Neplodnost predstavlja značajan problem na globalnoj razini: otprilike svaki osmi par ne uspijeva ostvariti želju za potomstvom unutar godine dana, ili uopće. U polovici slučajeva, razlog su poremećaji plodnosti koji proizlaze iz muškog dijela. Međutim, identificiranje genetskih uzroka takvih poremećaja plodnosti kod ljudi predstavlja izazov. Istraživačima nedostaju podaci o kvaliteti sperme i o molekularnim markerima iz dovoljno velikih skupina zdravih muškaraca reproduktivne dobi.

Ključ za bolje razumijevanje gena i mehanizama koji kontroliraju mušku plodnost stoga leži u korištenju odgovarajućih laboratorijskih životinja – u ovom slučaju, bikova.

Istraživački tim pod vodstvom Huberta Pauscha, profesora animalne genomike na ETH Zurichu, detaljno je proučavao mlade bikove kako bi istražio koji su geni aktivni u različitim tkivima reproduktivnih organa životinja i kako to utječe na njihovu plodnost. Njihovo istraživanje nedavno je objavljeno u časopisu Nature Communications.

Za potrebe ovog istraživanja, znanstvenici s Instituta za poljoprivredne znanosti koristili su uzorke testisa, epididimisa i vasa deferentia od 118 nedavno usmrćenih bikova reproduktivne dobi. Životinje nisu bile usmrćene specifično za potrebe istraživanja.

Jedan od aspekata koje su znanstvenici analizirali pomoću ovih biopsija bili su transkriptomi bikova – drugim riječima, sve prisutne glasničke RNA u svakoj vrsti tkiva, koje predstavljaju transkripte gena. To je timu omogućilo da otkrije koji su geni aktivni u kojem od tri tkiva. Na temelju te spoznaje, stvorili su odgovarajuće profile transkriptoma za bikove. Zatim su te profile usporedili s profilima ljudi i miševa.

Kroz ovo istraživanje, tim je otkrio veliki broj gena i njihovih varijanata koji su povezani s plodnošću kod bikova. Većina otkrivenih gena vjerojatno je relevantna i za mušku plodnost kod ljudi. S evolucijskog aspekta, regulacija muške plodnosti je "visoko konzervirana", objašnjava Xena Mapel, prvi autor studije. To znači da geni odgovorni za reprodukciju funkcioniraju slično među sisavcima.

"Ovi geni su usko povezani s lošom plodnošću kod bikova", kaže Mapel. "Takvi subfertilni bikovi se ne mogu pouzdano identificirati tijekom uobičajenog pregleda ejakulata. Međutim, mogu se pouzdano detektirati s našim novim marker genima."

Neplodnost predstavlja globalni izazov: svjetski podaci pokazuju da svaki osmi par ne uspijeva ostvariti želju za potomstvom unutar godine dana, ili čak nikada. U polovici slučajeva uzrok su poremećaji plodnosti koji proizlaze od muškarca. Međutim, identifikacija genetskih uzroka takvih poremećaja plodnosti kod ljudi predstavlja teškoću. Istraživačima nedostaju podaci o kvaliteti sperme i o molekularnim markerima iz dovoljno velikih skupina zdravih muškaraca reproduktivne dobi.

Put do boljeg razumijevanja gena i mehanizama koji kontroliraju mušku plodnost vodi preko odgovarajućih laboratorijskih životinja – u ovom slučaju, bikova.

Tim predvođen Hubertom Pauschom, profesorom animalne genomike na ETH Zurichu, proučavao je mlade bikove kako bi detaljno istražio koji su geni aktivni u različitim tkivima reproduktivnih organa životinja i kako to utječe na njihovu plodnost. Njihova studija nedavno je objavljena u časopisu Nature Communications.

Za potrebe ove istrage, istraživači s Instituta za poljoprivredne znanosti koristili su uzorke testisa, epididimisa i vas deferensa iz 118 svježe zaklanih bikova reproduktivne dobi. Životinje nisu bile ubijene specifično za potrebe istraživanja.

