Co voní a co chutná spermiím?

Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu získala v roce 1994 Linda Bucková spolu s Richardem Axelem za objev čichových receptorů – bílkovinných „antén“, jejichž prostřednictvím zachycují čichové buňky naší nosní sliznice nejrůznější pachy a vůně. Více než tisícovka z celkového počtu 23 000 savčích genů kóduje právě tyto „čichové antény“. Jde tedy o jednu z nejpočetnějších skupin genů savčího genomu. Každý typ čichového receptoru zachytí jen určitou pachovou molekulu a pak ještě několik jejích „blízkých příbuzných“. Díky tomu jsme schopni čichem bezpečně rozeznat kouř z ohně nebo varovný zápach zkaženého jídla. Díky čichovým receptorům se můžeme těšit z vůně rozkvetlé růže a rozeznat ji od vůně konvalinek.

Čichové receptory byly odhaleny i na úplně jiných místech organismu, než je čichová sliznice. K velkým překvapením patřil objev čichových receptorů typu hOR 17-4 na lidských spermiích. Znamená to, že spermie dokážou reagovat na látky, jež jsme s to zachytit čichem? A pokud ano, tak co spermiím voní nebo páchne?

Reakce spermií na nejrůznější látky přítomné v jejich okolí jsou dobře známé od živočichů, jejichž pohlavní buňky se střetávají k početí potomstva mimo organismus rodičů. Například při tření ryb musí spermie najít vajíčko v bezbřehých dálavách potoka, řeky, jezera či moře. Spermie je pro tyto účely vybavena „anténami“, jež zachytí specifické molekuly uvolňované do prostředí vajíčkem. Spermie se pohybuje ve směru stoupající koncentrace signálních molekul a neustále se tak přibližuje k jejich zdroji. Potřebují navádění podobným chemickým majákem také spermie savců, které se potkávají se zralým vajíčkem v relativně stísněných prostorách vejcovodu? Zřejmě ano.

V rozporu s hojně rozšířenou představou nechvátá vajíčku ve vejcovodu v ústrety mračno spermií. Počet spermií schopných najít vajíčko je omezen na několik desítek. Rozhodně nelze spoléhat na náhodu, že spermie najde vajíčko jako příslovečné slepé kuře zrno. Potřebu navigace spermií na cestě k vajíčku dokazuje už fakt, že savčí spermie po vstupu do vejcovodu chvátají za teplem. V místě, kde se nachází vajíčko, je vejcovod zhruba o 1 °C teplejší. Taktikou velmi podobnou dětské hře „přihořívá, přihořívá, hoří“ se dostane spermie poměrně blízko vajíčku. Tam se však ocitá v úzkých, protože všude kolem ní je stejná teplota a to jí k dohledání vajíčka nepomůže. V této zapeklité situaci by mohla savčí spermie přepnout na pátrání podle chemického signálu, jejž vylučuje buď samotné vajíčko, nebo mnohatisícový chumel tzv. kumulárních buněk, které vajíčko obalují.

Zdálo se, že čichové receptory hOR 17-4 by se mohly zhostit role stopaře, který vajíčko „vyčenichá“. Samozřejmě za předpokladu, že vajíčko vysílá signál zachytitelný právě tímto typem „čichové antény“. Pátrání po molekulách, které voní spermiím, přineslo výsledky, které vzbudily rozpaky. V laboratorních podmínkách vyhledávaly spermie například zdroj mentolu. Měly také průkaznou slabost k lyralu, jenž je komponentou deodorantů. Nejsilnější odezva byla zaznamenána na bourgeonal – molekulu spoluodpovědnou za jemnou vůni konvalinek.

Vědci předpokládali, že látky, jako je mentol nebo konvalinkový bourgeonal, lákají spermii jen proto, že jí připomínají molekulu, která slouží jako skutečný naváděcí signál vysílaný vajíčkem pro spermii. A tak pátrání
po „vůni vajíčka“ pokračovalo.

Nakonec byla role chemického signálu nezpochybnitelně připsána látce, která nevoní ani nepáchne – steroidnímu hormonu progesteronu. Spermie ho registrují díky speciální bílkovině CatSper, jež slouží jako iontový kanál a vpouští do spermie ionty vápníku. Spermie reaguje na vpád vápníkových iontů změnami pohybu bičíku. To je přesně reakce, kterou spermie potřebuje k opravě chybného kurzu při cestě za vajíčkem. O tom, že kumulární buňky obalující vajíčko jsou vydatným zdrojem progesteronu, věděli biologové už dlouho.

Tento objev objasnil i záhadnou reakci spermií na nejrůznější vůně.¹⁾ Bílkovina Cat-Sper sice reaguje velmi silně na progesteron, ale netečná není ani k mnoha dalším látkám včetně mentolu, lyralu nebo bourgeonalu. Spermie si pak pletou nejrůznější vůně s progesteronem. Zvláště v laboratorních podmínkách není obtížné vystavit spermie takovým koncentracím vonných látek, jaké spermie nedokáže ignorovat.

Jaká je role čichových receptorů hOR 17-4? Nakonec se ukázalo, že tato slibná stopa vede do slepé uličky. Pokud se vonné molekuly, jako je bourgeonal, navážou jen na „čichovou anténu“, neděje se vůbec nic. Receptor hOR 17-4 není ve spermii schopen spustit podobné procesy, jaké spouští po navázání vonné látky v buňce čichové sliznice. „Čichové antény“ tedy spermii k vajíčku zcela jistě nedovedou. Spermie, která zachytí vonnou látku na čichový receptor, se ocitá v podobné situaci jako člověk, který si na střechu domu připevnil televizní anténu a čeká na televizní program v pokoji, kde není televizní přijímač.

Jev, pro který se ujal atraktivní název „konvalinkový fenomén“, se nakonec ukázal jako omyl. Přesto není namístě podléhat uspokojení, že jsme konečně poznali komunikaci mezi savčími pohlavními buňkami ve vší její složitosti. Nedávno odhalil tým německých biologů na savčích spermiích receptory, s jejichž pomocí nám buňky jazyka zprostředkovávají chutě.²⁾ Konkrétně jde o receptorové molekuly, jež se podílejí na vnímání sladké chuti a chuti označované jako umami, jež je typická pro potraviny bohaté na bílkoviny. Na rozdíl od „slepých“ čichových receptorů hOR 17-4 jsou chuťové receptory na povrchu spermií plně funkční a spouštějí v nitru pohlavní buňky celou kaskádu procesů podobných těm, kterými reaguje spermie na signál v podobě molekul progesteronu. O významu chuťových receptorů pro správné funkce spermií svědčí i fakt, že spermie myšáků, kteří mají poškozené chuťové receptory, nedokážou oplodnit vajíčko. Co spermiím na vajíčku chutná, však vědci zatím nevědí. Pátrání tedy pokračuje a o překvapení jistě nebude nouze.