Biologisk undersøgelse tyder på, at fædres ernæring før sex kan bidrage til babyens sundhed

Læger har længe understreget vigtigheden af ​​god ernæring for vordende mødre.

Nu siger biologer ved University of Cincinnati, at faderens kost kan spille en lignende rolle for en babys helbred.

Biologiprofessorerne Michal Polak og Joshua Benoit manipulerede hanfrugtfluers ernæring og observerede en stærk sammenhæng mellem dårlig kost og dårlig overlevelse blandt deres afkom. Undersøgelsen blev offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Proceedings of the Royal Society B .

"Vi var virkelig overraskede, " sagde Polak. "I mange arter, mødrene gør meget af plejen. Så vi forventer, at der vil være en effekt fra moderens kost på afkom på grund af den stærke forbindelse. Men det var en reel overraskelse at finde en sammenhæng mellem faderlig kost og afkom. "

UC samarbejdede om undersøgelsen med forskere fra University of Western Australia og University of Sydneys Charles Perkins Centre.

Alle ved, at en far er ansvarlig for halvdelen af ​​hans afkoms gener. Men UC-studiet kommer på et tidspunkt, hvor forskerne lærer mere om andre påvirkninger, fædre har på deres afkoms sundhed, som ikke nødvendigvis er kodet i gener, et begreb kaldet epigenetik. Disse påvirkninger omfatter direkte miljøpåvirkninger såsom eksponering for toksiner, der kan overføres fra faderen til hans afkom gennem hans sædplasma.

Epigenetik er måden, hvorpå celler læser gener, gør nogle i dvale og andre aktive. Miljømæssige signaler kan slå visse gener til eller fra. Og disse epigenetiske modifikationer, også, kan gå i arv.

For eksempel, en australsk undersøgelse i 2016 viste, at hanmus, der levede på, hvad der svarer til en fastfood-diæt, var mere tilbøjelige til at få sønner, der var diabetikere, selvom døtrene forblev upåvirkede. Hvis disse træk blev kodet i faderens DNA, både sønner og døtre ville se lignende sundhedseffekter.

"Epigenetiske ændringer ses i populationsgenetik som mindre holdbare end faktiske mutationer til den genetiske kode eller DNA-molekyle, " sagde Polak. "Hvis det er en dominerende, skadelig mutation, det kunne hurtigt elimineres ud af en genpulje ved selektion. Men hvis det er positivt valgt, så kunne det feje genpuljen og stige i frekvens, indtil den bliver fikset. "

Forskning om frugtfluer har tjent seks nobelpriser, herunder årets vinder i fysiologi eller medicin. Den seneste nobelprisundersøgelse undersøgte, hvordan gener styrer kroppens ure eller døgnrytmer, som kan hjælpe med at forklare, hvorfor nogle mennesker har kroniske søvnbesvær.

"Jeg er meget glad for feltet. Jeg er meget glad for frugtfluen, " fortalte medvinderen Michael Rosbash til Associated Press.

Frugtfluer findes rundt om i verden. UC's Benoit så dem endda summe rundt inde i en forskningsstation i Antarktis, hvor de sandsynligvis stuvede væk på fødevareforsyninger importeret fra Chile.

Fluerne blev populære studieemner i begyndelsen af ​​1900-tallet, da biologer begyndte at opklare, hvordan genetisk arv fungerede. Gymnasiebøger i biologi bruger stadig farven på frugtflueøjne til at illustrere konceptet.

I dag, forskere studerer regelmæssigt frugtfluer, fordi de deler 60 procent af vores gener og mere end 75 procent af vores sygdomsgener. Genetikere har kortlagt hele deres genom. Mere end 150 års studier har gjort denne beskedne lille flue til et godt modelsystem, sagde Polak.

"Det er næsten vilkårligt, hvorfor frugtfluer blev valgt, " sagde Polak. "Det blev bare arbejdshesten i de originale laboratorier."

Benoit sagde, at fluer er et praktisk og billigt testemne.

