Reprodukční odysea aneb Jak chytit nejkvalitnější spermii

Každý šestý pár na planetě se potýká s problémem počít dítě. Čím dál více lidí proto upíná své naděje k asistované reprodukci. Stěžejní je vybrat vhodné pohlavní buňky. Jenže zatímco muži jich mají k dispozici miliardy, ženské zásoby se počítají spíše na stovky. Jak tedy rozeznat kvalitní spermie a dopravit je co nejšetrněji k vajíčku? Tématu jsme se věnovali v následujícím článku uveřejněném v aktuálním čísle A / Magazínu.

Vypadají jako miniaturní pulci nebo podivné rybičky – mrštné štíhlé tělo zakončené dlouhým ocáskem. V určitém, pro zrození nového života klíčovém okamžiku jsou jich miliony, dokonce stovky milionů. A všichni se jako jeden muž vydávají jasně daným směrem. Vstříc své bohyni – zralé ženské pohlavní buňce neboli vajíčku. Z celé armády vyslaných nájezdníků uspěje pouze jediný. Když ho bohyně přijme ve svém chrámu, může z jejich spojení vzniknout nový život. Může, ale nemusí. Tyhle heroické odysey totiž ve většině případů končí bez kýženého cíle.

Našimi dnešními hrdiny jsou spermie. Doslova zástupy spermií. V množství totiž bývá síla. Jenže síla není všechno, samotná kvantita rozhodně neznamená kvalitu. Aby voják vypravený z mužského těla dorazil až ke své drahé vyvolené ukryté hluboko v ženském pohlavním ústrojí, musí překonat mnohé nástrahy. A na to potřebuje dobré zbraně a účinné brnění – třeba helmu, které se říká akrozom. Tenhle pojem si zapamatujme, protože v další části tohoto příběhu bude ještě důležitý.

Schéma s jednotlivými částmi spermie a vajíčka (CC)

Hrdinně si vedou ale také vajíčka. Jakkoli by z výše popsané strastiplné cesty mohlo vypadat, že ženské pohlavní buňky jen pasivně čekají, který statečný dobyvatel je přemůže, není tomu tak. I ony mají svoje zbraně a brnění, svůj šarm a kouzlo, jimiž lákají pouze ty nejlepší z nejlepších. Ostatní u nich nemají šanci. To ony rozhodují, kdo k nim může vstoupit.

Případů, kdy se potkají nedostatečně vycvičení a vybavení nájezdníci s přespříliš vybíravou dámou, na celém světě přibývá. Uvnitř lidských těl se odehrávají dramata bez vítězů a žen a mužů, kteří se nemůžou dočkat vytouženého potomka, je stále více.

Zvířátka s ocáskem
Možná by bylo přesnější říct, že vzrůstá počet lidí, kteří se s tímto problémem obracejí na odborníky v oboru asistované reprodukce. Nejsou totiž k dispozici žádná čísla, která by dokládala, že neplodnost je dnes častější než třeba před pěti sty lety. Rozdíl je spíše v tom, že v současné době mají páry mnohem větší možnosti, jak této potíži společně čelit.

Zároveň dnes máme nepoměrně lepší představu o průběhu pohlavního rozmnožování než v minulosti a výzkum jde stále dopředu. Na rozdíl od jiných odvětví vědy se ale v historii tato oblast rozvíjela o něco pomaleji a s většími překážkami. Značným rozpakům, jak téma komunikovat, čelili už objevitelé pohlavních buněk. O mnoha z nich se ani nedozvíme, protože si svá zjištění nechali pro sebe nebo o nich konzervativní akademická obec nechtěla slyšet.

Portrét Antoniho van Leeuwenhoeka, objevitele „animalcules“

S obavami, jak ostatní přijmou fakt, že se věnuje zkoumání sekretů lásky, bojoval v 17. století i delftský rodák Antoni van Leeuwenhoek. Na živobytí si sice vydělával jako obchodník s textilem, jeho celoživotní vášní ale bylo pozorování přírody pod mikroskopem, tehdejší technologickou novinkou. Podnikavý a zvídavý Nizozemec se naučil přístroje vyrábět sám, stal se v tom skutečným mistrem a dodnes je považován za jednoho z otců mikroskopie.

Zkoumal pod nimi všechno, co ho napadlo – listy rostlin, křídla hmyzu, rybniční vodu, lidskou kůži, krev… a také ejakulát. V některých vzorcích objevil cosi malinkého, co se hodně hýbalo. Nazval to „animalcules“, tedy něco jako „zvířátka“.

