Las colas de los espermatozoides humanos tienen diminutas estructuras helicoidales

Ah, el esperma humano. Una célula germinal masculina madura, el navío microscópico crucial para la reproducción sexual. Se parece mucho a un diminuto renacuajo translúcido con una cabeza, una sección central y una cola que les ayuda a llegar hasta el óvulo para fertilizarlo. Un hombre puede producir 1.500 espermatozoides en un segundo y una sola descarga puede contener más de 250 millones de espermatozoides.

Pese a todo lo que se sabe acerca de la reproducción, no todas y cada una de las estructuras celulares que la hacen posible se han estudiado a fondo.

«Se sabe mucho de estudios realizados en protozoos», afirma Davide Zabeo, estudiante de doctorado en la Universidad de Gotenburgo, Suecia, «pero no se sabe tanto sobre las células humanas».

Pero este vacío de conocimiento podría reducirse gracias a una nueva técnica de microscopía denominada tomografía crioelectrónica. Esta innovadora técnica, también conocida como cryo-ET, puede «hacer zoom» sobre las células para poder obtener imágenes en 3D. Como primer autor de un estudio que emplea esta técnica, Zabeo y sus colegas han sido capaces de estudiar el esperma humano.

Su estudio, publicado en Scientific Reports, revela una estructura en espiral microscópica en la punta de la cola del espermatozoide que nunca se había observado antes. El hallazgo podría aportar información sobre por qué algunos nadadores seminales tienen más éxito que otros y ayudar a desarrollar nuevos medicamentos para problemas de infertilidad o anticonceptivos.

¿Qué es la tomografía crioelectrónica?

La tomografía crioelectrónica combina la microscopía electrónica con la tomografía computarizada. En un estudio con tomografía crioelectrónica, se congela una muestra biológica, como puede ser una única célula, tejido u organismo. A continuación, se obtienen secciones finas de la muestra y se fotografía con un microscopio electrónico. Congelar la muestra garantiza que permanecerá hidratada y tan próxima a su estado natural como sea posible cuando los científicos la estudien.

«Básicamente, consiste en definir proteínas que la gente puede aislar. Podemos conseguir una muy buena imagen de algo que no ha sido alterado mediante otras técnicas que empleamos», afirma el coautor Garry Morgan de la Universidad de Colorado, Boulder. «Es nuestra mejor oportunidad para ver algo tal y como sería si estuviera vivo».

¿Cuál fue el resultado? Fotografías detalladas y de alta calidad de objetos a escala nanométrica que pueden recombinarse para obtener imágenes tridimensionales.

Sin obtener secciones finas, las estructuras celulares son demasiado gruesas para la tomografía crioelectrónica. Pero la cola afilada de un espermatozoide es lo suficientemente delgada para poder investigarla mediante esta técnica. El esperma se observó en 3D por primera vez en 2012, lo que reveló que, aunque la mayoría de células viajan en línea recta, algunas tienen trayectorias en espiral y son nadadoras «hiperactivas».

El flagelo o cola que impulsa al espermatozoide tiene tres partes diferentes: una parte central que contiene muchas mitocondrias que suministran energía, un «propulsor» y una pieza terminal en la punta de la cola. Los investigadores descubrieron que la pieza terminal, que ocupa una décima parte del flagelo, contiene una estructura celular en forma de hélice que gira en espiral hacia la izquierda.

Por ahora no está claro por qué los espermatozoides tienen esta hélice, pero los científicos tienen algunas hipótesis. La estructura podría servir a modo de corcho para evitar la formación de microtúbulos dentro de la célula. También podría ayudar a canalizar la energía del espermatozoide para nadar hacia el óvulo.

Aplicaciones futuras

Si los investigadores consiguen averiguar más información sobre la función de esta hélice, podrían llevar a cabo más estudios sobre los mecanismos que impulsan la cola del espermatozoide. Los flagelos no se entienden del todo a nivel molecular.

Finalmente, esto podría ayudar a resolver problemas de infertilidad masculina, que pueden darse cuando se desequilibran los niveles hormonales, los genes o las condiciones medioambientales. En más de un tercio de los casos de infertilidad, el problema está en el hombre.

Con más investigación, los científicos podrían estudiar las hélices de los espermatozoides de los pacientes con infertilidad para comprobar si pueden vincular la función de la forma en espiral a su infertilidad.

Dichos resultados podrían emplearse para diseñar un medicamento que ayude a los hombres infértiles o quizá para desarrollar un nuevo método anticonceptivo. La tecnología de la tomografía crioelectrónica es muy prometedora.

«No hay muchas aplicaciones de la técnica que hayan sido exploradas», afirma Zabeo. «Esto demuestra lo mucho que se puede aprender y observar empleando estas técnicas».