"De formerer sig hurtigt. Du kan opdrætte et par hundrede i bare en af ​​disse små krukker. Du kan have tusindvis af frugtfluer på den samme mængde plads, som du kunne have plads til seks mus, " sagde Benoit. "Det er et fantastisk system at arbejde på. Derfor er der blevet besvaret så mange spørgsmål om dem. "

Til UC-studiet, Polak isolerede hunner og hanner af frugtfluearten Drosophila melanogaster, som er berømt for sine enorme røde øjne og høje reproduktionsevne. En enkelt flue kan lægge 50 æg om dagen eller så mange som 2, 000 æg i hendes korte to-måneders levetid.

UC-forskere fodrede kvinder med den samme kost. Men de fodrede mænd med 30 forskellige diæter af gær og sukker. Fluerne kunne spise alt, hvad de ville af agarblandingen i bunden af ​​deres glasbægerhuse, men kvaliteten af ​​maden varierede dramatisk fra lave til høje koncentrationer af proteiner, kulhydrater og kalorier.

Vigtigt, ingen af ​​fluerne døde af sult. Dette sikrede, at eksperimentet ikke utilsigtet lugede de svageste og mindst robuste hanner ud, sagde Polak.

Efter 17 dage på den strenge diæt, the males were mated individually and consecutively with two females, which all received the same diet of yeasted cornmeal. By controlling the diet and age of the mated female, researchers tried to limit variation in maternal conditions for the study.

And by mating the males consecutively, researchers wanted to learn about the effect of male mating order and what role diet played in changing the male's ejaculate.

After the first mating, the male fly was mated 15 minutes later with a second female. Bagefter, the females were placed in isolated breeding vials filled with grape agar suitable for laying eggs. After 24 hours, researchers counted their eggs.

After another 24-hour incubation period, the eggs were examined under a microscope to determine how many hatched or contained viable embryos. Unfertilized eggs were removed from consideration. After the first count, researchers waited another 24 hours to give potentially unviable eggs time to develop or hatch but none did.

Polak and Benoit found that embryos from the second mating were more likely to survive as their fathers' diets improved in nutrition. These effects were less apparent in the first mating. Ligeledes, embryo mortality was highest for offspring of males that fed on a high-carbohydrate, low-protein diet.

Researchers also found a connection between the male's body condition and his offspring's mortality. Males with lower energy reserves (measured in whole-body fatty acids, glucose and protein) were more likely to have fewer surviving offspring.

Females laid roughly the same number of eggs regardless of the male's diet or mating frequency. But the study suggested that something important in the male's ejaculate was lost between the first and second pairings.

"The second copulation is where the effects of diet really became stronger, " Polak said. "Emaciated males in poor condition produced embryos with a higher rate of mortality. But only in the second copulation."

Polak's study also found a slightly higher incidence of embryo mortality associated with male flies in the first mating that were fed the highest-calorie diet.

"There have been a fair number of studies that suggest male nutrition does affect reproductive capacity, " Benoit said. "But the reduction in viability was a lot smaller than what we saw in the low-quality diet or may have been masked since only a single mating was assessed."

Polak said the study raises questions about how nutrition might affect successive generations. A 2002 Swedish population study found a correlation between 9-year-old children who had ample access to food and higher rates of diabetes and heart disease among their grandchildren. I mellemtiden children who faced privation from famine at the same age had children and grandchildren with less incidences of heart disease and diabetes.

Now Benoit and Polak are turning their attention to a new study examining the genetic and epigenetic responses of fruit flies that are stressed by parasitic mites.

"The seminal fluid does have a protective role to play for the embryo. You definitely have implications for embryo health and viability. But that's another chapter, " Polak said.

The researchers also are interested in testing whether parasitic infection could change the quality of male seminal plasma, possibly exerting effects on the embryo as they observed in the diet study.

After spending most of his academic career studying them, Polak has respect for the lowly fruit fly.

"You get a special sort of appreciation for them when you see them in your kitchen courting on a piece of fruit, " he said. "You know a lot about them - and maybe you're a little less likely to swat them."