إنهما الزوجان الغريبان الأصليان: أحدهما ضخم وكروي وغير متحرك. والآخر أصغر حجمًا وله ذيل ولا يتوقف عن السباحة. ومع ذلك، فإن اندماج البويضة والحيوانات المنوية مهم لكل حيوان يتكاثر جنسيًا على وجه الأرض.
لقد ظلت كيفية حدوث هذا الاتحاد لغزا للعلماء لفترة طويلة. أ يذاكر أظهرت دراسة نشرت يوم الخميس في مجلة Cell تعتمد على تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي الحائزة على جائزة نوبل أن حزمة مترابطة من ثلاثة بروتينات تساعد على ربط الحيوانات المنوية والبويضة معًا. وتتقاسم هذه الحزمة المهمة حيوانات ذات صلة بعيدة مثل الأسماك والثدييات، وغالبًا ما تشمل البشر.
بالنسبة لجميع الحيوانات على وجه الأرض، تبدأ الحياة بخلية منوية تشق طريقها إلى غشاء خلية البويضة. وبطريقة ما، تتعرف الخليتان على بعضهما البعض وتندمجان معًا. وبعد ذلك، وفي لمح البصر، يدخل رأس الحيوان المنوي إلى البويضة وكأنه يدخل من الباب. الآن أصبحت الخلية المندمجة زيجوتًا وجاهزة للنمو لتصبح حيوانًا جديدًا.
وفي بحث سابق، حدد العلماء أربعة بروتينات في الحيوانات المنوية للثدييات موجودة أيضًا في الحيوانات المنوية للأسماك وهي ضرورية للتخصيب. لكن لا أحد يعرف ما إذا كانوا سيعملون كفريق واحد لفقس بيضة، أو كيف.
في الدراسة الجديدة، تساءل أندريا باولي، عالم الأحياء الجزيئي والتنموي في معهد أبحاث الأمراض الجزيئية في فيينا، والمتعاونون في العديد من المؤسسات، عن كيفية جمع بروتينات الحيوانات المنوية معًا أثناء الإخصاب.
ويعتمد الباحثون على تقنية AlphaFold، التي تقاسمت جائزة نوبل في الكيمياء الأسبوع الماضي. ويستخدم الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بشكل البروتين. باستخدام AlphaFold، قارن الفريق أربعة بروتينات للحيوانات المنوية في الثدييات والأسماك بمكتبة تضم حوالي 1400 بروتين آخر موجودة على سطح الخلية في خصيتي الزرد للبحث عن شركاء محتملين.
وقالت فيكتوريا دينيك، باحثة ما بعد الدكتوراه في مختبر الدكتور باولي: “أردنا العثور على شيء نعرف أنه سيكون في المكان المناسب وفي الوقت المناسب”.
كان هذا تحديًا حتى بالنسبة لشركة AlphaFold. يقول الدكتور: “لقد استمر الأمر لمدة أسبوعين أو ثلاثة أسابيع”. وقال تينيك، احتكار موارد الحوسبة في الحرم الجامعي.
وأضاف الدكتور باولي: “لم يكن الآخرون في الشركة سعداء للغاية”.
أخيرًا، توقع AlphaFold أن اثنين من بروتينات الحيوانات المنوية المشتركة في الأصل سوف يرتبطان ببعضهما البعض، جنبًا إلى جنب مع بروتين ثالث غير معروف سابقًا، مما يشكل مجموعة من ثلاثة.
وأكدت التجارب المعملية تخمين المشروع: إن ذكور أسماك الزرد التي تفتقر إلى البروتين الثالث المكتشف حديثًا كانت عقيمة تمامًا مثل ذكور الفئران. كانت حيواناتهم المنوية تسبح بشكل طبيعي لكنها فشلت في الاندماج مع البويضة. ووجد العلماء أيضًا أدلة كيميائية حيوية على أن بروتينات الحيوانات المنوية الثلاثة تعمل كوحدة واحدة في الزرد والبشر.
وقال الدكتور باولي إنه من المحتمل أن يكون لدى العديد من الفقاريات أو جميعها نفس المفصل الحرج.
ووصف حزمة بروتين الحيوانات المنوية بأنها نوع من المفتاح الذي يمكن وضعه في قفل خلية البويضة. في الأسماك، هذا القفل عبارة عن بروتين يسمى Bouncer – وهو مثالي، لأنه بدونه لا يمكن لرأس الحيوان المنوي دخول البويضة.
حددت الأبحاث السابقة أيضًا جزيء قفل في بيض الثدييات يرتبط بأحد بروتينات حزمة البروتين الثلاثة. ومع ذلك، فمن الغريب أن الثدييات ليست حارس القفل. وهو بروتين غير ذي صلة يسمى جونو.
وهذا يعني أنه في مكان ما من التاريخ، لا بد أن الحيوانات قد طورت بروتينات بيض مختلفة لربط حزمة بروتين الحيوانات المنوية. وقال الدكتور بولي إن هذا يمثل لغزًا: لقد تغير القفل، ولكن بطريقة ما “يظل مفتاح الحيوانات المنوية كما هو”.
وأضاف: “نريد أن نعرف الإجابة”.
ووصفت آمبر كراشوناس، عالمة الأحياء الإنجابية في جامعة ديلاوير والتي لم تشارك في البحث الجديد، الدراسة الجديدة بأنها “مثيرة حقًا”.
في وقت سابق من هذا العام، استخدم فريق بحث مختلف بشكل مستقل AlphaFold توقع وجود حزمة واحدة من ثلاثة بروتينات في الثدييات. قال الدكتور كروتشوناس: “إن توصل مجموعتين مستقلتين إلى استنتاجات مماثلة يزيد بالتأكيد من ثقتنا في النتائج”.
ومع ذلك، قال: “لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لكشف أسرار الحمل”. على سبيل المثال، تتم مشاركة بعض بروتينات الحيوانات المنوية بين الثدييات والأسماك، ولكنها ليست جزءًا من هذه الحزمة؛ ماذا يفعلون؟
قال الدكتور باولي: “هذا سؤال أساسي مع عدد قليل جدًا من الإجابات الجزيئية”. “إنه لأمر مدهش.”
