fecundación (Técnico)

Autor: NATALIA LÓPEZ MORATALLA

I. Reproducción sexual. 1.1. La fecundación un proceso temporal autoorganizativo.—La fecundación es el proceso natural de reproducción sexual por el que se constituye un nuevo individuo. Es temporal y complejo y se distinguen cambios morfológicos y funcionales en cadena, sucesivamente causales, que fragmentan el proceso total en una serie de etapas. La reproducción sexual requiere el proceso celular de la meiosis previamente. Es un tipo peculiar de división celular por la que se generan los gametos masculinos y femeninos (espermatozoides y oocitos) con uno sólo de los cromosomas de cada par. En los vertebrados el óvulo se mantiene detenido a mitad de la segunda división meiótica que solamente se completará si es alcanzado por el espermatozoide.
A lo largo del proceso de la fecundación se prepara la materia biológica recibida de los progenitores para dar una unidad celular, el cigoto, con las características propias de inicio de un programa de vida individual, capaz de expresar su propio mensaje genético. Las etapas sucesivas y ordenadas se regulan y armonizan a nivel molecular, especialmente por incrementos en los niveles intracelulares de calcio. Es, por tanto, un proceso de autoorganización por el que la célula mixta, que resulta de la fusión de los gametos, se convierte en cigoto.
El cigoto es la única realidad unicelular totipotente capaz de desarrollarse a organismo completo; y siempre es más que la mera reunión de los materiales de partida aportados por los progenitores. Posteriormente y tras el desarrollo, el nuevo ser se convierte en individuo adulto que, una vez alcanzada la madurez sexual, producirá a su vez gametos, y así podrá participar en la transmisión de la vida.
El material genético de ambos se modifica estructural y químicamente, se funden fragmentos de diferentes tipos de las membranas de ambos para dar la membrana del cigoto y se remodela la célula de tal forma que el cigoto resultante, lejos de ser una esfera simétrica, es polar. Se inicia así el trazado de los ejes que establecerán la forma corporal. Para llevar a cabo la fecundación es esencial que los gametos se encuentren en un estado de represión (o parada de la actividad genética), y que este bloqueo se pueda eliminar mutuamente. Sólo así se ponen en marcha los mecanismos moleculares del proceso autoconstituyente del que emerge el fenotipo cigoto.
1.2. La contribución paterna y materna a la constitución del cigoto es desigual.—Los gametos paternos y maternos portan una mitad de la dotación genética (haploides) característica de las células somáticas, que son diploides. Están equipados con un arsenal complementario de estructuras intracelulares y de moléculas necesarias para la creación y desarrollo del embrión. Con la fecundación se completa el patrimonio hereditario propio de un individuo de esa especie y los diversos componentes del interior de ambos gametos se ordenan de forma adecuada para constituirse en una realidad propia, diferente de la mera reunión de los materiales de partida, a lo largo del proceso laborioso y armónico de fecundación.
Los cromosomas procedentes de cada progenitor presentan diferencias en la llamada impronta parental y esa diferencia determina que cada uno contribuya, con sus peculiaridades, al desarrollo del embrión. La naturaleza de la impronta se conoce con precisión. De las cuatro bases que componen el DNA —adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T)— la citosina puede experimentar un cambio químico, la introducción de un grupo metilo en su molécula. El patrón de metilación, el número y la posición que ocupan esas citosinas metiladas (C), es característico de cada cromosoma y diferente para cada uno de ellos, según su origen. Esas C impiden la expresión de genes situados en el cromosoma después de esas zonas marcadas. El patrón de metilación de los distintos cromosomas contribuye a que cada célula del organismo adquiera la identidad biológica como célula de hígado, de riñón, o de pulmón. La distribución estratégica de estas C condicionará que se expliciten o no instrucciones específicas para la síntesis de los componentes propios de cada tipo celular.
El fenómeno de la impronta parental tiene un claro significado biológico. Define la identidad biológica del cigoto originado por la fusión de los dos gametos, como embrión de una célula, diferente de cualquier célula híbrida originada por fusión de los núcleos de otras dos células cualesquiera; y netamente diferente también de la célula producida por fusión entre sí de dos óvulos, o de dos espermatozoides. En los mamíferos crea una barrera biológica natural que fija la necesidad de que cada individuo nazca hijo de un padre y una madre. La impronta masculina y la impronta femenina de la dotación genética, que consigo llevan los cromosomas del óvulo y del espermatozoide, reafirman la vinculación heterosexual en el origen de todo cigoto. El embrión en su desarrollo tiene que ir eliminando la impronta cromosómica heredada y adquiriendo la propia.

