‘Trovo affascinante questo minimalismo dello sperma’

Uno spermatozoo non porta nulla di superfluo. Per progredire il più rapidamente possibile nella corsa per raggiungere prima un uovo, la cellula viene completamente spogliata durante il suo sviluppo. “È come preparare uno zaino per una lunga passeggiata”, dice Tzviya Zeev-Ben-Mordehai, “prendere solo ciò che è assolutamente necessario. Trovo affascinante questo minimalismo dello sperma.

Zeev-Ben-Mordehai è Professore Associato presso il Bijvoet Center for Biomolecular Research presso l’Università di Utrecht. Usando microscopi avanzati, esamina la struttura cellulare dello sperma di vari mammiferi e presto anche dell’uomo.

Cosa hanno di speciale gli spermatozoi? “Beh,” dice Zeev-Ben Mordechai, “a volte la gente pensa che non ci sia molto da scoprire. Al microscopio ottico normale, infatti, sembrano cellule abbastanza semplici, costituite da una testa e da una lunga coda. Ma con l’altissima risoluzione del microscopio che utilizziamo, all’improvviso si vede l’enorme complessità dello sperma.

Cosa rende la criomicroscopia uno strumento così potente?

“Con la tomografia crioelettronica, puoi fare una scansione TC della cellula, per così dire. Il computer genera un’immagine in cui è possibile studiare le sezioni trasversali di una cellula congelata fetta per fetta, proprio come è possibile con una scansione del corpo. Questo viene fatto in modo così dettagliato che a volte puoi vedere le singole proteine.

“Una volta terminate le scansioni, devi prima annotare tutte le strutture su queste immagini in bianco e nero: scopri esattamente quali parti di celle vedi. È quindi possibile eseguirne ricostruzioni tridimensionali al computer per vedere che aspetto hanno effettivamente le parti della cellula.

“Il vantaggio rispetto alla microscopia elettronica convenzionale è che non è necessario trattenere, tagliare o colorare il campione; azioni che possono danneggiare la struttura, dandoti un’immagine distorta. Quello che vediamo con cryo-EM è esattamente come le parti sono effettivamente nella cella.

Il campione viene congelato al microscopio

Tzviya Zeev-Ben Mordechai mostra come avviene il congelamento veloce. Riempie un thermos aperto con azoto liquido, in cui si trova un piccolo contenitore di metallo pieno di etano liquido. “Deve essere etano perché il preparato si congeli abbastanza velocemente”, spiega, “con solo azoto, è troppo lento. Deve andare così veloce che non si possono formare cristalli di ghiaccio.

Il preparato viene sospeso sopra il liquido con una pinzetta. Quindi preme un pedale, facendo cadere le pinzette come una ghigliottina. Una volta congelato, il campione viene posto al microscopio dove l’immagine in ombra di un raggio di elettroni può rendere visibili i minimi dettagli della cellula.

Cosa hai scoperto?

“In medicina riproduttiva, l’origine del secondo centriolo dell’uovo fecondato è sempre stata un mistero. I centrioli sono parti di cellule importanti per la divisione cellulare. Per questo sono sempre necessari due centrioli che attraggono ciascuno metà dei cromosomi. Da precedenti ricerche risulta chiaro che la cellula uovo non ha centrioli, e fino a poco tempo fa sono sempre stati in grado di trovarne solo uno in uno spermatozoo.

“Con la nostra criomicroscopia, ora abbiamo visto di cosa si tratta. Il secondo centriolo è molto diverso dal normale. Al posto della normale struttura rigida a forma di botte, questo centriolo si presenta come una ciotola, che può anche muoversi molto facilmente. Nello sperma, si trova appena sotto la testa attorno al nucleo a coda di frusta. Sospettiamo che ci sia una funzione secondaria cruciale nella locomozione cellulare.

Può sembrare assurdo, ma un uovo è troppo grande per essere studiato con la criomicroscopia

E cosa succede a quello strano centriolo dopo il concepimento?

“Questa è una buona domanda, non lo sappiamo ancora. Dopo la fecondazione, puoi ancora vedere la coda dello sperma nell’uovo per un po’ e vorremmo vedere cosa sta succedendo nella cellula. Può sembrare pazzo, ma un uovo è troppo grande per essere studiato con la criomicroscopia. Non puoi congelare quella cellula abbastanza velocemente a causa delle sue dimensioni Stiamo lavorando a una soluzione, ma non ci siamo ancora.

Questa ricerca potrebbe anche aiutare a fare qualcosa contro l’infertilità maschile?

“Sì, speriamo di trovare qualcosa a un livello fondamentale che ostacoli la fertilità. Per questo ora abbiamo avviato una collaborazione con una clinica per la fertilità presso l’UMC Utrecht. Il tasso di successo della fecondazione in vitro è basso, 25% nelle giovani donne, e si ottiene solo peggio nelle donne anziane. È un fardello piuttosto pesante per le coppie che vogliono avere figli.

“Nell’infertilità maschile, la causa è sconosciuta nei due terzi dei casi. A volte l’ICSI è ancora una soluzione in cui uno spermatozoo viene iniettato direttamente nell’uovo. Al microscopio, puoi vedere lo sperma immobile o deformato, ma se non sai cosa c’è che non va e continui a eseguire l’inseminazione artificiale, rischi di trasmettere un difetto alla generazione successiva inosservato. Abbiamo davvero bisogno di capirlo meglio.

Al contrario, speri anche di trovare un obiettivo per la contraccezione maschile. È realistico?

“Penso di sì. Se capiamo meglio come funziona, possiamo anche disattivarlo. La mobilità è molto importante per lo sperma. Ma quando vengono appena creati e immagazzinati nell’epididimo, non sanno ancora nuotare .Se scopriamo cosa è essenziale per questo processo di maturazione, il nostro lavoro fondamentale, altri potrebbero iniziare a sviluppare una pillola maschile.

Ti era permesso entrare nel laboratorio solo se stavi facendo ricerche sulla corona

Come ti senti come ricercatore straniero nei Paesi Bassi?

“Molto bene! Mi piace lavorare a livello internazionale. Non per niente il mio gruppo di tre dottorandi e un post-dottorato comprende un olandese, un filippino, un indiano e un tedesco. Parliamo inglese tra di noi. Amo questa diversità culturale perché è sempre porta nuove idee che si completano a vicenda. Sono anche membro di un comitato consultivo della Facoltà di Scienze nell’area della diversità.

La corona ha ulteriormente ostacolato il lavoro del tuo dipartimento?

“Ad un certo punto, tutti i laboratori hanno dovuto chiudere a causa delle misure di contenimento della corona. Non ci è stato permesso di fare nulla e siamo stati costretti a rimanere a casa. C’era un’eccezione: ti era permesso entrare nel laboratorio solo se stavi facendo ricerche sulla corona. Molti scienziati hanno poi cambiato la loro ricerca per continuare a lavorare. Ci ho pensato per un po’, ma non l’ho fatto.

“Siamo stati fortunati ad avere già molte delle nostre misurazioni pronte, tutto ciò che restava da fare era lavorare e scrivere i risultati. Questo ha portato a quattro ottime pubblicazioni l’anno scorso, non male secondo me.