Investigadores de la Universidad Estatal de Michigan han identificado un «interruptor» molecular que aumenta la energía de los espermatozoides justo antes de intentar fertilizar un óvulo. El hallazgo podría mejorar los tratamientos contra la infertilidad y respaldar el desarrollo de opciones anticonceptivas masculinas seguras y no hormonales.
«El metabolismo del esperma es especial ya que sólo se centra en generar más energía para lograr un único objetivo: la fertilización», dijo Melanie Balbach, profesora asistente en el 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 huevo. Estos cambios exigen un aumento repentino y significativo de 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 dicha reprogramación metabólica», dijo Balbach. Se unió a MSU en 2023 para ampliar su trabajo pionero sobre el metabolismo del esperma.
Seguimiento del combustible que impulsa la fertilización
Al principio de su carrera en Weill Cornell Medicine, Balbach ayudó a demostrar que el bloqueo de una enzima crítica del esperma causaba infertilidad temporal en ratones. Ese descubrimiento destacó la posibilidad de utilizar métodos anticonceptivos masculinos no hormonales.
Aunque los científicos entendieron que los espermatozoides requieren grandes cantidades de energía para prepararse para la fertilización, el mecanismo exacto detrás de este aumento no estaba claro hasta ahora.
Trabajando con colaboradores del Centro Oncológico Memorial Sloan Kettering y el Instituto Van Andel, el equipo de Balbach desarrolló un método para seguir 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 diferencias claras entre los espermatozoides inactivos y los que habían sido activados.
«Se puede pensar en este enfoque como pintar el techo de un automóvil de color rosa brillante y luego seguir ese automóvil a través del tráfico usando un dron», explicó Balbach.
«En el esperma activado, vimos este auto pintado moverse mucho más rápido a través del tráfico mientras prefería una ruta distinta e incluso pudimos ver en qué intersecciones el auto tendía a quedarse atascado», dijo.
Utilizando recursos como el Núcleo de Metabolómica y Espectrometría de Masas de MSU, el equipo reunió una imagen detallada del proceso de múltiples pasos y alta energía del que dependen los espermatozoides para lograr la fertilización.
Aldolasa y el control del metabolismo del esperma
El estudio encontró que una enzima conocida como aldolasa desempeña un papel clave en la conversión de glucosa en energía utilizable. Los investigadores también descubrieron que los espermatozoides recurren a las reservas de energía internas que ya llevaban cuando comienza su viaje.
Además, ciertas enzimas actúan como reguladores, dirigiendo cómo se mueve la glucosa 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, incluidas la glucosa y la fructosa, para satisfacer sus demandas energéticas. Esta línea de investigación puede afectar múltiples áreas de la salud reproductiva.
Implicaciones para la infertilidad y el control de la natalidad no hormonal
La infertilidad afecta aproximadamente a una de cada seis personas en todo el mundo. Balbach cree que estudiar el metabolismo del esperma podría conducir a mejores herramientas de diagnóstico y mejores tecnologías de reproducción asistida.
Los hallazgos también pueden respaldar el desarrollo de nuevas estrategias anticonceptivas, particularmente enfoques no hormonales.
«Comprender mejor el metabolismo de la glucosa durante la activación del esperma fue un primer paso importante, y ahora nuestro objetivo es comprender cómo nuestros hallazgos se traducen en otras especies, como el esperma humano», dijo Balbach.
«Una opción es explorar si una de nuestras enzimas de ‘control de tráfico’ podría utilizarse 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 esperma. Esa estrategia tiene desventajas. No proporciona infertilidad inmediata y a pedido, y muchas opciones dependen de hormonas que pueden causar efectos secundarios importantes.
El último trabajo de Balbach sugiere una alternativa. Al abordar el metabolismo de los espermatozoides con un enfoque no hormonal basado en inhibidores, puede ser posible desactivar temporalmente la función de los espermatozoides cuando se desee y, al mismo tiempo, minimizar los efectos no deseados.
«En este momento, alrededor del 50 por ciento de todos los embarazos no son planificados, y esto daría a los hombres opciones adicionales y autonomía en su fertilidad», afirmó Balbach. «Del mismo modo, crea libertad para quienes utilizan métodos anticonceptivos femeninos, que se basan en hormonas y son muy propensos a sufrir efectos secundarios.
«Estoy emocionado de ver qué más podemos encontrar y cómo podemos aplicar estos descubrimientos».
Por qué esto importa
- Los espermatozoides deben aumentar drásticamente sus niveles de energía para completar el exigente viaje hacia el óvulo y lograr la fertilización.
- Los científicos ahora han descubierto 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 opciones anticonceptivas innovadoras y no hormonales.
La investigación fue publicada en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias y apoyado por el Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano.
