La competizione tra spermatozoi non comincia soltanto nel momento in cui cercano di raggiungere l’ovocita. Molto prima, all’interno dei testicoli, può svilupparsi una sorta di selezione tra le cellule staminali spermatogoniali, quelle che continuano a dividersi per tutta la vita adulta e dalle quali nasceranno gli spermatozoi. Alcune mutazioni possono infatti offrire a queste cellule un vantaggio rispetto alle vicine, permettendo loro di moltiplicarsi più facilmente e di occupare progressivamente una porzione maggiore del tessuto in cui avviene la produzione degli spermatozoi.
Il problema è che ciò che rende una cellula più competitiva nel testicolo non è necessariamente vantaggioso per un eventuale figlio. Una vasta analisi delle mutazioni presenti nello sperma umano ha mostrato che molte di quelle favorite da questo processo sono associate a disturbi genetici e dello sviluppo. Con il passare degli anni, inoltre, queste mutazioni diventano progressivamente più frequenti, aggiungendo un nuovo elemento alla relazione già nota tra età paterna e mutazioni della linea germinale.
Ogni giorno vengono prodotti fino a 275 milioni di spermatozoi
La produzione maschile di gameti è un processo continuo. I testicoli di un uomo adulto possono produrre ogni giorno tra 150 e 275 milioni di spermatozoi, grazie soprattutto all’attività delle cellule staminali spermatogoniali presenti lungo i tubuli seminiferi.
Queste cellule si dividono ripetutamente: una parte delle nuove cellule mantiene la popolazione staminale, mentre altre iniziano il percorso che porterà alla formazione degli spermatozoi maturi. Ogni divisione cellulare, però, comporta la possibilità che durante la replicazione del DNA compaia una mutazione.
Molte di queste variazioni genetiche non producono effetti particolarmente rilevanti. Alcune, invece, possono conferire alla cellula staminale in cui compaiono un vantaggio proliferativo. La cellula mutata riesce così a generare più copie di sé rispetto alle cellule vicine e il suo gruppo può espandersi progressivamente all’interno del tubulo seminifero.
Di conseguenza aumenta anche il numero di spermatozoi che finiscono per trasportare quella stessa mutazione.
Scoperti 40 geni sottoposti a selezione positiva
Il fenomeno era già noto, ma la sua portata potrebbe essere molto più ampia di quanto si pensasse. In passato erano stati identificati 13 geni le cui mutazioni sembravano offrire un vantaggio alle cellule staminali responsabili della produzione degli spermatozoi. Tutti erano collegati a gravi disturbi dello sviluppo.
Per approfondire il fenomeno, un gruppo guidato dal biologo computazionale Matthew Neville, del Wellcome Sanger Institute nel Regno Unito, ha analizzato campioni di sperma provenienti da uomini di età compresa tra 24 e 75 anni.
I ricercatori hanno utilizzato NanoSeq, una tecnica di sequenziamento del DNA ad alta precisione, alla ricerca di mutazioni che comparissero più frequentemente di quanto sarebbe prevedibile per semplice casualità. Una presenza anormalmente elevata può infatti indicare che quelle varianti stanno beneficiando di un processo di selezione positiva.
In totale sono state individuate più di 35.000 mutazioni codificanti della linea germinale. Tra queste, gli studiosi hanno identificato 40 geni con evidenze significative di selezione positiva. Il dato più rilevante è che 31 di questi geni non erano mai stati collegati prima a questo fenomeno, mentre gli altri nove appartenevano al gruppo di geni già conosciuti.
Molti dei nuovi geni sono collegati a malattie genetiche
L’aspetto che ha attirato maggiormente l’attenzione riguarda il tipo di geni coinvolti. Dei 31 geni appena identificati, 27 risultano associati a disturbi genetici, mentre 16 sono anche classificati come geni coinvolti nel cancro.
Il risultato suggerisce quindi un particolare paradosso biologico: una mutazione può risultare vantaggiosa per la cellula staminale all’interno del testicolo, favorendone la proliferazione, pur essendo potenzialmente sfavorevole qualora venisse trasmessa alla generazione successiva.
I ricercatori hanno inoltre confrontato le mutazioni trovate nei campioni di sperma con varianti già osservate ripetutamente in bambini affetti da disturbi dello sviluppo. Queste mutazioni risultavano presenti nel dataset dello sperma 66 volte più frequentemente di quanto previsto sulla base del normale tasso di mutazione.
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Un risultato che rafforza l’ipotesi secondo cui non tutte le varianti genetiche presenti nella linea germinale maschile si accumulino semplicemente in maniera casuale: alcune vengono attivamente favorite dalla maggiore capacità proliferativa delle cellule che le trasportano.
