dia dan rekan-rekannya mengisolasi sperma dari beberapa usia yang berbeda dari tikus, termasuk yang akan muncul dari testis, mereka yang memasuki bagian awal epididimis dan mereka yang berada di bagian akhir epididimis. Sharma terkejut menemukan bahwa banyak RNA kecil tampaknya dibuang atau dihancurkan ketika memasuki epididimis awal; kemudian, sperma yang baru saja dikosongkan itu mendapatkan kembali intel epigenetik yang mencerminkan keadaan sang ayah, membual set lengkap pada saat mereka meninggalkan epididimis yang terlambat.
Hanya ada satu sumber yang mungkin untuk perolehan kembali RNA kecil: sel-sel epididimis — yang berarti bahwa sel-sel di luar sperma mentransmisikan informasi ke generasi mendatang.
"[Epididimis] adalah organ yang paling sedikit dipelajari dalam tubuh, " kata Rando, yang adalah penulis senior di kedua makalah. "Dan ternyata tabung ini tidak ada yang pernah berpikir untuk memainkan peran sentral dalam reproduksi."
Untuk mengonfirmasi bahwa epididimis adalah biang keladinya, tim Sharma menambahkan penanda kimia ke serangkaian RNA kecil dalam epididimis dan melacak migrasi mereka. Seperti yang mereka duga, pengiriman RNA kecil muncul dari sel-sel dalam epididimis dan menyatu dengan sperma. Setiap perenang sembunyi-sembunyi kemudian menanggung unsur-unsur epigenetik ini sampai penyatuan terakhir dengan telur.
Tampaknya sperma pada titik yang berbeda di sepanjang saluran reproduksi memiliki genetika yang sama, tetapi bukan epigenetik yang sama. Apakah perbedaan ini cukup besar? Colin Conine, yang memimpin studi kedua dari dua studi baru, selanjutnya diuji apakah menggunakan sperma yang belum matang akan memiliki efek nyata pada keturunan tikus. Dia dan rekan-rekannya mengekstraksi sperma dari testis, epididimis awal dan epididimis akhir dan menyuntikkannya ke dalam telur. Ketiga jenis sperma ini mampu membuahi sel telur. Namun, ketika Conine mentransfer embrio yang dihasilkan menjadi pengganti tikus, tidak ada yang berasal dari sperma epididimis awal — tahap menengah tanpa sebagian besar RNA kecil — yang ditanamkan di dalam rahim. Sperma yang paling sedikit dan paling dewasa dari kelompok itu adalah pemenang — tetapi entah bagaimana, mereka yang berada di tengah terbakar, meskipun semua gen mereka utuh.
Ini membingungkan semua yang terlibat. "Tahap rusak antara ini benar-benar menakjubkan, " kata Rando.
Pada awalnya, para peneliti bertanya-tanya apakah mereka entah bagaimana mengisolasi sperma rongsokan yang ditakdirkan untuk dibersihkan dari epididimis awal sebelum mencapai ejakulasi. Tapi sepertinya tidak demikian: ketiga jenis sperma bisa membuahi sel telur. Satu-satunya penjelasan lain adalah bahwa cacat itu sementara. Jika ini masalahnya, maka mungkin, jika diberi RNA kecil yang tepat, sperma epididimis awal bisa diselamatkan.
Dalam karyanya, Sharma mencatat bahwa sementara muatan epigenetik dari sperma testis dan sperma epididimis akhir sangat berbeda, mereka memiliki beberapa kelompok yang sama — tetapi RNA kecil ini diusir dari sperma ketika mereka memasuki epididimis, kemudian diperoleh kembali dari sel-sel di sepanjang saluran berkelok-kelok. Meskipun dibuktikan keberhasilan, kegagalan epididimis awal adalah satu-satunya tahap yang kekurangan unsur-unsur ini — dan satu-satunya tahap yang tidak mampu menghasilkan embrio yang dapat ditanamkan.
Untuk menguji apakah RNA kecil ini merupakan kunci kesuburan, para peneliti menarik RNA kecil dari epididimis akhir dan menyuntikkannya ke dalam embrio yang dibuahi dengan sperma epididimis awal. Yang mengherankan mereka, embrio-embrio ini tidak hanya ditanamkan, tetapi juga menghasilkan anak-anak tikus — tidak dapat dibedakan dengan embrio yang dibuahi oleh sperma epididimis yang terlambat. Sperma epididimis awal adalah cacat, tetapi tidak dapat dipulihkan. Ini mengisyaratkan bahwa kekurangan itu bukan kebetulan, tetapi bagian normal dari perjalanan melalui labirin epididim. Dengan kata lain, di jalan menuju kedewasaan, laki-laki memecahkan sperma, lalu memperbaiki kerusakan.
“Sangat aneh melihat mereka kehilangan [viabilitas] dan mendapatkannya kembali, ” kata Sharma. Dan kegunaan bolak-balik ini sepenuhnya membingungkan. Tapi apa pun alasannya, jelas bahwa sperma sangat bervariasi di sepanjang saluran reproduksi.
Mollie Manier, seorang profesor yang mempelajari genetika sperma di George Washington University dan tidak berafiliasi dengan penelitian ini, memuji sifat keras dari penelitian "sangat menarik" ini. “Makalah ini benar-benar menambah pemahaman kita tentang [bagaimana] ayah dapat memberikan informasi non-genetik kepada anak-anak mereka, ” jelasnya. Menurut Heidi Fisher, seorang profesor yang mempelajari sperma di Universitas Maryland dan juga tidak berpartisipasi dalam penelitian ini, percobaan yang "dirancang dengan elegan" ini juga dapat menjelaskan bagaimana masalah dengan epididimis dapat menyebabkan kasus infertilitas pria yang tidak dapat dijelaskan.
Dalam pekerjaan mereka di masa depan, kelompok Rando akan terus mempelajari anak-anak tikus yang dihasilkan dari sperma dari berbagai usia, menjaga dengan cermat setiap masalah jangka panjang dalam kesehatan mereka. Tim juga berharap untuk menentukan RNA kecil mana yang bertanggung jawab langsung atas keberhasilan implantasi — dan mengapa sperma memasuki periode ketidakmampuan yang membingungkan ini.
"Ada banyak warisan yang belum kami jelaskan, " kata Conine. "Tapi hewan bukan hanya DNA mereka." Namun, Conine memperingatkan bahwa perbedaan tidak selalu berarti lebih buruk. Sperma testis dan epididimis dari manusia telah membantu, dan terus membantu, ribuan di seluruh dunia mengandung anak.
Ini dilengkapi dengan peringatan kecil. Tidak sampai tahun 1978 bayi pertama berhasil lahir dari prosedur IVF - dan meskipun ribuan telah mengikuti sejak itu, generasi ini masih muda. Sampai sekarang, tidak ada alasan untuk mencurigai adanya konsekuensi negatif dari konsepsi in vitro versus alami; seiring bertambahnya usia populasi ini, para peneliti akan terus mengawasi. Karena sebagian besar prosedur IVF dilakukan dengan sperma matang yang telah membersihkan epididimis akhir, Rando tidak peduli.
Dan, dalam kasus yang tidak terduga bahwa ada akibat menggunakan sperma testis atau epididimis dalam prosedur ini, Rando tetap berharap bahwa pekerjaan di masa depan akan memungkinkan para ilmuwan untuk mengembalikan informasi yang diperlukan yang mungkin dimiliki oleh sperma yang belum matang. Suatu hari, mengatasi epigenetik mungkin merupakan kunci untuk meningkatkan teknologi reproduksi berbantuan — dan memastikan bahwa sperma sudah seatur mereka datang.