II. Las etapas de la fecundación. 2.1. Etapa previa: la maduración de los gametos.—La fecundación se inicia con el mutuo reconocimiento y la mutua activación de los gametos, paterno y materno, maduros, y en el medio adecuado.
Los espermatozoides son células muy diferenciadas, pequeñas y extremadamente móviles. Están constituidos por dos estructuras principales: cabeza y flagelo. La cabeza posee el núcleo con la mitad de la dotación genética (haploide) y un gránulo secretor, el acrosoma; las enzimas que se localizan en el acrosoma ayudan al espermatozoide a penetrar las cubiertas extracelulares del óvulo. El flagelo contiene las mitocondrias, que producen la energía necesaria para la motilidad. Los óvulos son inmóviles, de gran tamaño, y contienen elementos nutritivos que se usarán durante las primeras etapas del desarrollo embrionario. La cubierta acelular del óvulo es una matriz extracelular que se conoce como zona pelúcida y es un complejo de proteínas.
El término óvulo se suele utilizar para referirse al oocito que se libera del ovario durante la ovulación, que tiene lugar hacia la mitad del ciclo menstrual, por regulación hormonal. El óvulo es capturado por las fimbrias del oviducto, o trompas de Falopio y puede ser fecundado inmediatamente después. Sin embargo, no sucede lo mismo con el espermatozoide, el cual tiene que experimentar una larga serie de procesos de «maduración» después de ser producido en el testículo. Esta maduración tiene lugar en las vías eferentes del tracto genital masculino. Los cambios reciben colectivamente el nombre de capacitación, pues dan al espermatozoide la capacidad de fecundar al óvulo.
Solo una pequeña fracción de los espermatozoides migra, y los primeros espermatozoides que llegan a las cercanías del óvulo son aquellos que tienen más probabilidades de fecundarlo. El sentido biológico de esta etapa es claro: los componentes moleculares del tracto genital femenino ofrecen una fuerte barrera natural al avance de los gametos masculinos, de tal modo que se seleccionan los de mayor capacidad de fecundar de manera correcta y engendrar un embrión con posibilidad de un adecuado desarrollo.
2.2. Reconocimiento específico de los gametos y activación mutua.—Los gametos interaccionan entre si a través de moléculas complementarias de la superficie; de esta forma realizan un reconocimiento que es específico de la especie. El reconocimiento del óvulo por el espermio, maduro y capacitado, tiene lugar a través de las proteínas presentes en la zona pelúcida (ZP3) y las presentes en la membrana externa de la cabeza del espermatozoide. El espermatozoide se activa y experimenta la reacción acrosómica, un proceso de secreción de las enzimas contenidas en el acrosoma y con ello puede penetrar las cubiertas del óvulo. Una vez que atraviesa la zona pelúcida, se une a través de moléculas de la zona de la cabeza a la membrana plasmática del óvulo. Se fusionan las membranas y el óvulo se activa. En condiciones normales, un solo espermatozoide se fusiona con la membrana y penetra dentro del oocito. La entrada del espermatozoide desencadena la salida de los factores de los gránulos corticales; estos modifican las cubiertas del oocito y evitan la fecundación con entrada de más de un espermatozoide.
2.3. Destino de las estructuras espermáticas.— Las mitocondrias del espermatozoide se incorporan al óvulo en la fecundación y son capaces de transcribir el material genético, pero degeneran rápidamente. El DNA mitocondrial paterno se pierde a través de un proceso de destrucción que tiene lugar durante las primeras etapas de desarrollo.