Jenže jak o takovém objevu informovat? Už nějakou dobu byl v kontaktu s londýnskou Královskou společností, po delším váhání se rozhodl, že ji osloví i s tímto zajímavým zjištěním. V roce 1677 předsedovi britské učené společnosti napsal: „Pokud by se Vaše lordstvo domnívalo, že tyto poznámky mohou znechutit nebo pohoršit učence, prosím Vaše lordstvo, aby je považovalo za soukromé a zveřejnilo je nebo zničilo, jak Vaše lordstvo uzná za vhodné.“

Jeho lordstvo přínos objevu uznalo a nechalo ho v roce 1678 otisknout v časopise Philosophical Transactions. Tím okamžikem se začala psát kapitola výzkumu spermií a pohlavního rozmnožování. Jednotlivé odstavce ale přibývaly jen velmi pozvolna a většinou byly plné chyb. Dlouhou dobu se například učenci domnívali, že spermie obsahují miniaturního človíčka (říkalo se mu homunculus), kterého muž vpraví ženě do těla, on v ní naroste a po pár měsících se narodí.

Dnes pokročilé techniky dokážou pomocí počítačové analýzy mikroskopického obrazu zaznamenat i trajektorie pohybu spermií. (CC)

Muž, anebo žena?
Od těch časů samozřejmě uplynulo hodně vody a dnešní poznatky jsou o kus dál. Přesto toho o živočišných pohlavních buňkách neboli gametách stále nevíme dost. Jejich zkoumání se věnuje disciplína zvaná reprodukční biologie. V poslední době se dynamicky rozvíjí právě v souvislosti s čím dál silnější poptávkou ze strany zoufalých párů, kterým se nedaří počít potomka přirozenou cestou bez lékařské pomoci.

I o neplodnosti se historicky tradovala spousta omylů. Jedním z nejvíce rozšířených je domněnka, že chyba je výhradně na straně ženy. Známe z minulosti příběhy panovníků, kteří se museli několikrát oženit, než našli tu pravou, jež jim „dala“ syna.

„Neplodnost se běžně spojovala se ženami, bývalo společensky nepřijatelné, že by tento problém mohl jít za mužem. Máme tedy generace vědců, kteří se specificky zaměřovali právě na ženskou neplodnost,“ vysvětluje Kateřina Komrsková, vedoucí laboratoře reprodukční biologie v Biotechnologickém ústavu AV ČR v centru BIOCEV.

Kateřina Komrsková z Biotechnologického ústavu AV ČR (CC)

Výzkum spermií a mužského rozmnožovacího aparátu tak má skluz, který se současné vědkyně a vědci snaží dohnat. Je tady ale ještě jeden důležitý aspekt. Zatímco reprodukční zdraví žen se dlouhodobě kontroluje při pravidelných gynekologických prohlídkách, s nimiž dívky zpravidla začínají už v pubertě, chlapci a muži rutinním andrologickým vyšetřením neprocházejí. Ke specialistovi se většinou dostanou, až pokud narazí na zdravotní obtíž. Muži zkrátka nejsou vedeni k tomu, aby preventivně dbali na své reprodukční zdraví.

Početná armáda
Přispívá snad k tomu i nepoměr počtu mužských a ženských pohlavních buněk? Spermií je obrovské kvantum. V jednom jediném ejakulátu může být 40 až 900 milionů spermií. Vytvářejí se od puberty průběžně. Jejich vývoj trvá 68 až 72 dní a odhaduje se, že muž denně vyprodukuje zhruba 100 milionů spermií.

Proti tomu ženské oocyty se vyvíjejí už v prenatálním období. Plod mívá okolo čtyř až sedmi milionů vajíček, novorozená holčička jeden až dva miliony, dívka v pubertě 300 až 400 tisíc a třicetiletá žena asi 70 až 100 tisíc vajíček. Většina oocytů nicméně nikdy nedozraje, v každém menstruačním cyklu dozrává zpravidla jeden z nich, během života ženy jde celkem o 300 až 400 vajíček.

Už jen z tohoto srovnání vyplývá, jak vzácné jsou ženské pohlavní buňky a jak moc si zaslouží, abychom při asistované reprodukci velmi dobře zvažovali, nakolik kvalitní spermie k nim pustíme.

Do kultivační misky s jamkami se umísťuje živné médium s vajíčky či embryi, lze tak sledovat jejich vývoj a manipulovat s nimi. (CC)

„Je naprosto zásadní, abychom vnímali zodpovědnost při výběru gamet. Ženy procházejí při asistované reprodukci velmi náročnou hormonální přípravou a mají jen pár vajíček. Ta si rozhodně zaslouží být oplodněna pouze nejkvalitnějšími spermiemi, jenže jejich výběr zatím stále naráží na limity současných technologií,“ říká Kateřina Komrsková.

