Nach der Befruchtung setzt die Eizelle (lila) Zink-​Ionen (blaue Punkte) frei, was die Form des grünen Proteins auf der Oberfläche eines Spermiums ändert. Dadurch kann dieses nicht mehr an der Eizelle andocken. 
Visualisierung: Paulina Pacak, ETH Zürich

Die Proteinverbindung, die die Befruchtung einleitet

Realitätsnahe Simulationen zeigen, wie sich Samen-​ und Eizelle aneinanderkoppeln, bevor sie verschmelzen. Dadurch gelang es Forscherinnen der ETH Zürich, gleich mehrere Rätsel der Befruchtung zu lösen. Dies könnte helfen, Unfruchtbarkeit gezielter zu behandeln.

Wer kennt ihn nicht, den Blick durchs Mikroskop, in dessen Fokus ein Spermium in eine Eizelle eindringt und diese befruchtet. Das geht dynamisch vor sich und scheinbar problemlos. Zoomt man jedoch in die Prozesse hinein, die bei einer Befruchtung auf molekularer Ebene ablaufen, wird es hochkomplex. Es überrascht deshalb nicht, dass weltweit 15 Prozent der Paare unfruchtbar sind. Kein noch so modernes Mikroskop kann die unzähligen Interaktionen zwischen den beteiligten Proteinen abbilden. Was den Befruchtungsprozess auslöst und was auf molekularer Ebene kurz vor der Verschmelzung von Spermium und Eizelle passiert, blieb daher im Dunkeln - bis jetzt.

Mit Hilfe von Simulationen auf «Piz Daint», dem Supercomputer des Nationalen Hochleistungsrechenzentrums der Schweiz (CSCS), machte nun ein Forschungsteam unter der Leitung von ETH-​Professorin Viola Vogel die Dynamik dieser entscheidenden Prozesse bei der Befruchtung einer menschlichen Eizelle erstmals sichtbar. Mit den Simulationen sei es gelungen, ein wichtiges Geheimnis der Befruchtung auf einzigartige Weise zu lüften, schreiben die Forscherinnen in ihrer Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift Scientific Reports publiziert wurde.

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Abgebildet ist eine Kryo-EM-Karte eines Fanzor-Proteins (grau, gelb, hellblau und rosa) im Komplex mit ωRNA (lila) und seiner Ziel-DNA (rot). Ein Nicht-Ziel-DNA-Strang ist blau dargestellt.

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