III. Transición del óvulo a cigoto.—La transición del óvulo en fecundación a cigoto totipotencial es una de las transformaciones más complejas y controladas de la biología. La remodelación ocurre en ausencia de trascripción de la información genética y depende de los RNA mensajeros acumulados durante la maduración del oocito. Implica numerosos cambios que incluyen síntesis de proteínas, degradación de RNA materno al tiempo que se genera RNA por expresión de los genes del cigoto y remodelación de estructuras intracelulares.
3.1. Incremento de la concentración de iones calcio y polarización.—La activación del óvulo origina un incremento de calcio intracelular cerca del sitio donde se ha producido la fusión del espermatozoide. Los iones calcio se extienden, como una onda, a través del citoplasma en unos pocos segundos. La localización del núcleo en el óvulo permite la existencia de un polo (polo animal). La fecundación amplía la polarización, ya que determina un plano de división celular que pasa por este polo y por el polo creado precisamente en el punto de entrada del espermatozoide, donde es máxima la elevación de los niveles intracelulares de calcio.
Con la difusión del calcio se completa la meiosis que genera el genoma haploide materno, lo que requiere la estructura de material genético del oocito conocida como nucleolo. La remodelación propia de la transición oocito-cigoto es simultánea a la regulación de esta meiosis y dirigida por el calcio: 1) Se reanuda la síntesis de proteínas desde los materiales (RNA mensajero) almacenados durante la maduración del oocito. 2) El núcleo del espermatozoide se des-condensa y se transforma en el pronúcleo masculino. 3) Cambia el patrón de metilación del DNA de ambos gametos. 4) El pronúcleo paterno emite microfilamentos hacia el materno desplazándose ambos hacia el centro celular; mientras se aproximan, las membranas nucleares se desintegran y los cromosomas se replican. Se integran («singamia») en el huso mitótico, para la que va a ser la primera división celular.
Esta primera división celular que reparte el material genético diploide del nuevo individuo es el final de la fecundación y el comienzo del desarrollo embrionario.
3.2. Una fecundación, dos cigotos: gemelos.— Cuando la maduración del oocito se ha producida en situación de hipocalcemia, la difusión de los iones calcio puede ser atípica. La fecundación por un espermatozoide de ese óvulo puede generar dos cigotos: la división celular ocurre antes de la remodelación; es decir se divide el ovulo en fecundación generando dos, y cada uno de ellos termina su remodelación a cigoto.
En resumen, la fecundación es el proceso constituyente de un nuevo individuo. Es un proceso autoorganizativo de interacción, reestructuración y cambio de los genomas de los gametos y remodelación celular, que se inicia con el cambio del medio intracelular por la activación del óvulo. De las interacciones genoma-medio emerge una información nueva que es más que la información genética heredada de los progenitores y que desemboca en la constitución de una unidad celular con un fenotipo polarizado característico y un estado propio, el del cigoto.

Véase: ADN, Anidación, Derecho a la procreación, Diagnóstico preconceptivo, Diagnóstico preimplantatorio, Donación de gametos, Donación de material biológico humano, Embrión, Embarazo, Fecundación, Filiación y reproducción asistida, Gametos, Limitaciones a la procreación, Maternidad subrogada, Medicina reproductiva, Nasciturus, Preembrión, Persona, Reproducción asistida, Reproducción «post mortem», Selección de sexo, Viabilidad, Wrongful conception, pregnancy, Wrongful life, birth.

Bibliografía: JESSUS, Catherine / HACCARD, Olivier, «Calcium’s double punch», Nature, Vol 449, 2007, págs. 297-298; LOPEZ-MORATALLA, Natalia / IRABURU, María, Los quince primeros días de una vida humana, Eunsa, Pamplona, 2007, 2.ª edición; OGUSHI, Sugako / PALMIERI, Chiara / FULKA, Helena / SAITOU, Mitinori / MIYANO, Takashi / FULKA, Josef, «The Maternal Nucleolus is Essential for Early Embryonic Development in Mammals», Science, Vol 319, 2008, págs. 613-616; SCHIER, Alexander F, «The Maternal-Zygotic Transition: Death and Birth of RNAs», Science, Vol 316, 2007, págs. 406-407; STITZEL, Michael L/. SEYDOUX, Geraldine, «Regulation of the Oocyte-to-Zygote Transition», Science, Vol 316, 2007, págs. 407-408.