Molekula s magnetem
Za neplodnost se považuje stav, kdy se ani po jednom roce pravidelného nechráněného pohlavního styku nedaří potomka počít. Než se přistoupí k některé z metod asistované reprodukce, vyšetří zdravotníci ženu i muže a snaží se zjistit příčiny neplodnosti. Někdy pomůže úprava životního stylu, zpravidla ale následují další lékařské úkony.

Naprostá většina umělého oplodnění se v současné době děje pomocí metody, při níž se vpraví jedna spermie do cytoplazmy vajíčka. Klasická technika in vitro fertilizace, lidově oplodnění ve zkumavce, se už dnes používá minimálně. Pracuje se buď se spermiemi a vajíčky daného páru, nebo od dárců.

Každopádně se vyplatí z množství spermií vybrat ty nejlepší. „Těch cest je několik a jsou různě efektivní. Jedním z parametrů selekce je pohyblivost. Jenže to může být potíž v případě, kdy se téměř všechny spermie pohybují velmi málo. Metoda, kterou jsme vyvinuli, jde jiným směrem,“ podotýká Kateřina Komrsková.

I líné spermie totiž můžou obsahovat kvalitní dědičnou informaci, pokud mají neporušený akrozom – tedy onu čepičku nebo helmu, o níž jsme se zmiňovali na začátku textu. A naopak – dobře pohyblivé spermie můžou být náchylné k poškození DNA, pokud jejich akrozom není v pořádku.

„Akrozom je absolutně klíčový k udržení kvality spermie. S porušenou čepičkou buňka při přirozeném oplodnění vůbec nepronikne do vajíčka. To je zásadní pro poznání celého mechanismu,“ zdůrazňuje vědkyně. Metaforicky řečeno pak jde o to, jak v množství vojáků rozčlenit jednotlivce s funkčními helmami od těch, kteří je mají děravé. Co třeba je přitáhnout pomocí pomyslné magnetické udičky jako rybičky s kovovou hlavičkou?

Vypadá to bláznivě, jenže přesně takový je princip, na němž je postavena metoda vyvinutá týmem v Biotechnologickém ústavu AV ČR. Využívá faktu, že porušený akrozom má na svém povrchu jeden konkrétní protein – molekulu CD46.

Obrázek ukazuje sadu podložních sklíček s roztěry spermií, které jsou připraveny pro imunofluorescenční analýzu. (CC)

Poetická šestačtyřicítka
Na protein CD46 reaguje specifická protilátka, a právě na ni vědci navázali magnetickou mikročástici. Protilátka „vytuněná“ magnetem je pak schopná vyhledat spermie s vadným akrozomem nebo bez akrozomu a vytáhnout je z roztoku. Zůstanou jen kvalitní spermie, které pak lze použít při asistované reprodukci.

„Takto dokážeme rozpoznat velmi kvalitní samčí pohlavní buňky i při jejich extrémně malé koncentraci. Další velkou výhodou je, že spermie nijak mechanicky nepoškodíme. Naše metoda využívá přirozené schopnosti vajíčka nechat proniknout pouze kvalitní spermii, a tudíž je v souladu s přírodou,“ dodává Kateřina Komrsková.

Velkou snahou vědkyně je uvést tento objev co nejdříve do praxe. Založila proto spin-off, kvůli možnému vstupu na globální trh nazvaný anglicky Molecule 46, a absolvovala školení a mentoringový program Startup Accelerator Středočeského inovačního centra. Propojení výzkumné a komerční sféry považuje za velmi přínosné, i když nesmírně náročné. „Musím se permanentně učit novým dovednostem. Proniknout do podnikání vůbec není snadné, ale šla jsem do toho, protože naší technologii absolutně věřím a jsem přesvědčená, že může pomoci milionům lidí,“ říká Kateřina Komrsková.

Než se ale ozkoušená metoda dostane až k pacientům, chvilku to potrvá. Mnohaúrovňový certifikační proces totiž zabere i několik let. Stejně jako u lidí ale funguje i u zvířat. Spin-off tak plánuje, že začátkem příštího roku nabídne trhu nově vyvinutý diagnostický prostředek pro hodnocení kvality spermií u býků. V budoucnu by mohla technologie pomoci i při záchraně ohrožených živočišných druhů.

