Tým vědců z Humboldtovy univerzity a Leibnizova institutu (Leibniz-IZW) vyvinul počítačový model založený na agentech, které simulují cestu spermií samičím pohlavním traktem. Cílem tohoto výzkumu bylo identifikovat faktory klíčové pro úspěšný tranzit spermií bez použití testů na zvířatech.
Během páření dochází k přenosu milionů spermií do samičích pohlavních orgánů, které se musí dostat k oocytu. Ovšem velmi málo spermií skutečně celou trasu až k oocytu zvládne. Mechanismy, které stojí za selekcí spermií, a tedy i vlastním reprodukčním úspěchem, jsou do značné míry neznámé, protože experimentální studie na živých organismech jsou velmi obtížné z etických i praktických důvodů. Hlubší pochopení faktorů, které se podílejí na úspěšné migraci a selekci spermií v kontextu druhově specifických reprodukčních systémů, je velmi zásadní. Například u ohrožených druhů volně žijících živočichů může pomoci rozpoznat reprodukční problémy a optimalizovat techniky asistované reprodukce, zvláště umělé inseminace.
Vědecký tým vyvinul časoprostorový počítačový simulační model genitálního traktu samice, ve kterém byly jednotlivé spermie považovány za nezávislé agenty vybavené souborem biofyzikálních charakteristik specifikujících konkrétní vlastnosti a byly podrobené specifickým pravidlům pro pohyb a interakci se samičím genitálním traktem.
Simulační model využil nejprve data o geometrii a biofyzikálních vlastnostech bovinních pohlavních cest a o principech pohybu bovinních spermií pozorovaných ve zkumavkách. Spermie přednostně plavaly proti proudu tekutiny (pozitivní rheotaxe) a pohybovaly se podél struktur stěny (thigmotaxe).
Aby se zajistilo, že počítačový model bude přiměřeně realisticky zobrazovat hlavní rysy interakce mezi spermatem a samičím pohlavním traktem, byly výsledky simulace porovnány s publikovanými údaji o reprodukci skotu. Výsledky simulace prokázaly těsnou shodu s pozorovaným načasováním a počtem spermií, které skutečně dosáhly vejcovodů. Dále bylo zjištěno, že existuje druhově specifické optimální časové okno pro akumulaci spermií ve vejcovodu ve vztahu k načasování ovulace.
Zjištěná fakta by měla být brána v úvahu při úpravě spermií v postupech umělé selekce. Výsledky výzkumu ukázaly, že tato počítačová simulace má potenciál zlepšit asistovanou reprodukci u ohrožených druhů, hospodářských zvířat a možná i u lidí, a to bez použití pokusů na zvířatech, což je zásadní.
Ing. Petra Černá
Zdroj: Diemer J, Hahn J, Goldenbogen B, Müller K, Klipp E (2021): Sperm migration in the genital tract – in silico experiments identify key factors for reproductive success. PLOS Computational Biology. doi.org/10.1371/journal.pcbi.1009109.
