Намериха “ключа на живота”: три протеина позволяват на сперматозоид и яйцеклетка да станат едно цяло

21.11.2024 20:30 Александър Трайков
СНИМКА: ФРИЙПИК

Откритието е направено с помощта на сложна технология с изкуствен интелект, която е отличена с Нобелова награда

Те са доста странна двойка. Тя е масивна, сферична и неподвижна. Той е малък, има опашка и не спира да плува. А връзката им е от решаващо значение за почти всяко живо същество на Земята. Това са яйцеклетката и сперматозоидът.

Как точно тези две клетки се свързват, дълго време беше загадка. Изследване, публикувано в медицинското списание Cell, обаче променя това. Научният труд се основава на отличена с Нобелова награда технология за изкуствен интелект и показва, че взаимносвързана група от три протеина е ключът, който позволява на сперматозоида и яйцеклетката да образуват едно цяло.

Този основополагащ сноп от вещества е общ за всички животни,

независимо дали става въпрос за риба, или за бозайник. Учените предполагат, че трите протеина може да бъдат открити и при човешкото оплождане.

За тези, които все още не са запознати, животът при почти всички живи същества на Земята започва със сперматозоид, който е достатъчно бърз, за да изпревари всичките си 300 млн. събратя и да успее да си проправи път към клетъчната мембрана на яйцеклетката. По някакъв начин двете клетки се разпознават и се свързват. След това за миг главата на сперматозоида преминава в сърцевината на яйцеклетката, сякаш прекрачва праг на врата. Това, което се образува в този момент, се нарича зигота, която започва да се дели непрестанно, за да даде началото на ембрион.

При предишни изследвания учените са открили четири протеина в сперматозоидите на бозайниците, които присъстват и в тези на рибите и са необходими за оплождането. Но никой не подозирал дали те могат да работят в екип, за да влязат в яйцеклетката и как всъщност го правят.

В новото проучване Андреа Паули, биолог в Изследователския институт по молекулярна патология във Виена, и сътрудници от няколко институции се питат как протеините на сперматозоидите могат да си сътрудничат по време на оплождането.

За да намерят отговор на въпросите си, изследователите използвали нещо, наречено AlphaFold - технология, която тази година получи Нобелова награда за химия. Тя използва изкуствен интелект, за да предскаже формата на даден протеин. С помощта на AlphaFold екипът успял да сравни вече познатите четири сперматозоидни белтъка с огромна база данни

от 1400 други протеина, открити в клетъчните повърхности на тестисите на рибата данио

“Искахме да намерим нещо, за което да знаем, че ще бъде на точното място и в точното време”, казва Виктория Денеке от лабораторията на д-р Паули.

“Дори за AlphaFold това беше предизвикателство. Той работеше в продължение на две или три седмици, като изразходваше почти всички компютърни ресурси на кампуса. Другите хора в сградата не бяха толкова щастливи”, разказва тя.

Накрая AlphaFold прогнозирал, че два от първоначално описаните четири сперматозоидни белтъци ще се свържат един с друг заедно с трети, който досега не бил известен, създавайки своеобразен молекулярен сноп.

Лабораторните експерименти потвърдили предположението на програмата: мъжките риби данио, при които липсвал новооткритият трети протеин, били безплодни. Същото било установено и при мъжки мишки с подобно отклонение. Сперматозоидите им плували нормално, но не можели да се слеят с яйцеклетка. Учените открили и биохимични доказателства, че трите сперматозоидни белтъка работят като едно цяло както при рибата данио, така и при хората.

“Вероятно същият ключов сноп съществува при много (или всички) животни с гръбначен стълб”, казва д-р Паули.

Тя описва това тройно обединение в структурата на сперматозоида като своеобразен ключ, който пасва на “ключалката” на яйцеклетката. При рибите тази ключалка е протеин, наречен Bouncer. Главата на сперматозоида не може да пробие клетъчната мембрана без него.

По-ранни изследвания идентифицираха и подобна

“ключалка” в яйцеклетките на бозайниците,

която се свързва с един от протеините в трипротеиновия сноп. Биохимичното образувание при бозайниците не се казва Bouncer, а Juno.

Това означава, че някъде в историята животните трябва да са развили различни яйчникови белтъци, които да се свързват с протеиновия сноп на сперматозоидите.

 “Наистина интересна и странна загадка. Ключалката на яйцеклетката се е променила, но по някакъв начин ключът на сперматозоида е останал същият”, казва д-р Паули.

Амбър Краучунас, репродуктивен биолог от Университета на Делауеър, САЩ, която не е участвала в изследването, определи резултатите от него като “наистина вълнуващи”.

По-рано тази година друга изследователска група независимо използва AlphaFold и прогнозира съществуването на същия трипротеинов сноп при бозайниците.

“Фактът, че две независими групи стигнаха до едни и същи заключения, със сигурност повишава нашата увереност в резултатите”, уточнява д-р Краучунас.

Според нея предстои още работа за разкриване на тайните на оплождането. Например за някои сперматозоидни протеини се знае, че са общи за бозайниците и рибите, но не са част от трипротеиновия ключ. Ще е интересно на учените да разберат какво правят те.

“Това е толкова фундаментален въпрос с толкова малко молекулярни отговори”, заключава д-р Паули. 

Други от Докторе кажи

ВМА с по-голям капацитет за въздушна евакуация на пациенти

Военномедицинска академия (ВМА) разполага с нова високоспециализирана апаратура, която значително разширява капацитета ѝ за провеждане на въздушна медицинска евакуация на тежко болни и

СЗО: Трима загинали при предполагаема епидемия на круизен кораб

Трима души са загинали, а други трима са се заразили при предполагаема епидемия от хантавирус на борда на малък круизен кораб в Атлантическия океан, съобщи Световната здравна организация (СЗО)

Учени посочват най-добрите упражнения за облекчаване на болки при остеоартрит на коляното

Голямо проучване, публикувано в списание The BMJ, сочи, че аеробните дейности като ходене, каране на велосипед и плуване са най-ефективните упражнения за хора

Феномен: Близначки, родени през няколко минути, откриха, че са от различни бащи

Близначки, родени през няколко минути, откриха, че са от различни бащи. Двете съществуват благодарение на изключително рядък биологичен феномен Близначките Мишел и Лавиния Осбърн винаги са споделяли

Д-р Аспарух Илиев: Зимните инфекции отшумяват, но варицела и морбили остават

Зимните инфекции като грипа отшумяват, все още се регистрират случаи на респираторно-синцитиален вирус, както и на варицела и морбили. За това предупрди пред Би Ти Ви инфекционистът Аспарух Илиев

>