„Výběr spermií vhodných pro oplodnění zatím stále naráží na limity současných technologií,“ říká Kateřina Komrsková. (CC)

A proč vlastně právě šestačtyřicítka? Číslo neříká nic o struktuře, hmotnosti nebo jiných vlastnostech proteinů, jde čistě o nomenklaturní pořadí, v jakém byla daná molekula objevena. Přesto v případě reprodukční biologie určitou symboliku má. Je součtem dvou prvočísel – třiadvacítek. A ty jsou důležité. Pouze když se zkombinuje přesně 23 chromozomů vítězné spermie s 23 chromozomy oplodňovaného vajíčka, může vzniknout nový člověk.

Hledání významů, skrytých symbolů a s nimi spojené poetiky má v reprodukční biologii tradici. Možná právě proto, že se jedná o oblast, která má co dělat se zázrakem stvoření a zrození. I v laboratoři vedené Kateřinou Komrskovou tak vědkyně a vědci pracují s „božskými“ proteiny a „chrámy“ lásky.

Milostný trojúhelník
Na spermii se vyskytuje vedle šestačtyřicítky ještě další důležitý protein, bez něhož by oplodnění nikdy nenastalo. V roce 2005 ho objevili japonští vědci a pojmenovali Izumo podle jednoho z nejvýznamnějších chrámů Izumo taiša, tradičně spojovaného s manželstvím a láskou.

Na vajíčku pak existuje protein Juno, který nese jméno po římské bohyni, ochránkyni manželství a rodiny. Právě proteiny Juno a Izumo zajišťují spojení spermie a vajíčka. Jenže jak už to tak v mnohobožských systémech chodí, jedna osamocená bohyně pro úspěšnou misi nestačí. Tým Kateřiny Komrskové ve spolupráci s vědci z britské Univerzity v Sheffieldu a dalšími expertními týmy z celého světa zjistil, že důležitou roli v celém procesu oplodnění hraje na lidském vajíčku další protein – Maia.

„Poté, co jsme s kolegy v Británii dokončili sérii nadějných experimentů, jsem se vydala s rodinou na výlet. Procházeli jsme se po nádvoří jednoho zámku a obdivovali sochy bohyní. Vedle Juno, která symbolizovala červen, stála Maia jako patronka května,“ vzpomíná. V tu chvíli ji napadlo, že pokud experimenty klíčovou roli proteinu potvrdí, mohli by ho pojmenovat právě Maia.

Juno a Maia se vzájemně potřebují a pracují v součinnosti, i když můžou být vnímané i jako konkurentky. „Proteiny Juno a Izumo zajišťují prvotní kontakt. Při jejich setkání se zažehne jiskra lásky. Po jejich prvním polibku ale Juno z chrámu lásky mizí a na scénu přichází Maia, bohyně plodnosti,“ vysvětluje výzkumnice v poetických příměrech jinak poměrně složitou scénu reprodukční biologie.

Význam proteinu Maia popsal mezinárodní vědecký tým vedený Kateřinou Komrskovou v roce 2022 v odborném časopise Science Advances. Text shrnoval výsledek dvou desítek let práce sedmnácti různých badatelských institucí. Mnohé z nich stále pokračují v dalším prozkoumávání této pozoruhodné molekuly.

Detaily její funkčnosti v celém procesu oplození díky podpoře Grantové agentury ČR zkoumá také tým v Biotechnologickém ústavu AV ČR. „Díváme se na změny v plodnosti geneticky upraveného myšího organismu. Díky aktivní spolupráci s centry asistované reprodukce ale můžeme využít i darovaná lidská vajíčka,“ podotýká vědkyně a ubezpečuje, že výzkum s materiálem od pacientů splňuje veškerá přísně nastavená etická pravidla.

Z laboratoře do praxe
Propojení výzkumu v laboratořích Biotechnologického ústavu AV ČR s klinickým využitím funguje dlouhodobě a k oboustranné spokojenosti. Centra asistované reprodukce poskytují vědkyním a vědcům vzorky k bádání a informují je o aktuálních potřebách v praxi. Výzkumníci pak na oplátku poskytují zdravotníkům použitelné diagnostické nástroje.

Právě úzké kontakty v oblastech aplikace považuje Kateřina Komrsková za velkou výhodu své práce. Zůstávat uzavřená v laboratoři a bádat si ve složitostech základního výzkumu bez využití v praxi by ji nebavilo. Vedle toho ji nesmírně naplňuje učení a předávání znalostí v reprodukční biologii dalším generacím.

Při přednáškách se často setkává s tím, že jsou mladí lidé na téma reprodukce velmi citliví. „Bývají velice zodpovědní, zajímají se o své reprodukční zdraví a ptají se mě na prevenci neplodnosti. Čím dál častěji se mi také stává, že za mnou přijdou s tím, že oni sami se rodičům narodili právě díky asistované reprodukci nebo že mají někoho takového ve svém blízkém okolí,“ doplňuje vědkyně.

