Просто износ клеток: почему сперматозоиды с возрастом становятся опаснее

Когда биологи впервые начали изучать возрастное влияние на мужскую фертильность, предполагалось, что главная проблема — просто "износ" клеток.

Однако новое исследование, опубликованное в Nature, показывает: старение сперматозоидов — не пассивный процесс накопления ошибок, а активная эволюция, где естественный отбор работает… против нас.

В последние десятилетия стало очевидно, что возраст отца может повышать риск врождённых заболеваний у детей. Например, синдрома Апера или аутизма. Но до сих пор оставалось неясным, почему именно мутации в сперматозоидах накапливаются так быстро.

Ответ нашли учёные из Кембриджа и Института Фрэнсиса Крика, применив новейшую технологию NanoSeq - метод глубокого секвенирования, позволяющий анализировать отдельные молекулы ДНК с точностью, недостижимой для прежних подходов.

В исследовании участвовали 75 мужчин в возрасте от 22 до 84 лет. Учёные сравнили генетические данные сперматозоидов и соматических тканей — клеток кожи и крови. Особое внимание уделили так называемой частоте аллельных вариантов (VAF) - числу клеток, несущих ту или иную мутацию.

Результат оказался неожиданным. "Нейтральные" мутации — те, что не влияют на выживаемость клеток, — действительно накапливаются с возрастом линейно, как и предполагалось. Но вредные мутации увеличиваются в два раза быстрее, чем прогнозировали модели.

К 30 годам около 2% сперматозоидов уже несут опасные изменения, а к 70 — до 4,5%. На первый взгляд, кажется, что это просто биологическое старение. Но исследователи обнаружили другой механизм — отбор внутри тестикул.

В ткани яичек мужские половые клетки делятся миллионы раз за жизнь. Иногда в одной из них происходит драйверная мутация - изменение, которое даёт ей преимущество. Такая клетка делится быстрее и начинает доминировать, заполняя всё больше пространства.

Это напоминает микромасштабную эволюцию Дарвина внутри организма: сперматозоиды с "удачными" генами выигрывают в гонке за размножение.

Но есть проблема. Многие из этих "удачных" мутаций оказываются опасными для будущего потомства. Исследователи оценили, что две трети драйверных мутаций, повышающих выживаемость сперматозоидов, связаны с патогенными изменениями - от нарушений развития до предрасположенности к раку у детей.

По сути, природа поощряет то, что увеличивает успех сперматозоида, а не здоровье ребёнка.

Такое явление биологи называют "эгоистическим сперматогенезом". Оно иллюстрирует фундаментальный парадокс: естественный отбор работает на уровне клетки, а не вида.

Если сперматозоид с драйверной мутацией размножается эффективнее, то эта мутация распространяется, даже если в долгосрочной перспективе она вредна. Аналогичные процессы происходят в онкологии — ведь рак тоже часто начинается с клеток, получивших "преимущество" в делении.

"Это не поломка природы, а её логика", — объясняет доктор Марк Хилл, один из авторов работы. — "Система оптимизирует локальный успех, а не глобальную гармонию".

Исследование даёт новое понимание того, почему возраст отца действительно имеет значение для генетического здоровья детей. Если раньше считалось, что дело в случайных ошибках копирования ДНК, то теперь ясно, что эти ошибки активно отбираются и усиливаются.

Это открытие поможет разработать новые методы оценки репродуктивных рисков и, возможно, стратегии для их компенсации.

В перспективе технология NanoSeq может стать инструментом "генетического скрининга спермы", способным выявлять мутации до процедуры ЭКО или искусственного оплодотворения.

Открытие вновь поднимает вопросы о границах вмешательства в репродуктивные процессы. Если учёные научатся определять, какие сперматозоиды несут "рискованные" мутации, допустимо ли будет их исключать?

"Мы стоим перед новой дилеммой, где границы между естественным отбором и биотехнологическим контролем становятся всё тоньше", — отмечает профессор Анна Сандерсон, биоэтик из Лондонской школы гигиены и тропической медицины.

1. Почему вредные мутации не устраняются естественным образом?Потому что внутри мужских гонад отбор действует на уровне клеток, а не организма. Мутация может повышать шансы сперматозоида выжить, даже если снижает шансы здорового потомства.

2. Можно ли "омолодить" сперматозоиды?На данный момент нет. Однако здоровый образ жизни и контроль факторов, повышающих мутагенез (курение, радиация, некоторые лекарства), могут замедлить накопление изменений.

3. Есть ли безопасный возраст для отцовства?Медицинские данные указывают, что риск генетических патологий у детей заметно возрастает после 40 лет. Но это не значит, что отцовство в зрелом возрасте опасно — риск остаётся сравнительно низким, просто немного выше статистического.

4. Может ли технология NanoSeq стать частью стандартных обследований?Пока это исследовательский метод, требующий высокой точности и затрат. Однако в будущем он может использоваться в репродуктивных клиниках для оценки генетического риска.

Правда.Ру