Investigadores de la Universidad Estatal de Michigan han identificado un “interruptor” molecular que aumenta la energía de los espermatozoides justo antes de que intenten fertilizar un óvulo. Este hallazgo podría mejorar los tratamientos de infertilidad y facilitar el desarrollo de opciones de anticoncepción masculina seguras y no hormonales.
“El metabolismo de los espermatozoides es especial, ya que se centra únicamente en generar más energía para lograr un único objetivo: la fertilización”, explicó Melanie Balbach, profesora asistente del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y autora principal del estudio.
Antes de la eyaculación, los espermatozoides de los mamíferos permanecen en un estado de baja energía. Una vez dentro del tracto reproductivo femenino, se transforman rápidamente. Comienzan a nadar con más fuerza y ajustan las membranas externas que eventualmente interactuarán con el óvulo. Estos cambios exigen un aumento repentino y significativo en la producción de energía.
“Muchos tipos de células experimentan este rápido cambio de estados de baja a alta energía, y los espermatozoides son una forma ideal de estudiar esta reprogramación metabólica”, señaló Balbach. Se unió a MSU en 2023 para ampliar su trabajo pionero sobre el metabolismo de los espermatozoides.
Rastreo del Combustible que Impulsa la Fertilización
En sus investigaciones previas en Weill Cornell Medicine, Balbach demostró que bloquear una enzima crítica en los espermatozoides causaba infertilidad temporal en ratones. Este descubrimiento resaltó la posibilidad de una anticoncepción masculina no hormonal.
Aunque los científicos sabían que los espermatozoides requieren grandes cantidades de energía para prepararse para la fertilización, el mecanismo exacto detrás de este aumento permaneció desconocido hasta ahora.
Trabajando con colaboradores del Memorial Sloan Kettering Cancer Center y el Van Andel Institute, el equipo de Balbach desarrolló un método para rastrear cómo los espermatozoides procesan la glucosa, un azúcar que absorben de su entorno y utilizan como combustible.
Al mapear la ruta química de la glucosa dentro de la célula, los investigadores identificaron claras diferencias entre los espermatozoides inactivos y los que habían sido activados.
“Puede imaginarse este enfoque como pintar el techo de un coche de color rosa brillante y luego seguir ese coche a través del tráfico utilizando un dron”, explicó Balbach.
“En los espermatozoides activados, vimos que este coche pintado se movía mucho más rápido a través del tráfico, prefiriendo una ruta distinta e incluso pudimos ver en qué intersecciones tendía a atascarse”, añadió.
Utilizando recursos como el Núcleo de Espectrometría de Masas y Metabolómica de MSU, el equipo elaboró un cuadro detallado del proceso multifásico y de alta energía en el que los espermatozoides confían para lograr la fertilización.
Aldolasa y el Control del Metabolismo de los Espermatozoides
El estudio reveló que una enzima conocida como aldolasa desempeña un papel clave en la conversión de la glucosa en energía utilizable. Los investigadores también descubrieron que los espermatozoides recurren a reservas de energía internas que ya llevan consigo cuando comienza su viaje.
Además, ciertas enzimas actúan como reguladores, dirigiendo cómo la glucosa se mueve a través de las vías metabólicas e influyendo en la eficiencia con la que se produce la energía.
Balbach planea continuar investigando cómo los espermatozoides dependen de diferentes fuentes de combustible, incluida la glucosa y la fructosa, para satisfacer sus demandas energéticas. Esta línea de investigación podría afectar a múltiples áreas de la salud reproductiva.
Implicaciones para la Infertilidad y la Anticoncepción No Hormonal
La infertilidad afecta a aproximadamente una de cada seis personas en todo el mundo. Balbach cree que el estudio del metabolismo de los espermatozoides podría conducir a mejores herramientas de diagnóstico y a tecnologías de reproducción asistida mejoradas.
Los hallazgos también podrían respaldar el desarrollo de nuevas estrategias anticonceptivas, particularmente enfoques no hormonales.
“Comprender mejor el metabolismo de la glucosa durante la activación de los espermatozoides fue un primer paso importante, y ahora nuestro objetivo es comprender cómo se traducen nuestros hallazgos a otras especies, como los espermatozoides humanos”, dijo Balbach.
“Una opción es explorar si una de nuestras enzimas de ‘control de tráfico’ podría ser atacada de forma segura como anticonceptivo masculino o femenino no hormonal”, añadió.
La mayoría de los esfuerzos para crear anticonceptivos masculinos se han centrado en detener la producción de espermatozoides. Esta estrategia tiene inconvenientes. No proporciona infertilidad inmediata y bajo demanda, y muchas opciones se basan en hormonas que pueden causar efectos secundarios significativos.
El último trabajo de Balbach sugiere una alternativa. Al atacar el metabolismo de los espermatozoides con un enfoque no hormonal basado en un inhibidor, podría ser posible desactivar temporalmente la función de los espermatozoides cuando se desee, minimizando los efectos no deseados.
“Actualmente, alrededor del 50% de todos los embarazos no son planificados, y esto daría a los hombres opciones y control adicionales sobre su fertilidad”, dijo Balbach. “Asimismo, crea libertad para quienes utilizan anticonceptivos femeninos, que se basan en hormonas y son propensos a los efectos secundarios”.
“Estoy entusiasmada por ver qué más podemos descubrir y cómo podemos aplicar estos descubrimientos”.
Por qué Esto es Importante
- Los espermatozoides deben aumentar drásticamente sus niveles de energía para completar el exigente viaje hacia un óvulo y lograr la fertilización.
- Los científicos han descubierto ahora cómo los espermatozoides aprovechan la glucosa de su entorno para impulsar este aumento, revelando la fuente de combustible detrás de su rápida transformación.
- Este descubrimiento profundiza nuestra comprensión de la biología reproductiva y podría abrir la puerta a mejores tratamientos para la infertilidad y a opciones de anticoncepción no hormonal innovadoras.
La investigación fue publicada en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias y contó con el apoyo del Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano.
