Исследователи из Университета штата Мичиган обнаружили молекулярный механизм, который позволяет сперматозоидам резко увеличить выработку энергии непосредственно перед оплодотворением яйцеклетки. Это открытие может не только усовершенствовать методы лечения бесплодия, но и стать основой для разработки безопасных негормональных мужских контрацептивов.
«Метаболизм сперматозоидов уникален, поскольку он полностью сосредоточен на выработке энергии для достижения одной-единственной цели – оплодотворения», – объясняет Мелани Балбах, доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии и ведущий автор исследования. До момента эякуляции сперматозоиды млекопитающих находятся в состоянии низкого энергопотребления. Однако, попав в женский репродуктивный тракт, они претерпевают быструю трансформацию: начинают двигаться значительно активнее и изменяют свои внешние мембраны для взаимодействия с яйцеклеткой. Эти процессы требуют внезапного и значительного скачка в производстве энергии.
Чтобы понять, как именно происходит этот энергетический всплеск, команда ученых разработала метод отслеживания глюкозы – сахара, который сперматозоиды поглощают из окружающей среды и используют в качестве топлива. Совместно с коллегами из Мемориального онкологического центра имени Слоуна – Кеттеринга и Института Ван Анделя, команда Балбах смогла буквально проследить химический путь глюкозы внутри клетки. «Этот подход можно сравнить с покраской крыши автомобиля в ярко-розовый цвет, чтобы затем отслеживать его движение в потоке машин с высоты», – говорит Балбах. Она добавила, что в активированных сперматозоидах «окрашенный автомобиль» двигался гораздо быстрее, предпочитая определенный маршрут, и даже было видно, на каких «перекрестках» он чаще всего застревал.
Детальное картирование этого процесса показало, что ключевую роль в преобразовании глюкозы в полезную энергию играет фермент под названием алдолаза. Исследование также выявило, что сперматозоиды дополнительно используют и внутренние запасы энергии, которые несут в себе с самого начала своего пути. Определенные ферменты действуют как регуляторы, направляя поток глюкозы по метаболическим путям и контролируя эффективность производства энергии.
Полученные данные имеют огромное значение для репродуктивного здоровья. Понимание метаболизма сперматозоидов может привести к созданию более совершенных диагностических инструментов для выявления причин бесплодия, от которого страдает примерно каждый шестой человек в мире, и повысить эффективность вспомогательных репродуктивных технологий.
Другим перспективным направлением является разработка новых методов контрацепции. Большинство существующих попыток создать мужские контрацептивы были сосредоточены на подавлении производства спермы. Такой подход имеет недостатки: он не обеспечивает немедленного эффекта и часто связан с гормональными побочными эффектами. Новое исследование предлагает альтернативу – негормональный препарат, который будет временно блокировать метаболизм сперматозоидов, отключая их функцию по требованию и минимизируя нежелательные последствия.
«Сейчас около 50% всех беременностей являются незапланированными, и наш подход мог бы предоставить мужчинам дополнительные возможности и контроль над своей фертильностью», – отмечает Балбах. Это также создаст больше свободы для женщин, использующих гормональную контрацепцию, которая часто вызывает побочные эффекты. Следующим шагом для ученых станет проверка того, как эти выводы применимы к другим видам, включая сперматозоиды человека, и поиск способа безопасного воздействия на один из «регулирующих движение» ферментов.
