Descoperirea mecanismului molecular care „activează” energia spermatozoizilor: o nouă cale spre tratamente pentru infertilitate și contraceptive masculine nonhormonale

Un studiu realizat de cercetătorii de la Michigan State University (MSU), în colaborare cu Memorial Sloan Kettering Cancer Center și Van Andel Institute, a identificat un veritabil „întrerupător molecular” care activează metabolismul energetic al spermatozoizilor în momentul în care aceștia pornesc în cursa finală către ovul. Publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences în 2025, studiul deschide perspective importante pentru dezvoltarea de tratamente împotriva infertilității și pentru conceperea unor contraceptive masculine nonhormonale și reversibile.

Context

Înainte de ejaculare, spermatozoizii mamiferelor se află într-o stare metabolică redusă, menită să conserve energia. Odată eliberați și aflați în tractul reproducător feminin, aceștia trec printr-o serie de transformări biochimice și funcționale care le cresc motilitatea și îi fac capabili să fuzioneze cu ovulul. Acest proces, cunoscut drept activare spermatică, implică o creștere bruscă a cererii de energie.

Până în prezent, mecanismele moleculare prin care spermatozoizii reușesc această tranziție rapidă de la o stare „dormantă” la una „hiperactivă” erau slab înțelese. Studii anterioare au arătat că metabolismul glucozei și activarea enzimelor glicolitice joacă un rol central, însă calea metabolică exactă și enzimele-cheie implicate în acest proces rămâneau neclare.

Cercetările anterioare ale lui Melanie Balbach, derulate la Weill Cornell Medicine, au demonstrat că inhibarea unei enzime critice din spermă putea induce infertilitate temporară la șoareci — o descoperire care a atras atenția comunității științifice datorită potențialului de a crea contraceptive masculine reversibile și nonhormonale. Studiul actual continuă această linie de cercetare, concentrându-se asupra modului în care metabolismul energetic este reglat în timpul activării spermatice.

Despre studiul actual

Echipa MSU a dezvoltat o tehnică inovatoare de urmărire a fluxului metabolic prin care a fost posibilă urmărirea transformării glucozei în interiorul spermatozoizilor. Metoda a presupus „etichetarea” glucozei, permițând cercetătorilor să urmărească în detaliu traseul acesteia de la absorbție până la conversia în energie.

Pentru a compara activitatea metabolică în diferitele stări fiziologice, au fost analizate două tipuri de probe:

• spermatozoizi aflați în stare inactivă (înainte de ejaculare), și

• spermatozoizi activați, aflați în procesul de înaintare către ovul.

Prin utilizarea infrastructurii avansate de spectrometrie de masă și metabolomică de la MSU Mass Spectrometry and Metabolomics Core, cercetătorii au reușit să mapeze fluxul glicolitic în detaliu, observând modificările rapide în utilizarea glucozei și în activitatea enzimatică.

Rezultatele au indicat că enzima aldolază (un component esențial al căii glicolitice) joacă un rol central în activarea energetică a spermei. Aldolaza catalizează conversia fructozei-1,6-bisfosfat în două molecule cu potențial energetic ridicat — un pas critic în furnizarea de energie rapidă pentru mișcările viguroase ale flagelului spermatic.

În plus, studiul a arătat că spermatozoizii nu depind exclusiv de glucoza externă: aceștia utilizează rezerve interne de combustibil metabolic, pregătite anterior, pentru a susține efortul inițial de înaintare. Alte enzime acționează ca veritabili „regulatori de trafic” metabolic, controlând fluxul glucozei în funcție de necesitățile energetice ale celulei.

Rezultate

Analiza metabolică a relevat diferențe semnificative între spermatozoizii inactivi și cei activi. În starea activă, fluxul prin calea glicolitică — în special prin reacția catalizată de aldolază — crește substanțial, permițând producerea rapidă de adenozin trifosfat (ATP).

Principalele concluzii ale studiului includ:

• Creșterea fluxului metabolic prin aldolază este esențială pentru obținerea competenței de fertilizare;

• Reglarea enzimatică a glucozei permite o adaptare rapidă a metabolismului la cererea energetică crescută;

• Spermatozoizii dispun de mecanisme interne de stocare și mobilizare a energiei, care le asigură autonomia metabolică imediată;

• Această tranziție de la starea „low-energy” la „high-energy” este reversibilă și reglată fin, sugerând posibilitatea de intervenție farmacologică precisă.

Aceste date oferă o perspectivă completă asupra modului în care spermatozoizii se pregătesc metabolic pentru fertilizare și, în același timp, identifică noi ținte terapeutice pentru tratarea infertilității masculine.

Implicații și perspective viitoare

Melanie Balbach și echipa sa explorează în continuare modul în care spermatozoizii utilizează alte surse de energie, precum fructoza, pentru a-și menține motilitatea. Întrucât infertilitatea afectează unul din șase adulți la nivel global, înțelegerea detaliată a metabolismului spermatic ar putea revoluționa diagnosticul și tratamentele fertilității masculine.

Totodată, rezultatele deschid o direcție complet nouă în dezvoltarea contraceptivelor masculine nonhormonale, bazate pe inhibarea selectivă a enzimelor cheie din metabolismul spermatozoizilor. Această strategie ar permite controlul „la cerere” al fertilității, evitând efectele secundare asociate contraceptivelor hormonale tradiționale.

„În prezent, aproximativ jumătate dintre sarcinile la nivel global sunt neplanificate. Un contraceptiv masculin sigur, reversibil și nonhormonal ar oferi bărbaților mai mult control asupra propriei fertilități și ar reduce presiunea asupra femeilor, care suportă adesea efectele secundare ale metodelor hormonale”, a subliniat Balbach.