三种蛋白质帮助精子（人工染色）与卵子结合。 图片来源：D. Phillips/科学图片库
今年获得诺贝尔奖的人工智能工具 揭示了 精子和卵子 之间分子相遇的详细过程 。
AlphaFold 计划 预测蛋白质结构 ，它确定了三种蛋白质，它们可以协同工作，充当配子之间的媒人。如果没有它们， 从鱼类到哺乳动物等各种动物的 有性生殖 可能会陷入死胡同。
这项于 10 月 17 日发表在 《Cell 1》 上的研究结果与之前的观点相矛盾，之前的观点 认为 ，仅两种蛋白质 （一种在卵子上，一种在精子上）就足以确保受精，罗马第二大学生殖生物学家 Enrica Bianchi（未参与这项研究）表示。“这不再是使用钥匙和锁来开门的旧概念了，”她说。“现在的情况更加复杂。”
神秘的联盟尽管卵子和精子的融合在生殖过程中起着至关重要的作用，但脊椎动物的卵子和精子的融合过程是一个难以破解的分子谜团。两种细胞的结合涉及位于油脂膜中的蛋白质，因此很难使用标准生化方法进行研究。这些蛋白质之间的相互作用通常很弱且转瞬即逝，而且很难从一些研究人员偏爱的实验动物（包括小鼠）中获得足够的可存活的卵子和精子来进行广泛的实验。
从源头上阻止精子
因此，早期的生殖生物学研究通常集中于向水中释放大量卵子和精子的海洋无脊椎动物。“如果你从书架上拿下一本教科书并查阅受精，你会读到有关 海胆的 所有内容，”英国约克大学生物化学家 Gavin Wright（未参与这项研究）说。“研究起来很棘手。”
为了解决供应问题，维也纳分子病理学研究所的分子生物学家 Andrea Pauli 和她的同事开始在 斑马鱼 身上开展研究，斑马鱼是一种脊椎动物，也会将卵子和精子释放到水中。为了解决在实验室中研究膜蛋白的困难，该团队使用 AlphaFold 来预测蛋白质之间的相互作用。10 月 9 日，AlphaFold 的两名开发者获得了 2024 年诺贝尔化学奖。
不是两个而是三个AlphaFold 预测三种精子蛋白会结合在一起形成一个复合物。其中两种蛋白已知对生育力很重要。Pauli 和她的同事在实验室中证实，第三种蛋白对斑马鱼和小鼠的生育力也至关重要，并且这三种蛋白在斑马鱼和人类精子中相互作用。
研究小组还发现，在斑马鱼中，这三者为卵子蛋白 Bouncer 创造了一个结合位点，为两种细胞提供了一种相互识别的机制。“这是一种说‘精子，你发现了一个卵子’和‘卵子，你发现了一个精子’的方式，”分子病理学研究所的生物化学家、论文合著者 Andreas Blaha 说。
赖特说，这一发现未来或许能为不孕不育患者提供筛查方法，以查明这种综合症是否是导致不孕不育的原因。
他补充说，研究结果凸显了 AlphaFold 在研究受精过程中的作用。“我们的实验有限，”他说。“这些建模研究在未来可能会发挥重要作用。”
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-03319-z
