Mezinárodní tým vědců učinil důležitý krok vpřed v pochopení mechanismů, které zajišťují, že k oplodnění u savců dochází výhradně mezi reprodukčními buňkami stejného druhu.
Studie zveřejněná v časopise eLife odhaluje klíčovou roli proteinu zvaného oviduktin, který dokáže upravit povrch vaječné buňky tak, aby mohla být oplodněna pouze „kompatibilní“ spermií, tj. spermií stejného druhu. Oviduktin je glykoprotein, který se nachází v tekutině vejcovodu, známého také jako vejcovod, kde u savců dochází k oplození.
Až dosud se mělo za to, že tato selekční schopnost je vlastní vajíčku. Studie však ukazuje, že se aktivuje pouze tehdy, když se dostane do kontaktu s prostředím vejcovodu, tedy místa, kde dochází k oplození vajíčka. Tento objev mění pohled na to, jak probíhá selekce spermií, a naznačuje, že prostředí vejcovodu hraje aktivnější roli, než se dosud předpokládalo.
Toto zjištění má důležité důsledky pro oblast reprodukční biologie a mohlo by otevřít nové možnosti pro zlepšení technik oplodnění in vitro u lidí i zvířat. Oplodnění in vitro je proces, při kterém je vajíčko oplodněno spermií mimo tělo, a zlepšení specifičnosti tohoto procesu by mohlo zvýšit úspěšnost a snížit komplikace.
Související článek
Výzkum se zaměřil na oviduktin (OVGP1), protein přítomný v tekutině vejcovodu, místa, kde u savců dochází k oplodnění. Výzkumníci prokázali, že tento protein interaguje s vnější vrstvou obklopující vajíčko, zona pellucida, a mění její strukturu a složení. Tato interakce způsobuje, že tato vnější vrstva získává jakýsi „molekulární podpis“, který funguje jako neprostupná bariéra pro spermie jiných druhů. „Oviduktin funguje jako přirozený filtr, který zajišťuje, že se vajíčko spojí pouze se spermiemi stejného druhu,“ vysvětluje Alfonso Gutiérrez-Adán, který výzkum vedl.
Zona pellucida plní základní funkce při oplození: usnadňuje spojení se správnou spermií, brání vstupu více než jedné spermie (zabraňuje polyspermii) a podílí se na počátečním vývoji embrya. Až do tohoto výzkumu INIA-CSIC však nebylo zcela jasné, jak se jí daří zabránit křížovému oplodnění mezi různými druhy.
Aby tento mechanismus objasnili, vystavili vědci vajíčka krav a myší oviduktálním tekutinám a rekombinantním verzím oviduktinu různých druhů (hovězího, lidského a myšího). Zjistili, že bez kontaktu s oviduktinem mohou být vajíčka oplodněna i spermiemi jiného druhu. Naproti tomu působením oviduktinu se zona pellucida stala selektivní a umožnila přístup pouze spermiím stejného druhu.
„Vajíčka nově uvolněná z vaječníku mohou být oplodněna spermiemi různých druhů. Jakmile sevšak dostanou do vejcovodu a pokryjí se oviduktinem, situace se změní: stanou se vysoce selektivními a umožní vstup pouze spermiím stejného druhu,“ říká Gutiérrez-Adán.
Jedním z klíčových testů k pochopení tohoto procesu byla takzvaná „penetrace prázdnou zónou“, při níž se odstraní obsah vnitřku vajíčka a zaměří se pouze na to, jak reaguje jeho vnější vrstva. Tato technika, kterou si Gutiérrez-Adánova výzkumná skupina nedávno nechala patentovat, umožnila přesně studovat interakci mezi spermiemi a zona pellucida bez vnitřních zásahů.
Tato nová technika potvrdila, že oviduktin modifikuje zona pellucida tak, aby byla specifická, a také že některé složky, jako jsou sialové kyseliny – molekuly cukru přítomné v oviduktinu a na povrchu vajíčka – jsou v tomto procesu nezbytné, protože usnadňují správné rozpoznání mezi vajíčkem a spermií.
Sialové kyseliny fungují jako zámky, které lze otevřít pouze správným „klíčem“: spermií příslušného druhu. Pokud jsou tyto molekuly změněny nebo odstraněny, tato kompatibilita mizí a k oplodnění nedojde.
Tento objev otevírá nové možnosti optimalizace oplodnění in vitro. U lidí by mohl pomoci lépe vybírat spermie, snížit riziko genetických abnormalit a zvýšit úspěšnost. Mohl by mít také zásadní význam pro vývoj nových léčebných postupů pro léčbu neplodnosti, což je problém, který postihuje miliony párů na celém světě.
U zvířat, jako jsou prasata, kde je častým problémem vícenásobné oplodnění spermií (polyspermie), by posílení této bariéry mohlo zabránit vícenásobnému oplodnění, jehož výsledkem jsou neživotaschopná embrya v důsledku nadbytku genetického materiálu.
Tato práce má navíc evoluční důsledky: přispívá k pochopení toho, jak se u druhů vyvíjejí přirozené bariéry, aby se vyhnuly hybridizaci a zachovaly si svou genetickou identitu, což jsou poznatky, které lze využít i ve strategiích ochrany biologické rozmanitosti. Ochrana druhů je v současnosti kritickým problémem a pochopení těchto mechanismů by mohlo pomoci chránit ohrožené druhy.
V neposlední řadě by se použití vajíček ošetřených oviduktinem mohlo stát cenným nástrojem pro hodnocení kvality spermií u druhů, kde je získání vajíček obtížné. To by mohlo mít uplatnění v chovu zvířat a při ochraně ohrožených druhů.
Tato studie posiluje ústřední roli oviduktinu ve specifičnosti oplození a nabízí nové možnosti v reprodukční medicíně i biotechnologiích zvířat. Živočišné biotechnologie jsou rostoucím oborem, který se snaží zlepšit zdraví a produkci zvířat pomocí technologií, a tento objev by mohl být v této oblasti významným průlomem.