Искри хвърчат при срещата на сперматозоида и яйцеклетката

Процесът по сливане на сперматозоида и яйцеклетката винаги е интересувал учените. И макар че науката отдавна знае много за зараждането на нов живот, продължава да изучава срещата на двете полови клетки в опит да разбере повече подробности.

Учените от Северозападния университет на САЩ са провели експеримент по наблюдение на съединението на сперматозоида и яйцеклетката на бозайник, в което са установили, че този процес се съпровожда от мощно изхвърляне на „искри“ – цинкови атоми, които излизат като вълни, една след друга.

Използването на модерни технологии, специално разработени за това изследване, позволило да се запечатат в детайли молекулярните фойерверки. Учените се стремили да определят откъде именно излизат цинковите атоми. Оказало се, че частиците се изхвърлят директно от повърхността на яйцеклетката.

Американските биолози са установили, че колебанията на цинковите атоми играят важна роля в регулирането на биохимичните процеси, които осигуряват прехода от оплодената яйцеклетка към ембрион. Според авторите на изследването новите данни ще позволят съществено да се подобри технологията по инвитро оплождане.

„Количеството изхвърляни частици цинк може да е прекрасен индикатор за качеството на опложданата яйцеклетка, който днес няма аналог. Ако успеем да определим с точност кои яйцеклетки се явяват най-качествени, то и здравето на ембрионите ще бъде предопределено“, разказва съавторът на изследването Тереза Уудръф.

Новото изследване, публикувано в сп. Nature Chemistry, според авторите му демонстрира първите количествени измервания на локализацията на цинка в отделните клетки на бозайниците.

Биохимиците са разработили методика, състояща се от четири физически начина за определяне на количеството цинк, съдържащо се в яйцеклетката, и неговото местоположение в момента на оплождане и два часа по-късно. Чувствителността на уредите, включително на синхротрона APS, позволила на изследователите да проследят отделните цинкови атоми, както и вълните от „искри“, изхвърляни от половата клетка.

Яйцеклетката съдържа около 8000 „джобчета“, във всяко от които се съдържат около милион цинкови атома. Както разказват биохимиците, ако всички тези частици бъдат освободени наведнъж, то процесът на изхвърляне ще прилича на освобождаването на невромедиатори от мозъка или на инсулина от задстомашната жлеза.

Уникалността на новата работа е в това, че освен знания за количеството на цинковите атоми, съдържащи се в клетката, учените са получили информация и за това къде именно са локализирани частиците. Освен това са запечатали тези данни в нанометров мащаб както в две, така и в три измерения.

„В момента на оплождане яйцеклетката разкрива хилядите си джобчета, всяко от които освобождава по милион цинкови атома. След това настъпва тишина. Малко по-късно се наблюдава нова вълна „фойерверки“ и отново настъпва затишие. Така продължава около четири-пет пъти“, пояснява Томас О’Халоран, друг съавтор на изследването.

Уудръф и О’Халоран са работили над дадения проект шест години. Сега публикуваната работа се явява кулминация на мащабното изследване, което се състояло от няколко етапа.

В хода на предишни експерименти с яйцеклетки на мишки учените установили, че клетката губи 10 милиарда от 60 милиарда цинкови атома в процеса на изхвърляне на вълни при оплождане. Станало ясно също така, че яйцеклетката не може изобщо да достигне зрялост без цинк.

„Яйцеклетката първо трябва да натрупа цинкови атоми, а след това да освободи част от тях, за да управлява успешно процесите по съзряване, оплождане и начало на ембриогенеза. Ние се стремихме в хода на нашата работа да проникнем на молекулярно ниво в процеса по превръщане на клетката в нов организъм“, разказва О’Халоран.

Сега учените разработват пълноценна методика по определяне на качеството на яйцеклетката. Те планират да установят взаимовръзка между количеството цинкови атоми и потенциалната способност на клетката да стане ембрион. Подобна технология значително би повишила ефективността и безопасността на инвитро оплождането.