En 1677, Anton Van Leeuwenhoek devient la première personne connue à observer des spermatozoïdes au microscope. Il a constate que sous leur lame de verre, ces petites entités semble se déplacer “comme une anguille dans l’eau”, en se propulsant avec un mouvement symétrique de leur flagelle. Pendant des siècles, ses observations ont eu valeur de référence et ce n’est qu’à l’ère moderne qu’elles ont été précisées, à la lumière de nos nouvelles connaissances en génétique, en bio-ingénierie et en imagerie. Nous savons aujourd’hui que les spermatozoïdes ne se contentent pas de “fouetter” de part et d’autre pour avancer, mais qu’ils font tourner leur flagelle comme une petite hélice. Il s’agit d’une illusion d’optique, liée à l’angle d’observation et au fait que le spermatozoïde soit coincé entre deux lames de verre. Ce mouvement demeure cependant difficile à étudier à cause de son extrême finesse et de sa rapidité, et nous sommes encore loin d’en connaître toutes les subtilités. Mais dans une étude parue dans Science Advances, une équipe internationale de chercheurs a pris les choses en main pour l’étudier avec une précision inégalée jusque là.
Et le résultat a été un franc succès : ils ont découvert qu’une simple “hélice” ne suffisait pas à décrire le mouvement du flagelle, qui s’avère en fait étonnamment complexe. Pour commencer, il n’est pas symétrique et régulier comme cela semblait communément admis autrefois ! En fait, il est non seulement asymétrique mais aussi anisotrope, c’est à dire que certaines composantes de ce mouvement ne se font pas dans une direction prévue à l’avance; en somme, il s’agit donc de la somme de deux mouvements déjà très complexes. Mais en plus, la tête du spermatozoïde elle-même tourne sur elle-même, supposément pour équilibrer l’ensemble ! Un sacré ballet, bien loin du simple va-et-vient conceptualisé par Van Leeuwenhoek.
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De gros moyens techniques
Pour atteindre ce niveau de précision, ils ont développé une caméra capable de prendre des clichés à l’échelle microscopique à une fréquence de plus de 55.000 images par seconde. Une vitesse de capture indispensable, car pour créer un modèle fiable, les chercheurs ont besoin d’être sûrs de ne rater aucun mouvement, et il faut donc une caméra capable de prendre deux images assez rapidement pour que le sujet ne puisse pas bouger entre temps. Les chercheurs ont ensuite plongé tout ce beau monde dans un fluide encore moins visqueux que l’eau et dans des conditions d’éclairage très particulières, pour tirer des portraits avec une très grande précision. Ils ont ensuite pu assembler cette gigantesque quantité d’images pour créer différents scans de spermatozoïdes individuels.
Il s’agit déjà d’un tour de force technique en soi, mais à ce stade, l’équipe de recherche ne disposait encore que de simples enregistrements de spermatozoïdes individuels, sans aucune valeur scientifique en tant que tel. Pour pouvoir exploiter ces données, ils ont ensuite dû les recouper pour créer un modèle du mouvement général d’un spermatozoïde. Et autant dire que cette étape n’a rien de trivial. Ce n’est pas pour rien si cette étude a été dirigée par Hermes Gadêlha, un mathématicien de formation. Il a fallu décomposer le mouvement pour en étudier chaque composante sous toutes les coutures, de façon à pouvoir le reconstituer informatiquement à l’aide d’une approche mathématique complexe. Une vraie débauche de savoir-faire et de technologie pour un objet aussi petit !
Des applications potentielles en recherche
Si Gadêlha et son équipe se sont triturés les méninges à ce point, ce n’est pas simplement pour le plaisir de récolter des données très difficiles à obtenir et d’en faire des modèles. L’infertilité est un problème qui prend de plus en plus de place dans notre société. Partout dans le monde, des milliers d’hommes se retrouvent dans l’incapacité d’avoir des enfants et ce problème est bien souvent lié à un problème de mobilité (ou plus précisément, de motilité) des spermatozoïdes. Il est donc crucial de comprendre la façon dont ils se déplacent pour comprendre pourquoi certains n’y parviennent pas bien. Cela pourrait offrir de nouvelles perspectives sur les mécanismes qui se cachent derrière certaines formes d’infertilité, mais également sur d’autres questions de l’ordre de l’évolution et de la sélection naturelle.
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