Spermien können unsichtbare chemische Schäden an ihren Mitochondrien, den Kraftwerken der Zellen, aufweisen, die sie funktionsunfähig machen. Das haben Wissenschaftler jetzt bei der Erstellung einer chemischen 3D-Landkarte des Spermiums entdeckt. Da bsherige Fruchtbarkeitstests diese Fehler nicht nachweisen können, entwickelten sie einen neuartigen Fertilitätstest, der gesunde und beschädigte Spermien anhand ihrer spektralen chemischen Signatur in Sekundenschnelle unterscheidet.
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Die Natur hat Spermien ähnlich wie einen Rennwagen auf ihre Funktion optimiert: nur die für ihre Funktion nötigsten Bestandteile tragen sie mit sich. Um herauszufinden, ob ein Spermien eines Mannes fruchtbar sind oder aber Schäden mit sich tragen, werden diese normalerweise unter dem Mikroskop auf Bewegungsaktivität und eventuelle Verformungen untersucht. Dieser morphologische Test ist auch von den Richtlinien der WHO Manual for Andrology Laboratories vorgegeben. Doch Forscher der Ruhr-Universität Bochum haben nun festgestellt, dass dieser rein morphologischen Untersuchung wichtige Schäden – und damit Ursachen für eine Unfruchtbarkeit des Mannes – entgehen.
„Unsichtbare“ Schäden in den Mitochondrien
Schlüssel dafür sind die Mitochondrien der Spermien. Diese zellulären Kraftwerke liefern die Energie für die Bewegung und Motilität der Samenzellen und sind damit ein wichtiger Faktor für die Befruchtung. Das RUB-Forscherteam konnte nun feststellen, dass zelluläre Schäden auf molekularer Ebene in den Mitochondrien vorhanden sein können, obwohl Änderungen in Form und Morphologie nicht nachweisbar sind. Sie plädieren dafür, auch chemische Signaturen zur Charakterisierung in die Fruchtbarkeitstests aufzunehmen und entwickelten dafür auch gleich einen passenden Schnelltest.
Chemische 3D-Karte des Spermiums
Es gelang ihnen, ohne zusätzliche Markierung dreidimensionale, hochaufgelöste chemische Karten der Spermienorganellen zu erstellen. Die dafür verwendete Raman-Mikroskopie nutzt die charakteristischen Schwingungen der einzelnen Moleküle, um so einen Fingerabdruck der einzelnen zellulären Komponenten zu erhalten. Zusammengesetzt zu einer chemischen Landkarte lässt sich damit ein Bild des Stoffwechsels und der „Bauteile“ von Spermien visualisieren. Zusätzlich zur optischen Bildinformation wird erstmals die chemische Zusammensetzung von Spermien direkt abgebildet.
Wichtiger Schritt in der Aufklärung der Ursachen zunehmender Unfruchtbarkeit
Diese Entdeckung könnte dazu führen, dass Standards zur Bestimmung von gesunden und geschädigten Spermien in Zukunft um chemische Marker ergänzt werden, was insbesondere aufgrund der in den letzten 50 Jahren in Durchschnitt weltweit dramatisch gesunkenen Spermienzahl und -beweglichkeit besondere Bedeutung zur Aufklärung der Ursachenkette haben kann. Dieser
Bedeutung wurde von der Royal Society of Chemistry, der größten europäischen Gesellschaft für die Förderung der chemischen Wissenschaften, ein Highlight in der Sektion „Chemical Biology“ und eine News „Chemistry World“ gewidmet.
(Ruhr-Universität Bochum, 19.05.2010 – NPO)
