一速全讯官网-科学家新发现:人类精子细胞的尾巴上竟有螺旋结构

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一速全讯官网,研究人员运用3d成像技术,首次发现人类精子细胞尾部存在一个螺旋结构。关于螺旋结构的功能尚不清楚,不过,随着研究深入,这一螺旋结构或将有助于科学家们研发出针对男性不育症的新药物,或者研发出避孕的新方法。

科学家发现,人类精子细胞的尾部存在左手螺旋形状。

供图:deagostini, getty

撰文:elaina zachos

啊,人类的精子。对于一个成熟的男性精子而言,这个微管对于有性繁殖十分关键。它看上去像是一只小小的透明蝌蚪,有头部、中部,还有一根摆动的尾巴帮助它游向卵子去受精。一名男性每秒钟能产生1500颗精子,而一次释放则能排出2.5亿颗。

尽管关于生殖,我们已经知之甚多,但是,科学家却并没有把单个精子细胞的结构彻底研究清楚。

瑞典哥德堡大学的博士生davide zabeo称:“关于原生动物的研究很多,已知的也很多,但是对人体细胞已知的却没有那么多。”

随着全新成像技术——低温电子断层扫描的出现,这一知识鸿沟将会越来越小。低温电子断层扫描技术,可以放大细胞,为其3d成像。davide zabeo运用这项技术,研究了人类精子,并将研究成果发表在了《scientific reports》上。

他们的研究发现,精子尾部末端有一个微小的左手螺旋结构,之前从未有人观测到过。这项发现或许能说明为何有些精子的游动能力比其它精子更强,并有助于研发新药物,治疗不育症或用于避孕。

低温电子断层扫描技术

低温电子断层扫描技术(cryo-et),结合了电镜成像与ct(计算机断层)扫描。运用这种技术进行研究时,研究者会把某个生物样本,比如单个细胞、组织或者器官进行快速冷冻。然后,样本被削薄,并在电镜下成像。将样本速冻,能确保其保持含水状态,科学家在研究它的时候,它的状态与自然状态极为相近。

“从根本上说,该技术只是辨别出人们能分离出来的蛋白质。借助这项技术,我们可以很好地观察到没有被其它技术改变的东西。这是我们能用到的最好的办法。它让我们看到的,是似乎还活着的东西。”该研究论文的合著者、科罗拉多大学博尔德分校的garry morgan说道。

成像结果是什么呢?是精细的、高质量的图像,即便是纳米级别的物体,这种技术也可以渲染出3d图像。

如果不把细胞削薄,对于低温电子断层扫描来说就太厚了。不过,精子的锥形尾部足够细,可以用这种技术来研究。精子首次被3d成像是在2012年。当时的科学家发现,尽管大多数精子都是沿着直线轨迹行进,但仍有一些沿着螺旋轨迹运动,而且还“超级活跃”。

驱动精子细胞运动的尾巴或鞭毛,由三部分组成:一个“螺旋桨”部位、包含着许多转化能量的线粒体的中段,还有尾部末端的一个端点。研究人员发现,末端的这个端点约占整个鞭毛的十分之一,其中包含有一个左手螺旋状的细胞结构。

截至目前,科学家尚不清楚为什么精子细胞会有这种螺旋结构,但他们有若干种推测:这种结构或许起着“塞子”的作用,防止细胞内的微管生长和萎缩;它还可能有助于引导精子的能量,用于游向卵子。

研究展望

如果研究人员能够解开这种螺旋结构的更多奥秘,他们将会针对精子尾巴的能量驱动机制进行更多研究。毕竟,在分子层面上,我们尚未完全理解鞭毛。

最终,这类研究将有可能解决男性不育问题。男性不育问题可能由男性激素水平、遗传和环境条件导致。在所有不孕不育的病例中,三分之一以上的问题都出在男性身上。

随着研究深入,科学家们可以研究不育症患者的精子细胞螺旋结构,寻找螺旋结构的功能与不育症之间是否有关联。

这类研究成果最终可以用于研发药物,帮助不育的男性,或者可以用来研发新的避孕方法。低温电子断层扫描技术大有前景。

zabeo说:“这项技术的应用还不是很多,因此,还有很多未知领域等待着用它来了解和观察。”

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