O tomto trendu vypovídají i statistické údaje z některých zemí. Například ve Velké Británii připadá v přepočtu na každou školní třídu jedno dítě, které pochází „ze zkumavky“. V Japonsku je podíl dětí, které přišly na svět díky asistované reprodukci ještě větší, v průměru jde o každého desátého školáka.

Příběhy se šťastným koncem
Přestože se obor reprodukční biologie dynamicky rozvíjí a možností, jak pomoci neplodným párům, je více než třeba před dvaceti lety, pořád platí, že přirozené oplodnění je z hlediska celkové kondice populace výhodnější. Některé dlouhodobé studie naznačují, že děti stvořené „umělým oplodněním“ můžou mít častější vrozené vady nebo různé zdravotní potíže. Pro obecné závěry ale dostupná data nestačí. Vždyť první „dítě ze zkumavky“ na světě se narodilo teprve v roce 1978, u nás až o čtyři roky později.

Reprodukční bioložka Kateřina Komrsková své studenty a studentky motivuje, aby rodičovství pokud možno příliš neodkládali, protože právě věk je jedním z nejdůležitějších kritérií plodnosti. „Studium se dá velmi dobře zkombinovat s rodičovstvím, takže čekat s rodinou až po nastartování kariéry nemusí být nejvýhodnější variantou,“ dodává vědkyně, která je sama dvojnásobnou matkou a jejíž vědecký tým je z většiny sestavený z žen.

Podle jejích zkušeností se dá i vědecká práce dobře propojit s rodičovstvím, lidem ze svého týmu – jak ženám, tak i mužům, nabízí flexibilní pracovní dobu. Nezáleží na tom, jestli v laboratoři sedí „od–do“, ale jaké výsledky odvádějí. Když je to nutné, třeba po nemoci nebo v případě potíží s integrací ve školce, můžou zaměstnanci přivést ratolest s sebou do práce.

„Moc ráda bych podpořila všechny, kteří čtou tyto řádky, uvažují o rodině, ale mají obavy. Nebojte se zakládat rodiny, když máte s kým. Odkládat rodičovství kvůli studiu nebo práci by byla škoda, protože s každým dalším rokem se možnosti počít potomka přirozenou cestou snižují,“ zdůrazňuje Kateřina Komrsková.

Zkušenosti z výzkumu ženských i mužských pohlavních buněk dokládají, že s věkem jejich kondice klesá. Přeneseno zpět do metaforického příběhu, heroickou odyseu zpravidla úspěšně dokončují jen hrdinové a hrdinky v plné síle a dobré zbroji. Dramata odehrávající se uvnitř lidských těl mívají různé závěry, podobně jako historické velkofilmy. Někdy zamíří k jasnému happy endu, jindy k nejednoznačnému otevřenému konci.

Jedno je nadmíru jisté, příroda naprogramovala hrdiny našich příběhů, aby se nevzdávali a – byť s malou pomocí – zas a znovu, generaci po generaci, pronikali do chrámů lásky.

Článek vyšel pod názvem Bohyně plodnosti v chrámu lásky v A / Magazínu 3/2025:

3/2025 (verze k listování)
3/2025 (verze ke stažení)

Čtvrtletník A / Magazín vydává Akademie věd ČR. Výtisky zasíláme zdarma všem zájemcům. Kontaktovat nás můžete na adrese predplatne@ssc.cas.cz.

Text: Leona Matušková, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR; Shutterstock

 Text a fotografie označené CC jsou uvolněny pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Plísně jsou vděčné téma, nikoho nenechají chladným, říká mykolog
• Breberky mě fascinovaly odmala, říká mikrobiolog Michal Kraus
• Učíme se, vybavujeme si a zapomínáme. Co dokáže paměť a jak ji přelstít?
• Nádorové buňky jako zlodějky. Jak posílit imunitní systém, aby na ně vyzrál?
• Nová sloučenina chrání kostní buňky, může pomoci pacientům s cukrovkou
• Růst listů, kořenů, kvetení i rozmnožování aneb Za vším hledej hormon
• Řekni mi to vůní. Pachová komunikace řídí životy zvířat i lidí
• Luční kvítí klíčem k poznání evoluce. Vědci popsali DNA chromozomu Y
• Jak se mozek zotavuje po mrtvici? Odpovědi přináší studie českých vědců
• Čirok produkuje unikátní pyl. Může být cestou k pěstování odolnějších plodin