Jedan od aspekata koje su znanstvenici karakterizirali pomoću ovih biopsija bili su transkriptomi bikova – odnosno, sve prisutne glasničke RNK u svakoj vrsti tkiva, što predstavlja gene transkripte. To je omogućilo timu da sazna koji su geni aktivni u kojem od tri tkiva. Na temelju te spoznaje, stvorili su odgovarajuće profile transkriptoma za bikove. Zatim su te profile usporedili s profilima ljudi i miševa.

Kroz ovo istraživanje, tim je otkrio velik broj gena i njihovih varijanti povezanih s plodnošću kod bikova. Većina pronađenih gena vjerojatno je relevantna i za mušku plodnost kod ljudi. S obzirom na evoluciju, regulacija muške plodnosti je "visoko konzervirana", objašnjava Xena Mapel, prva autorica studije. To znači da geni odgovorni za reprodukciju funkcioniraju slično među sisavcima.

"Ovi geni su usko povezani s lošom plodnošću kod bikova," kaže Mapel. "Takvi subfertilni bikovi ne mogu se otkriti tijekom konvencionalnog pregleda ejakulata. Međutim, mogu se pouzdano detektirati s našim novim marker genima."

Iako je korištenje goveda kao modela životinje neobičan izbor, oni su idealni za takve studije. S jedne strane, geni uzgojnih bikova dobro su poznati, a s druge strane, uzgojne organizacije dobivaju ejakulat od životinja dva puta tjedno kao dio normalnih operacija. Prije nego što se razrijedi i koristi za osemenjivanje stotina krava – ili se odbaci ako je kvaliteta ejakulata loša.

Velika prednost analizirane skupine bikova jest i to što su sve životinje slične dobi. "Ova skupina je vrlo homogena. Da smo morali provesti usporedivu studiju na ljudima, morali bismo se osloniti na dobrovoljne donore, potencijalno iz svih mogućih dobnoh skupina. To bi nam dalo podatke koji su vrlo teški za usporedbu."

Podaci o plodnosti mladih muškaraca prikupljaju se godišnje od švicarskih regruta za oružane snage, ali takvi podaci teško se mogu koristiti za takve analize. "Ne znamo kakvim su utjecajima muškarci bili izloženi prije nego što su obavili test plodnosti, što će biti različito za svakog ispitanika. Štoviše, praktički je nemoguće dobiti uzorke tkiva iz njihovog reproduktivnog trakta, jer bi to zahtijevalo invazivni medicinski postupak."

Iako još nije jasno kako će novi nalazi biti inkorporirani u istraživanje ljudske plodnosti, već sada otvaraju put za bolju dijagnostiku kojom će se identificirati odgovarajući geni i njihove varijante kod uzgojnih bikova. To znači da će uzgajivači stoke vjerojatno prvi imati koristi od nalaza, budući da će im pomoći u minimiziranju financijskih gubitaka od neuspješnih umjetnih oplodnji.

Trenutačno se kvaliteta ejakulata svakog bika testira prije upotrebe, a genomi teladi analiziraju; međutim, neki neplodni bikovi i dalje prolaze nezapaženo. Ako uzgajivač oplodi krave semenom neplodnog bika, krave neće zatrudnjeti. S obzirom na to da svaka oplodnja košta 80 švicarskih franaka, to može brzo isprazniti proračun uzgajivača: tipična švicarska farme za uzgoj mliječnih krava godišnje troši nekoliko tisuća švicarskih franaka na umjetno osemenjivanje svojih krava. Ali tu ne prestaje: krave koje nisu uspješno oplodnene često uzrokuju dodatne probleme farmerima, jer ne rađaju telad i prestaju proizvoditi mlijeko, što znači da farmer mora zamijeniti te krave. A to košta.

Umjetna oplodnja sada je standard u uzgoju goveda i mliječnih krava, kao i u uzgoju svinja. U Švicarskoj se svake godine umjetno oplodi oko 800.000 krava. Prirodno parenje – kada bik prirodno pari kravu – događa se vrlo rijetko. "Održavanje bika nije jednostavno. Većina farmera nema prostora za tako veliku životinju," kaže Pausch.

Izvor: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich