Kľúčový je jeden významný enzým, ktorý slúži pri premene glukózy na využiteľnú energiu.
Zistenia môžu podporiť rozvoj nových foriem antikoncepcie, najmä nehormonálne prístupy. Zdroj: iStock/PeopleImages
Vedci z Michiganskej štátnej univerzity objavili molekulárny spínač, ktorý poháňa spermie k ich záverečnému vysokorýchlostnému špurtu smerom k vajíčku. Tím sledovaním toho, ako spermie využívajú glukózu ako palivo, zistil, ako neaktívne bunky náhle prejdú do režimu vysokého výkonu a spaľujú energiu v starostlivo kontrolovanom, viacetapovom procese. Kľúčový enzým, aldoláza, pomáha premieňať cukor na energiu potrebnú na oplodnenie, zatiaľ čo iné enzýmy fungujú ako dopravní dispečeri riadiaci tok paliva.
Podľa vedcov majú spermie špeciálny metabolizmus, ktorý sa zameriava iba na vytvorenie väčšieho množstva energie, vďaka ktorej dokážu oplodniť vajíčko. Pred samotnou ejakuláciou majú ľudské spermie veľmi málo energie. Len čo sa ocitnú v reprodukčnom trakte ženy, odrazu sa to zmení. Začnú plávať silnejšie a ich vonkajšie membrány, ktoré budú nakoniec interagovať s vajíčkom, sa prispôsobujú prostrediu. Tieto zmeny vyžadujú náhly a významný nárast produkcie energie.
Podľa autorov štúdie mnohé typy buniek prechádzajú týmto rýchlym prechodom z nízkych energetických stavov do vysokých a spermie sú ideálnym spôsobom na štúdium takéhoto metabolického preprogramovania. Aj keď spermie vyžadujú veľa energie na oplodnenie, ich presný mechanizmus fungovania zostával doteraz nejasný.
Vedci vytvorili metódu, pomocou ktorej chceli zistiť, ako spermie spracúvajú glukózu, cukor, ktorý absorbujú zo svojho okolia a používajú ako palivo. Odborníci mapovali chemickú väzbu glukózy vnútri bunky a identifikovali jasné rozdiely medzi neaktívnymi a aktívnymi spermiami.
„Tento prístup si môžete predstaviť ako natretie strechy auta jasne ružovou farbou a jeho sledovanie v premávke pomocou dronu,“ vysvetlila hlavná autorku štúdie Melanie Balbachová, docentka na katedre biochémie a molekulárnej biológie.
„V aktivovaných spermiách sme videli, ako sa pohybuje toto auto v premávke oveľa rýchlejšie, pričom uprednostňovalo určitú trasu. Dokonca sme mohli vidieť, na ktorých križovatkách sa auto zvyčajne zasekávalo,“ povedala. Tím zostavil podrobný obraz vysokoenergetického procesu, od ktorého závisí oplodnenie spermií.
Snažia sa minimalizovať nežiaduce účinky
Vedci zistili, že enzým známy ako aldoláza zohráva kľúčovú úlohu pri premene glukózy na využiteľnú energiu. Rovnako spermie čerpajú energiu zo svojich vnútorných rezerv ešte pred samotným oplodnením. Určité enzýmy fungujú ako regulátory, ktoré určujú, ako glukóza putuje metabolizmom, a ovplyvňujú, ako telo efektívne využíva energiu. Momentálne odborníci plánujú skúmať, ako spermie využívajú rôzne zdroje energie, ako sú glukóza a fruktóza, aby uspokojili svoje energetické potreby. Tento smer výskumu môže ovplyvniť viacero oblastí reprodukčného zdravia.
Podľa odhadov neplodnosť postihuje celosvetovo približne jedného zo šiestich ľudí. Odborníci veria, že výskumy podobné tomuto môže priniesť lepšie diagnostické nástroje a modernejšie technológie asistovanej reprodukcie. Zistenia môžu podporiť rozvoj nových foriem antikoncepcie, najmä nehormonálne prístupy.
„Lepšie pochopenie metabolizmu glukózy počas aktivácie spermií bolo dôležitým prvým krokom a teraz sa snažíme pochopiť, ako sa naše zistenia dajú aplikovať na iné druhy, napríklad na ľudské spermie,“ povedala Balbachová. „Jednou z možností je preskúmať, či by sa jeden z našich enzýmov mohol dať bezpečne použiť ako nehormonálna antikoncepcia pre mužov alebo ženy,“ dodala.
Väčšina snáh o vytvorenie mužských antikoncepčných prostriedkov sa zameriavala na zastavenie produkcie spermií. Táto stratégia má však svoje nevýhody. Nezabezpečuje okamžitú neplodnosť na požiadanie a mnohé možnosti sa spoliehajú na hormóny, ktoré môžu mať veľké vedľajšie účinky.
Najnovšia Balbachovej práca navrhuje novú a efektívnejšiu alternatívu. Zameriava sa na metabolizmus spermií pomocou inhibítora na nehormonálnej báze, vďaka čomu by bolo možné dočasne deaktivovať funkciu spermií, keď je to žiaduce, a zároveň minimalizovať nežiaduce účinky.
Pozrite si
„V súčasnosti je asi polovica všetkých tehotenstiev neplánovaných a toto by mužom poskytlo ďalšie možnosti a vplyv na ich plodnosť,“ povedala Balbachová. „Rovnako to poskytuje slobodu tým, ktorí používajú ženskú antikoncepciu, ktorá je hormonálna a má vysokú náchylnosť na vedľajšie účinky.“
Spermie musia výrazne zvýšiť svoju energetickú hladinu, aby zvládli náročnú cestu k vajíčku a dosiahli oplodnenie. Vedci teraz odhalili, ako spermie využívajú glukózu vo svojom okolí na napájanie tohto náporu, čím odhalili zdroj paliva, ktorý stojí za ich rýchlou transformáciou. Tento objav prehlbuje naše chápanie reprodukčnej biológie a môže otvoriť dvere k lepším spôsobom liečby neplodnosti a k inovatívnym, nehormonálnym možnostiam antikoncepcie.
Zdroj: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)
(RR)
