Un espermatozoide no lleva nada innecesario. Para avanzar lo más rápido posible en la carrera por llegar primero a un óvulo, la célula se despoja por completo durante su desarrollo. “Al igual que empacar una mochila para una caminata larga”, dice Tzviya Zeev-Ben-Mordehai, “solo llevas lo que es absolutamente necesario. Me parece fascinante ese minimalismo del espermatozoide”.
Zeev-Ben-Mordehai es profesor asociado en el Centro Bijvoet de Investigación Biomolecular de la Universidad de Utrecht. Utilizando microscopios avanzados, examina la estructura celular de los espermatozoides de varios mamíferos, y pronto también de los humanos.
¿Qué tienen de especial los espermatozoides? “Bueno”, dice Zeev-Ben Mordehai, “a veces la gente piensa que no queda mucho por descubrir. Bajo el microscopio de luz normal parecen células bastante simples, que consisten en una cabeza y una cola larga. Pero con la ultra alta resolución del microscopio que usamos, de repente ves la enorme complejidad de la célula espermática”.
¿Qué hace que la criomicroscopia sea una herramienta tan poderosa?
“Con la tomografía crioelectrónica se puede hacer una tomografía computarizada de la célula, por así decirlo. La computadora genera una imagen en la que puede estudiar las secciones transversales de una célula congelada rebanada por rebanada, al igual que con una tomografía computarizada del cuerpo. Esto se hace con tanto detalle que a veces se pueden ver las proteínas individuales.
“Una vez que se han realizado los escaneos, primero debe anotar todas las estructuras en esas imágenes en blanco y negro: determine exactamente qué partes de la célula ve. Luego puede hacer reconstrucciones tridimensionales de ellos en la computadora para saber cómo se ven realmente las partes de la célula.
“La ventaja sobre la microscopía electrónica convencional es que no es necesario conservar, cortar o teñir la muestra; acciones que pueden dañar la estructura, dándote una imagen distorsionada. Lo que vemos con cryo-EM es exactamente cómo se sientan las partes en la celda”.
La muestra se congela en el microscopio.
Tzviya Zeev-Ben Mordehai muestra qué tan rápido se congela. Ella llena un termo abierto con nitrógeno líquido, en el que hay un recipiente de metal más pequeño que está lleno de etano líquido. “Tiene que ser etano para que la preparación se congele lo suficientemente rápido”, explica, “solo con nitrógeno es demasiado lento. Tiene que ir tan rápido que no se puedan formar cristales de hielo”.
La preparación se suspende sobre el líquido con unas pinzas. Luego presiona un pedal, lo que hace que las pinzas caigan como una guillotina. Cuando se congela, la muestra se coloca en el microscopio donde la imagen de la sombra de un haz de electrones puede hacer visibles los detalles más pequeños de la célula.
¿Qué has descubierto?
“En medicina reproductiva siempre ha sido un misterio de dónde proviene el segundo centríolo en el óvulo fertilizado. Los centríolos son partes de las células que son importantes para que la célula se divida. Para eso siempre necesitas dos; centríolos que atraen cada uno la mitad de los cromosomas. A partir de investigaciones anteriores quedó claro que el óvulo no tiene centríolos, y hasta hace poco siempre habían podido encontrar solo uno en un espermatozoide.
“Con nuestra criomicroscopía ahora hemos visto de qué se trata. El segundo centriolo se ve muy diferente de lo normal. En lugar de la estructura rígida normal en forma de barril, este centriolo se parece a un cuenco, que también puede moverse muy suavemente. En el espermatozoide está justo debajo de la cabeza, alrededor del núcleo de la cola de látigo. Sospechamos que allí tiene una función secundaria crucial en la locomoción de la célula”.
Puede parecer una locura, pero un óvulo es demasiado grande para estudiarlo con criomicroscopía
¿Y qué le sucede a este extraño centriolo después de la concepción?
“Esa es una buena pregunta, realmente no lo sabemos todavía. Después de la fertilización, todavía se puede ver la cola del espermatozoide en el óvulo durante un tiempo, y nos encantaría ver qué sucede en la célula. Puede parecer una locura, pero un huevo es demasiado grande para estudiarlo con criomicroscopía. No puedes congelar esa celda lo suficientemente rápido debido a su tamaño. Estamos trabajando en una solución, pero aún no hemos llegado”.
¿Esta investigación también podría contribuir a hacer algo sobre la infertilidad masculina?
“Sí, esperamos encontrar algo en un nivel fundamental que obstaculice la fertilidad. Para ello, ahora hemos iniciado una colaboración con una clínica de fertilidad de la UMC Utrecht. La tasa de éxito de la FIV es baja, 25 por ciento en mujeres jóvenes, y solo empeora en mujeres mayores. Esa es una carga bastante pesada para las parejas que desean tener hijos.
“En la infertilidad masculina, la causa se desconoce en dos tercios de los casos. A veces, icsi sigue siendo una solución en la que se inyecta un espermatozoide directamente en el óvulo. Bajo el microscopio, puede ver espermatozoides inmóviles o deformes, pero si no sabe qué está mal y continúa realizando la inseminación artificial, existe el riesgo de que transmita un defecto a la próxima generación sin ser detectado. Realmente necesitamos entender esto mejor”.
Por el contrario, también espera encontrar un objetivo para la anticoncepción en los hombres. ¿Es eso realista?
“Creo que sí. Si entendemos mejor cómo funciona, también podemos desactivarlo. La movilidad es muy importante para los espermatozoides. Pero en el momento en que acaban de crearse y se almacenan en el epidídimo, todavía no pueden nadar. Si descubrimos lo que es esencial para este proceso de maduración, nuestro trabajo fundamental, otros pueden comenzar a desarrollar una píldora masculina”.
Solo se le permitió ingresar al laboratorio si investigó sobre corona
¿Qué le parece como investigador extranjero en los Países Bajos?
“¡Muy bien! Me gusta trabajar internacionalmente. No en vano, mi grupo de tres estudiantes de doctorado y un posdoctorado incluye a un holandés, un filipino, un indio y un alemán. Hablamos inglés entre nosotros. Me gusta esa diversidad cultural porque siempre trae nuevas ideas que se complementan. También formo parte de un consejo asesor de la Facultad de Ciencias en el campo de la diversidad”.
¿El coronavirus todavía se ha interpuesto en el trabajo de su departamento?
“En un momento, todos los laboratorios tuvieron que cerrar debido a las medidas de bloqueo contra la corona. No se nos permitía hacer nada y nos obligaban a quedarnos en casa. Hubo una excepción: solo se le permitió ingresar al laboratorio si estaba investigando sobre corona. Muchos científicos cambiaron entonces su investigación para seguir trabajando. Lo pensé por un tiempo, pero no lo hice.
“Tuvimos la suerte de que muchas de nuestras medidas ya las teníamos listas, solo faltaba trabajar y anotar los resultados. Eso resultó en cuatro hermosas publicaciones el año pasado, nada mal en mi opinión”.