Pesquisadores da Universidade Estadual de Michigan identificaram um “interruptor” molecular que aumenta a energia dos espermatozoides pouco antes de eles tentarem fertilizar um óvulo. As descobertas podem melhorar os tratamentos de infertilidade e apoiar o desenvolvimento de opções de controle de natalidade masculina não hormonais mais seguras.
“O metabolismo do esperma é especial porque se concentra na produção de mais energia para atingir apenas um objetivo: a fertilização”, disse Melanie Balbach, professora assistente do Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular e autora sênior do estudo.
Antes da ejaculação, os espermatozoides dos mamíferos estão em um estado de baixa energia. Uma vez dentro do trato reprodutivo feminino, eles se metamorfoseiam rapidamente. Eles começam a nadar com mais força e a ajustar as membranas externas que eventualmente entrarão em contato com o ovo. Estas mudanças exigem um aumento repentino e significativo na produção de energia.
“Muitos tipos de células passam por essa rápida transição de estados de baixa para alta energia, e os espermatozoides são uma forma ideal de estudar esse tipo de reprogramação metabólica”, disse Ballbach. Ele ingressou na MSU em 2023 para expandir seu trabalho pioneiro no metabolismo do esperma.
O rastreamento de combustível alimenta essa energia
No início de sua carreira na Weill Cornell Medicine, Balbach ajudou a mostrar que o bloqueio de uma enzima essencial do esperma causava infertilidade temporária em camundongos. Esta descoberta destacou o potencial do controle de natalidade masculino não hormonal.
Embora os cientistas entendessem que os espermatozoides precisavam de muita energia para se prepararem para a fertilização, o mecanismo exato por trás deste aumento não era claro até agora.
Trabalhando com colaboradores do Memorial Sloan Kettering Cancer Center e do Van Andel Institute, a equipe de Balbach desenvolveu um método para acompanhar como os espermatozoides processam a glicose, um açúcar que absorvem do ambiente e usam como combustível.
Ao mapear a via química da glicose dentro da célula, os pesquisadores identificaram diferenças claras entre os espermatozoides inativos e os ativados.
“Você pode pensar nessa abordagem como pintar o teto de um carro de rosa brilhante e depois usar um drone para seguir o carro no trânsito”, explicou Ballbach.
“No Active Sperm, vimos este carro pintado movendo-se muito mais rápido no trânsito enquanto escolhia uma rota distinta, e o carro até tendia a ficar preso em um cruzamento”, disse ele.
Usando recursos como espectrometria de massa e núcleos metabolômicos da MSU, a equipe montou uma imagem detalhada do processo de múltiplas etapas e alta energia do qual os espermatozoides dependem para obter a fertilização.
Aldolase e a regulação do metabolismo do esperma
A pesquisa mostrou que uma enzima conhecida como aldolase desempenha um papel importante na conversão de glicose em energia utilizável. Os pesquisadores também aprenderam que os espermatozoides armazenam a energia interna que já carregam no início da jornada.
Além disso, certas enzimas atuam como reguladoras, orientando a forma como a glicose se move através da via metabólica e afetando a eficiência com que a energia é produzida.
Balbach planeia continuar a investigar como os espermatozoides dependem de diferentes fontes de combustível, incluindo glicose e frutose, para satisfazer as suas necessidades energéticas. Esta linha de pesquisa pode impactar diversas áreas da saúde reprodutiva.
Implicações para infertilidade e controle de natalidade não hormonal
A infertilidade afeta uma em cada seis pessoas em todo o mundo. Balbach acredita que estudar o metabolismo do esperma pode levar a melhores ferramentas de diagnóstico e a melhores tecnologias de reprodução assistida.
Os resultados podem apoiar o desenvolvimento de novas estratégias contraceptivas, particularmente métodos não hormonais.
“Compreender melhor o metabolismo da glicose durante a ativação do esperma foi um primeiro passo importante, e agora pretendemos entender como nossas descobertas se traduzem em outras espécies, como o esperma humano”, disse Ballbach.
“Uma opção é explorar se uma de nossas enzimas de ‘controle de tráfego’ poderia ser considerada com segurança como um contraceptivo não hormonal masculino ou feminino”, acrescentou.
A maioria dos esforços para desenvolver contraceptivos masculinos concentrou-se em interromper a produção de esperma. Essa estratégia tem falhas. Não proporciona infertilidade instantânea sob demanda e depende de muitos hormônios substitutos que podem causar efeitos colaterais significativos.
O último trabalho de Balbach oferece uma alternativa. Ao direcionar o metabolismo do esperma com uma abordagem não hormonal baseada em inibidores, pode ser possível desativar temporariamente a função do esperma quando desejado, minimizando os efeitos indesejados.
“Neste momento, cerca de 50% de todas as gravidezes não são planeadas, e isto dará aos homens opções adicionais e agência na sua fertilidade”, disse Ballbach. “Da mesma forma, cria liberdade para as mulheres que usam métodos anticoncepcionais, que são baseados em hormônios e altamente propensos a efeitos colaterais.
“Estou animado para ver o que mais podemos encontrar e como podemos aplicar essas descobertas.”
Por que isso importa?
- Os espermatozoides devem aumentar drasticamente seus níveis de energia para completar a exigente jornada até o óvulo e alcançar a fertilização.
- Os cientistas descobriram agora como os espermatozoides aproveitam a glicose ao seu redor para impulsionar esse aumento, revelando a fonte de combustível por trás de sua rápida transformação.
- Esta descoberta aprofunda a nossa compreensão da biologia reprodutiva e pode abrir a porta para melhores tratamentos de infertilidade e opções inovadoras de controlo de natalidade não hormonal.
O estudo foi publicado em 2009 Anais da Academia Nacional de Ciências e apoiado pelo Instituto Nacional de Saúde Infantil e Desenvolvimento Humano.
