آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که زندگی چگونه آغاز می‌شود؟ بیشتر ما می‌دانیم که این فرآیند به تخمک، اسپرم و شاید پروتئین‌ها مربوط است، اما دقیقاً اینکه این عناصر چگونه با هم ملاقات و ادغام می‌شوند همچنان یک معما بوده است.
این داستان شگفت‌انگیز هنوز به پایان نرسیده است، زیرا محققان با استفاده از فناوری پیشرفته AlphaFold گوگل به یک کشف جدید و شگفت‌انگیز دست یافتند.
اتصال تخمک به اسپرم
معمولاً در جهان، اضداد جذب یکدیگر می‌شوند. در این مورد، نمی‌توان دو موجود متفاوت‌تر از تخمک و اسپرم پیدا کرد.
یکی یک شناگر میکروسکوپی و قهرمان است که همیشه در حرکت است، در حالی که دیگری یک موجود ساکن و حجیم است که نقشه زندگی را در خود دارد. اتحاد آن‌ها پایه و اساس تولیدمثل جنسی است و در تمامی گونه‌های کره زمین دیده می‌شود.
«چگونگی» این اتحاد مهم همیشه در هاله‌ای از ابهام بوده است، اما اکنون یک مطالعه مهم این فرآیند را روشن کرده است؛ یک مجموعه سه‌تایی پروتئین‌ها در این اتحاد دخیل هستند و موجب می‌شوند که اسپرم و تخمک یکدیگر را شناسایی و به هم متصل شوند.
به وضوح، این مجموعه سه‌تایی پروتئین‌ها یک میراث مشترک در بین گونه‌ها است – از ماهی‌ها گرفته تا پستانداران، و به طور قطع انسان‌ها نیز شامل آن می‌شوند.
پیدایش اسپرم، تخمک و پروتئین
صحنه آغاز زندگی را تصور کنید – اسپرم در مسیر خود به سمت تخمکی که در انتظار است حرکت می‌کند. سپس اسپرم و تخمک پیوندی ایجاد می‌کنند و تقریباً بلافاصله یکدیگر را تشخیص می‌دهند.
در کسری از ثانیه، سر اسپرم وارد تخمک می‌شود، مانند عبور از یک درب باز. این ادغام باعث تشکیل یک زیگوت می‌شود که نقطه شروع یک موجود جدید است.
مطالعات قبلی چهار پروتئین کلیدی را در اسپرم شناسایی کرده بودند – پروتئین‌هایی که هم در اسپرم پستانداران و هم ماهی‌ها وجود دارند و برای باروری ضروری هستند. اما ماهیت دقیق همکاری آن‌ها و روش عملکردشان همچنان ناشناخته بود.
تخمک، اسپرم و پروتئین‌ها
اندریا پائولی، زیست‌شناس مولکولی و رشد در مؤسسه تحقیقات پاتولوژی مولکولی (IMP) در وین، همراه با تیم برجسته‌اش این سؤال را مطرح کردند که این پروتئین‌های اسپرم چگونه ممکن است در فرآیند باروری حیاتی همکاری کنند.
برای این ماموریت، آن‌ها از فناوری پیشرفته AlphaFold استفاده کردند – یک تکنولوژی هوش مصنوعی که جایزه نوبل شیمی را کسب کرده است. AlphaFold می‌تواند شکل پروتئین را پیش‌بینی کند، که یک ویژگی حیاتی در عملکرد سلولی است.
محققان با این ابزار به مقایسه چهار پروتئین مشترک بین پستانداران و ماهی‌ها با حدود 1400 پروتئین دیگر موجود در سطح سلول‌های بیضه ماهی گورخری پرداختند. آن‌ها امیدوار بودند که متحدان احتمالی را بیابند.
پروتئین‌های تیم ابرقدرت
ویکتوریا دنه‌که، یک محقق پسادکترا در آزمایشگاه دکتر پائولی، گفت: “ما می‌خواستیم چیزی پیدا کنیم که می‌دانستیم در مکان و زمان مناسب حضور دارد.” هفته‌ها تجزیه و تحلیل و پردازش داده‌ها لازم بود تا سرانجام بتوانند پیش‌بینی کنند که کدام پروتئین‌ها این تیم ابرقدرت را تشکیل می‌دهند.
نتایج شگفت‌انگیز بود. AlphaFold پیشنهاد کرد که دو پروتئین اصلی با هم و با یک پروتئین جدید و ناشناخته سوم پیوند برقرار می‌کنند. این سه‌تایی، تیمی بود که به دنبال آن بودند.
آزمایش‌های بعدی پیش‌بینی AlphaFold را تأیید کرد. در ماهی گورخری و موش‌های نری که این پروتئین سوم را نداشتند، نرها نابارور بودند.
اسپرم آن‌ها، اگرچه متحرک بود، اما بدون این پروتئین نمی‌توانست با تخمک ادغام شود. شواهد بیشتری نشان داد که این سه‌تایی پروتئین‌های اسپرم به عنوان یک واحد در ماهی گورخری و انسان عمل می‌کنند.
مکانیسم قفل و کلید
این مجموعه سه‌تایی پروتئین‌ها را به عنوان یک “کلید” تصور کنید که “قفل” سلول تخمک را باز می‌کند. در ماهی‌ها، این قفل پروتئینی به نام “بانسر” (Bouncer) است. بدون پروتئین بانسر، اسپرم نمی‌تواند وارد تخمک شود.
جالب است که در پستانداران، قفل این داستان بانسر نیست؛ بلکه پروتئینی متفاوت به نام “جونو” (Juno) است.
این موضوع نشان می‌دهد که در طی مسیر تکامل ما، پروتئین‌های تخمک مختلفی برای پیوند با این مجموعه پروتئین‌های اسپرم تکامل یافته‌اند. معمایی که تیم دکتر پائولی را گیج کرده این است که چگونه قفل تغییر کرده است در حالی که کلید اسپرم ثابت مانده است.
گامی هیجان‌انگیز به جلو
امبر کراوچوناس، یک زیست‌شناس تولید مثل در دانشگاه دلاور، این تحقیق را هیجان‌انگیز و گامی بزرگ به جلو می‌داند.
اوایل سال جاری، یک گروه تحقیقاتی دیگر نیز به طور مستقل از AlphaFold استفاده کرده و وجود همین مجموعه سه‌تایی پروتئین‌ها را در پستانداران پیش‌بینی کرده بودند. این که دو گروه به یک نتیجه رسیده‌اند، اعتماد به یافته‌ها را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
با این حال، هنوز تمامی رازهای تخمک، اسپرم، پروتئین‌ها و فرآیند نهایی باروری کشف نشده است. برخی از پروتئین‌های اسپرم، که بین پستانداران و ماهی‌ها مشترک هستند، بخشی از این سه‌تایی نیستند. این سؤال مطرح می‌شود – آن‌ها چه نقشی دارند؟
دکتر پائولی گفت: “این سوالی بسیار بنیادین با پاسخ‌های مولکولی اندک است. شگفت‌آور است.” اما در حال حاضر، می‌توانیم از این که کمی به درک یکی از بزرگ‌ترین اسرار زندگی نزدیک‌تر شده‌ایم، لذت ببریم.
این مطالعه در مجله Cell منتشر شده است.