Le mutazioni aumentano progressivamente con l’età
L’età introduce un altro elemento importante. Analizzando i genomi degli spermatozoi, i ricercatori hanno stimato che le mutazioni si accumulino a un ritmo relativamente costante di circa 1,67 nuove mutazioni all’anno. A questo normale accumulo si aggiunge però l’effetto della selezione positiva. Se una mutazione rende una cellula staminale più competitiva, nel corso degli anni quella linea cellulare può espandersi e contribuire a una percentuale sempre maggiore degli spermatozoi prodotti.
Combinando questi due meccanismi, gli studiosi hanno stimato che intorno ai 30 anni circa il 2% degli spermatozoi possa trasportare una mutazione considerata probabilmente in grado di causare una malattia. A 70 anni, la quota salirebbe a circa 4,5%.
La differenza diventa ancora più evidente confrontando questi valori con ciò che accadrebbe in assenza di selezione positiva. Il modello dei ricercatori prevede infatti circa 0,73% a 30 anni e 1,6% a 70 anni se le mutazioni aumentassero soltanto attraverso il normale processo di accumulo casuale.
Secondo queste stime, la competizione tra le cellule staminali nei testicoli potrebbe quindi aumentare di circa due o tre volte la presenza di mutazioni potenzialmente patogene nello sperma rispetto a quanto ci si aspetterebbe dal solo invecchiamento.
Il 4,5% non è il rischio di avere un figlio con una malattia
È però fondamentale non interpretare questi numeri come una probabilità diretta di trasmissione di una patologia.
Dire che, secondo il modello, a 70 anni circa il 4,5% degli spermatozoi porta una mutazione probabilmente patogena non significa che un uomo di quell’età abbia il 4,5% di probabilità di avere un figlio affetto da una malattia genetica.
Tra una mutazione presente nello sperma e la nascita di un bambino esistono infatti numerosi passaggi biologici.
Alcuni spermatozoi che trasportano determinate mutazioni potrebbero avere meno probabilità di fecondare un ovocita. Alcune varianti potrebbero impedire all’embrione di svilupparsi correttamente oppure aumentare la probabilità che la gravidanza non prosegua. Altre ancora potrebbero essere compatibili con lo sviluppo senza provocare la malattia che teoricamente potrebbero determinare.
Gli stessi autori sottolineano quindi che la relazione tra mutazioni rilevate nello sperma e frequenza reale delle patologie alla nascita rimane incerta.
La selezione naturale sembra eliminare molte di queste mutazioni
Lo studio ha messo in evidenza anche un secondo livello di selezione. Quando i ricercatori hanno esaminato la variabilità genetica nella popolazione umana generale, hanno trovato indicazioni secondo cui molte delle mutazioni favorite durante la produzione degli spermatozoi vengono successivamente selezionate negativamente nel corso delle generazioni.
In altre parole, la variante può avere un vantaggio all’interno del testicolo, perché permette alla cellula staminale di moltiplicarsi più efficacemente, ma risultare svantaggiosa per l’organismo che eventualmente la eredita. Nel lungo periodo, queste mutazioni tendono quindi a essere eliminate dalla popolazione.
È un esempio particolarmente chiaro di come la selezione naturale possa agire in direzioni diverse a seconda del livello considerato: una caratteristica può essere favorevole a una singola popolazione cellulare e contemporaneamente sfavorevole per l’intero individuo.
L’età paterna conta, ma il rischio individuale resta complesso
I risultati dello studio, pubblicato su Nature nell’ottobre 2025, ampliano quindi la conoscenza dei meccanismi attraverso cui le mutazioni si accumulano nella linea germinale maschile.
Il processo non sembra essere determinato soltanto dal numero crescente di divisioni cellulari con l’avanzare dell’età. Alcune mutazioni riescono a espandersi attivamente perché rendono le cellule staminali spermatogoniali più competitive, aumentando progressivamente la loro presenza negli spermatozoi prodotti.
Questo contribuisce a spiegare perché alcune mutazioni legate a disturbi dello sviluppo possano diventare più comuni nello sperma degli uomini anziani. Resta però importante separare il meccanismo biologico dal rischio clinico individuale. Una mutazione presente nello spermatozoo non equivale automaticamente a una gravidanza, né alla trasmissione della variante e tantomeno allo sviluppo di una malattia nel bambino.
La ricerca mostra soprattutto che, all’interno dei testicoli, esiste una forma di selezione cellulare molto più estesa di quanto fosse stato riconosciuto finora e che questo processo diventa progressivamente più rilevante con l’età.
Fonte:
Nature - Sperm sequencing reveals extensive positive selection in the male germline
