Pesquisadores da Michigan State University descobriram um “interruptor” molecular que aumenta a energia dos espermatozoides pouco antes de eles tentarem fertilizar um óvulo. A descoberta poderia melhorar os tratamentos de infertilidade e apoiar o desenvolvimento de opções seguras e não hormonais de controle de natalidade para homens.
“O metabolismo do esperma é especial porque é voltado apenas para a produção de mais energia para um objetivo: a fertilização”, disse Melanie Balbach, professora assistente de bioquímica e biologia molecular e autora sênior do estudo.
Antes da ejaculação, o esperma dos mamíferos permanece em um estado de baixa energia. Uma vez dentro do trato reprodutivo feminino, eles são rapidamente transformados. Eles começam a nadar com maior força e ajustam as membranas externas que eventualmente irão interagir com o ovo. Estas mudanças exigem um aumento repentino e significativo na produção de energia.
“Muitos tipos de células passam por essa rápida mudança de estados de baixa energia para estados de alta energia, e os espermatozoides são uma forma ideal de estudar essa reprogramação metabólica”, disse Balbach. Ela ingressou na MSU em 2023 para expandir seu trabalho pioneiro no metabolismo do esperma.
Rastreando combustível que fornece fertilização
No início de sua carreira na Weill Cornell Medicine, Balbach ajudou a mostrar que o bloqueio de uma enzima espermática crítica causava infertilidade temporária em camundongos. Esta descoberta destacou a possibilidade de controle de natalidade não hormonal em homens.
Embora os cientistas tenham entendido que os espermatozoides necessitam de grandes quantidades de energia para se prepararem para a fertilização, o mecanismo exato por trás deste aumento permaneceu obscuro até agora.
Trabalhando com colaboradores do Memorial Sloan Kettering Cancer Center e do Van Andel Institute, a equipe de Balbach desenvolveu um método para rastrear como os espermatozoides processam a glicose, um açúcar que absorvem do meio ambiente e usam como combustível.
Ao mapear a via química da glicose dentro da célula, os pesquisadores encontraram diferenças claras entre os espermatozoides inativos e aqueles que foram ativados.
“Você pode pensar nessa abordagem como pintar o teto de um carro de rosa choque e depois seguir o carro no trânsito com um drone”, explicou Balbach.
“No esperma ativado, vimos esse carro pintado se mover muito mais rápido no trânsito, preferindo uma rota livre, e até vimos em quais cruzamentos o carro normalmente ficava preso”, disse ela.
Usando recursos como espectrometria de massa e metabolômica da MSU, a equipe montou um quadro detalhado do processo de múltiplas etapas e alta energia do qual os espermatozoides dependem para alcançar a fertilização.
Aldolase e o controle do metabolismo do esperma
O estudo descobriu que uma enzima conhecida como aldalase desempenha um papel fundamental na conversão de glicose em energia utilizável. Os pesquisadores também aprenderam que os espermatozoides utilizam as reservas internas de energia que já possuem quando iniciam sua jornada.
Além disso, certas enzimas atuam como reguladoras, controlando o movimento da glicose através das vias metabólicas e afetando a eficiência da produção de energia.
Balbach planeja continuar pesquisando como os espermatozoides dependem de diferentes fontes de combustível, incluindo glicose e frutose, para atender às suas necessidades energéticas. Esta linha de pesquisa tem potencial para impactar diversas áreas da saúde reprodutiva.
Implicações para infertilidade e controle de natalidade não hormonal
Cerca de uma em cada seis pessoas em todo o mundo sofre de infertilidade. Balbach acredita que estudar o metabolismo do esperma pode levar a melhores ferramentas de diagnóstico e melhores tecnologias de reprodução assistida.
Os resultados obtidos também poderão apoiar o desenvolvimento de novas estratégias contraceptivas, especialmente abordagens não hormonais.
“Uma melhor compreensão do metabolismo da glicose durante a ativação do esperma foi um primeiro passo importante, e agora estamos procurando entender como nossas descobertas se traduzem em outras espécies, como o esperma humano”, disse Balbach.
“Uma opção é explorar se uma de nossas enzimas que controlam o movimento poderia ser usada com segurança como contraceptivo não hormonal masculino ou feminino”, acrescentou ela.
A maioria dos esforços para criar contraceptivos masculinos concentrou-se em interromper a produção de esperma. Existem desvantagens nesta estratégia. Não causa infertilidade imediata sob demanda e muitas opções dependem de hormônios 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, a função do esperma pode ser temporariamente desligada, se desejado, minimizando os efeitos adversos.
“Neste momento, cerca de 50% de todas as gravidezes não são planeadas, e isto dará aos homens mais opções e escolhas na sua fertilidade”, disse Balbach. “Da mesma forma, cria liberdade para quem usa métodos anticoncepcionais femininos, que são baseados em hormônios e muito 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 complexa jornada até o óvulo e alcançar a fertilização.
- Agora os cientistas descobriram como os espermatozoides se ligam à glicose no ambiente para amplificar este aumento, revelando a fonte de combustível para a sua rápida transformação.
- Esta descoberta aprofunda a nossa compreensão da biologia reprodutiva e pode abrir caminho para melhores tratamentos de infertilidade e opções inovadoras de controlo de natalidade não hormonal.
O estudo foi publicado em Anais da Academia Nacional de Ciências e apoiado pelo Instituto Nacional de Saúde Infantil e Desenvolvimento Humano.
