Процесс слияния сперматозоида и яйцеклетки всегда интересовал учёных. И хотя науке известно уже немало о зарождении новой жизни, встречи двух половых клеток продолжают изучать, пытаясь разузнать побольше интригующих научных подробностей. Понятно, что дело не только во врождённом любопытстве учёных, но и в прикладных выгодах такого рода исследований.

Так, учёные из Северо-западного университета в США провели эксперимент по наблюдению за соединением сперматозоида и яйцеклетки млекопитающего. Как выяснилось,

этот процесс сопровождается мощным выбросом «искр» — атомов цинка — которые исходят волнами, одна за другой.

Использование передовых технологий, специально разработанных для этого исследования, позволило запечатлеть в деталях молекулярные фейерверки. Учёные стремились определить, откуда именно исходят атомы цинка. Оказалось, что частицы выбрасываются прямо из-под поверхности яйцеклетки.

Американские биологи установили, что колебания атомов цинка играют важнейшую роль в регуляции биохимических процессов, которые обеспечивают здоровый переход от оплодотворённой яйцеклетки к эмбриону.

По словам авторов исследования,

новые данные позволят существенно улучшить технологию экстракорпорального оплодотворения.

«Количество выбрасываемых частиц цинка может быть прекрасным индикатором качества оплодотворённой яйцеклетки, аналогов которому на сегодняшний день не существует. Если мы сможем точно определить, какие яйцеклетки являются наиболее качественными, то и здоровье эмбрионов будет заранее предопределено», — рассказывает соавтор исследования Тереза К. Вудрафф (Teresa K. Woodruff).

Новая работа, опубликованная в журнале Nature Chemistry, по словам её авторов, демонстрирует первые количественные физические измерения локализации цинка в отдельных клетках млекопитающих.

Биохимики разработали методику, состоящую из четырёх физических способов определения количества цинка, содержащегося в яйцеклетке, и его местоположения в момент оплодотворения и спустя два часа. Чувствительность высокотехнологичных приборов, в том числе и синхротрона APS, позволила исследователям проследить за отдельными атомами цинка, а также волнами «искр», которые выбрасываются половой клеткой.

Яйцеклетка содержит около 8 тысяч «кармашков», в каждом из которых содержится около миллиона атомов цинка. Как рассказывают биохимики, если все эти частицы будут единожды высвобождены, то процесс выброса вещества будет схож с высвобождением нейромедиаторов в мозге или инсулина в поджелудочной железе.

Рис. 1. Биохимики обнаружили «вспышки» цинка, исходящие от яйцеклетки в момент оплодотворения.

Уникальность новой работы заключается в том, что помимо знания о количестве атомов цинка, содержащихся в клетке, учёные получили информацию о том, где именно локализованы частицы.

Более того,

они запечатлели эти данные в нанометровом масштабе как в двух, так и в трёх измерениях.

«В момент оплодотворения яйцеклетка раскрывает тысячи своих кармашков, каждый из которых высвобождает по миллиону атомов цинка. Затем наступает тишина. Чуть позже наблюдается новая волна "фейерверка», и вновь наступает затишье. Так продолжается около четырёх-пяти раз", — поясняет соавтор исследования Томас О'Халлоран (Thomas O'Halloran).

Вудрафф и О'Халлоран работали над данным проектом на протяжении шести лет. Только что опубликованная работа является кульминацией масштабного исследования, которое состояло из нескольких этапов.

В ходе предыдущих экспериментов с яйцеклетками мыши учёные определили, что клетка теряет 10 миллиардов из 60 миллиардов атомов цинка в процессе выбрасывания волн при оплодотворении. Также стало известно, что яйцеклетка не сможет вовсе достичь зрелости без цинка.

Рис. 2. Яйцеклетка мыши перед выбросом из кармашек атомов цинка.

«Яйцеклетка должна сначала накопить атомы цинка, а затем высвободить часть из них, чтобы успешно управлять процессами созревания, оплодотворения и начала эмбриогенеза. Мы стремились в ходе нашей работы проникнуть на молекулярный уровень процесса превращения клетки в новый организм», — рассказывает О'Халлоран.

В настоящее время учёные разрабатывают полноценную методику определения качества яйцеклеток. Они планируют установить взаимосвязь между количеством атомов цинка и потенциальной способности клетки стать эмбрионом. Подобная технология значительно повысила бы эффективность и безопасность ЭКО.