Nagroda Nobla 2021 z medycyny. Jak odbieramy dotyk i temperaturę?
Tegoroczna Nagroda Nobla z medycyny i fizjologii powędrowała do amerykańskich naukowców - Davida Juliusa i Ardema Patapoutiana - za odkrycie receptorów temperatury i dotyku. Są one kluczowe dla funkcjonowania naszego organizmu, bo pozwalają na komunikację ze światem.
O tym, że to rozmieszczone w skórze receptory odbierają temperaturę czy dotyk, było wiadome już od jakiegoś czasu. Naukowcy jednak nie wiedzieli, jak to dokładnie się dzieje, że odczucie ciepła, zimna czy dotyku jest przetwarzane na impuls nerwowy przekazywany do mózgu. Przełomowe okazały się prace prof. Daviad Juliusa z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco i prof. Ardema Patapoutiana ze Scripps Research Institute w La Jolla sprzed dziesięciu lat. Dzięki niemu udało się poznać mechanizm odbioru ciepła, zimna i dotyku przez receptory i przekazywanie ich jako impulsy nerwowe.
"Nasza zdolność do odczuwania ciepła, zimna i dotyku jest niezbędna do przetrwania i stanowi podstawę naszej interakcji z otaczającym nas światem" - mogliśmy usłyszeć w podczas przyznawania nagrody przez Zgromadzenie Noblowskie.
Jak odbieramy ból?
W swoich pracach prof. Julius wykorzystał kapsaicynę, naturalny związek organiczny odpowiadający za ostry, piekący smak papryki chili do identyfikacji receptora w zakończenia nerwowych skóry, który reaguje na ciepło. Z kolei prof. Patapoutian badał komórki wrażliwe na nacisk, dzięki czemu odkrył nową klasę receptorów, które reagują na bodźce mechaniczne w skórze i narządach wewnętrznych. To ważne odkrycie dotyczące funkcjonowania naszego organizmu na poziomie molekularnym. Odpowiada na jedno z najbardziej elementarnych pytań: jak bodźce są przekształcane na sygnały nerwowe.
Kiedy prof. Julius zaczynał swoje badania, naukowcy wiedzieli już, że kapsaicyna aktywuje komórki nerwowe wywołujące ból. Nie wiedzieli jednak, jak dokładnie to się dzieje. Prof. Julius wykorzystał miliony fragmentów DNA odpowiadające konkretnym genom, które ulegają ekspresji (są aktywowane) w neuronach czuciowych, reagujących na ból, ciepło i dotyk. W ten sposób udało się odnaleźć pojedynczy gen powodujący wrażliwość na kapsaicynę. Odkryto, że substancja ta oddziałuje głównie z receptorami waniloidowymi TRPV1, które są receptorami wyczuwającymi ciepło. Wkrótce wykryto także podobne receptory TRPM8, odpowiadające za odbiór zimna.
Z kolei zespół prof. Patapoutiana starał się zrozumieć, jak bodźce mechaniczne są przekształcane przez nasze zmysły dotyku. Uczeni zidentyfikowali linię komórkową reagującą na ruchy mikropipetą i namierzyli 72 geny odpowiadające za kodowanie receptorów. Metodą eliminacji, czyli stopniowym "wyłączaniem" kolejnych genów, udało się namierzyć ten, który jest odpowiedzialny za mechanowrażliwość. W ten sposób zidentyfikowano receptory znane jako Piezo1 i Piezo2.
Można by się zastanowić, co mają wspólnego receptory temperatury z receptorami dotyku? Oba typy działają w oparciu o tzw. kanały jonowe, czyli specjalne białka, które w określonych sytuacjach przepuszczają jony w komórce, zmieniając jej potencjał elektryczny. Białka te reagują na konkretne bodźce, a dzięki temu powstają impulsy elektryczne przesyłane przez nerwy i trafiające do mózgu.
Ubiegłoroczna nagroda trafiła do trzech naukowców, którzy odkryli niszczący wątrobę wirus zapalenia wątroby typu C (WZW typu C). Przełom ten doprowadził do powstania leków na śmiertelną chorobę oraz testów, które mają powstrzymać plagę przed rozprzestrzenianiem się, np. w bankach krwi.
