Бесплодие — широко распространенная проблема: во всем мире каждая восьмая пара не может реализовать свое желание иметь детей в течение года или даже вообще. В половине случаев это связано с нарушениями фертильности, исходящими от мужского пола. Однако трудно выявить генетические причины таких нарушений фертильности у человека. У исследователей нет данных о качестве спермы и молекулярных маркерах достаточно больших когорт здоровых мужчин репродуктивного возраста.
Таким образом, путь к лучшему пониманию того, какие гены и механизмы контролируют мужскую фертильность, лежит через подходящих лабораторных животных — в данном случае быков.
Исследовательская группа под руководством Хуберта Пауша, профессора геномики животных в ETH Zurich, изучала молодых бычков, чтобы детально выяснить, какие гены активны в различных тканях репродуктивных органов животных и как это влияет на их плодовитость. Их исследование было недавно опубликовано в журнале Nature Communications .
Для этого исследования исследователи из Института сельскохозяйственных наук использовали образцы яичек, придатков яичек и семявыносящих протоков от 118 свежеубитых быков репродуктивного возраста. Специально для исследования животных не убивали.
С помощью этих биопсий ученые охарактеризовали транскриптомы быков — другими словами, все информационные РНК, присутствующие в каждом виде тканей и представляющие собой транскрипты генов. Это позволило команде выяснить, какие гены активны в какой из трех тканей. Основываясь на этих знаниях, они создали соответствующие профили транскриптома для быков. Затем они сравнили эти профили с профилями людей и мышей.
Благодаря этому исследованию команда обнаружила большое количество генов и их вариантов, которые связаны с плодовитостью быков. Большинство обнаруженных генов, вероятно, также имеют отношение к мужской фертильности у людей. С точки зрения эволюции, регуляция мужской фертильности «высоко консервативна», объясняет Зена Мэйпел, первый автор исследования. Это означает, что гены, ответственные за размножение, у млекопитающих действуют одинаково.
«Эти гены тесно связаны с плохой плодовитостью быков», — говорит Мэйпел. «Такие субфертильные быки не выявляются при обычном скрининге эякулята. Однако их можно надежно обнаружить с помощью наших новых маркерных генов».
Необычная модель животного
Хотя крупный рогатый скот является необычным выбором в качестве модели животного, он идеально подходит для таких исследований. Во-первых, гены племенных быков хорошо изучены, а во-вторых, племенные организации получают эякулят от животных два раза в неделю в рамках обычных операций. Его тщательно анализируют, прежде чем разбавить и использовать для осеменения сотен коров, или выбрасывают, если качество эякулята плохое.
Анализируемая здесь когорта быков также имеет большое преимущество: все животные одного возраста. «Эта когорта очень однородна. Если бы нам пришлось провести сопоставимое исследование на мужчинах, нам пришлось бы полагаться на добровольных доноров, потенциально во всех возможных возрастных группах. Это дало бы нам данные, которые очень трудно сравнивать».
Данные о рождаемости молодых мужчин собираются ежегодно от швейцарских призывников в вооруженные силы , но их вряд ли можно использовать для такого анализа. «Мы не знаем, какому влиянию подвергались мужчины до того, как они прошли тест на фертильность, который будет разным для каждого испытуемого. Кроме того, практически невозможно получить образцы тканей из их репродуктивных путей, поскольку это повлечет за собой инвазивное медицинское вмешательство». процедура."
Выводы, которые принесут пользу животноводам
Пока неясно, как новые результаты будут включены в исследования фертильности человека, но они уже прокладывают путь к лучшей диагностике, с помощью которой можно будет идентифицировать соответствующие гены и их варианты у племенных быков. Это означает, что животноводы, вероятно, будут первыми, кто выиграет от результатов, поскольку они помогут минимизировать финансовые потери от неудачного искусственного осеменения.
В настоящее время перед использованием каждый бычий эякулят проверяется на качество и анализируются геномы телят; однако некоторые бесплодные быки все же проскакивают. Если заводчик осеменяет коров спермой бесплодного быка, коровы не забеременеют.
А поскольку каждое осеменение стоит 80 швейцарских франков, это вскоре может съесть бюджет заводчика: типичная швейцарская молочная ферма тратит несколько тысяч швейцарских франков в год на искусственное осеменение своего стада коров. Но на этом все не заканчивается: неудачно оплодотворенные коровы часто доставляют фермерам дополнительные проблемы, поскольку они не рожают телят и больше не дают молока, а значит, фермеру приходится их заменять. А это стоит денег.
Искусственное осеменение в настоящее время является стандартом в мясном и молочном скотоводстве, а также в свиноводстве. В Швейцарии ежегодно искусственно осеменяют около 800 000 коров. Естественные спаривания — когда бык спаривается с коровой естественным путем — происходят очень редко. «Вырастить быка непросто. У большинства фермеров нет места для такого большого животного», — говорит Пауш.
