Лід, полум’я та перець чилі. За що дали Нобелівську премію з медицини цього року

Цьогоріч Нобелівську премію з фізіології та медицини присудили двом американським вченим — Девіду Джуліусу та Ардему Патапутяну. Завдяки їхнім дослідженням людство дізналося, як ми відрізняємо тепле від холодного і здатні відчувати дотик.

Навіть найпростіші тварини, щоб вижити, повинні сприймати різноманітну інформацію з навколишнього світу. Відчуття світла, запаху, дотику, звуку та інші допомагають їм полювати, уникати небезпеки, знаходити партнерів для продовження роду тощо. Словом, виживати.

Так само й людина: без слуху або зору її життя стає набагато складнішим або майже неможливим без допомоги інших людей чи технологій. Навіть здатність відчувати фізичний біль є життєво важливою. Варто лише уявити, що буде з людиною, яка вчасно не відчує жару полум’я і не відійде на безпечну відстань. Існують генетичні мутації, що роблять не чутливими до болю, — люди з ними часто травмуються.

Але молекулярні механізми, завдяки яким відчуваємо біль, дотик, гарячі предмети й інші подразники, довгий час залишалися незрозумілими.

Пекучий початок 

Перша історія розпочинається в другій половині 1990-их років, і ключову роль в ній грає речовина під назвою капсаїцин. З нею знайомий кожен, хто куштував перець чилі, адже саме вона відповідає за його пекучі властивості.

Фізіолог Девід Джуліус із Каліфорнійського університету в Сан-Франциско досліджував, як ця речовина взаємодіє з нервовими клітинами. Тоді вже було відомо, що капсаїцин під час контакту з ними генерує біль. Але було незрозуміло, які молекулярні механізми за цим стоять. Девід Джуліус припускав: відповідь на це питання може мати ширші наслідки, ніж здається на перший погляд.

Вмикати гени, вимикати гени 

Разом із колегами він взявся досліджувати саме ті нейрони, які можуть реагувати на тепло, дотик або біль. У таких нейронах, як і в будь-якій іншій клітині нашого тіла, частина генів «спить», оскільки вони не потрібні клітині принаймні в цей час. Водночас інші гени «працюють», або, як кажуть науковці, експресуються. Це означає, що «записана» в них інформація «зчитується», і на її основі синтезуються ті чи інші сполуки (насамперед білки).

Таких генів, які «працюють», у кожній клітині можуть бути сотні, або й тисячі, кожен із яких відповідає за певну «роботу». Функції одних генів науковцям відомі, а роль інших залишається незрозумілою. Девід Джуліус припустив, що якісь з активних, або «працюючих» генів пов’язані з тим, що нервова клітина може відчувати біль, тепло або дотик.

Щоб перевірити це, дослідники взялися до інших нейронів, не здатних реагувати на «пекучий» капсаїцин. Вони припустили, що потрібний для цього ген у них «спить». Щоб з’ясувати, який саме це може бути ген, почали «вмикати» по черзі ті, що «працюють» в нейронах, чутливих до капсаїцину. Зрештою, таке перебирання допомогло знайти саме той, що відповідає за чутливість до пекучої речовини перцю чилі.

Ворота до клітини 

Цей ген кодує білок, який пізніше назвали TRPV1. Він слугує рецептором: розташований у клітинній мембрані так, що ніби ворота сполучає зовнішнє середовище із внутрішнім і може пропускати певні іони. Подібні білки називаються іонними каналами. Вони бувають різними і важливі в роботі нервової системи. Достатньо сказати, що отрута різних змій, павуків та комах часто спрямована на те, щоб заблокувати роботу іонних каналів.

Але виявилося, що відкритий Девідом Джуліусом рецептор реагує не лише на капсаїцин, але й на високу температуру — таку, що викликає в нас біль.

Далі Джуліус і незалежно від нього інший американський дослідник Ардем Патапутян виявили завдяки іншій речовині — добре відомому всім нам ментолу — ще один рецептор — TRPM8, завдяки якому відчуваємо холод. Потім учені знайшли інші рецептори, які активуються за тих чи інших температур, отже, дозволяють розрізняти холодніше від теплішого.

Під тиском 

Залишалося незрозумілим, як наші тіла відчувають дотик. Над розв’язанням цього питання разом із колегами працював Ардем Патапутян.

Експерименти вони проводили на клітинах, що генерують електричний імпульс, якщо до них торкнутися мікропіпеткою (це звичний інструмент під час роботи з живими клітинами). Як і в попередньому випадку, треба було знайти якийсь рецептор — білок на поверхні клітини, здатний відчувати механічний контакт із предметом.

Дослідники обрали 72 білки-кандидати і по черзі почали «вимикати» гени, пов’язані з кожним із них. Так знайшли той самий ген, «вимкнення» якого робить клітину не чутливою до дотику. Закодований у ньому рецептор називається Piezo1 (від грецького слова, що означає «тиск»). Услід за ним відкрили подібний рецептор з подібною функцією Piezo2.

Саме ці два рецептори в основі нашої здатності відчувати дотик. Окрім того, інші дослідження показали, що Piezo1 і Piezo2 пов’язані також із нашим відчуттям положення тіла у просторі та його руху. Крім того, ці рецептори грають важливу роль у регуляції дихання, артеріального тиску та контролі сечовиділення.

Роль іонних каналів, які відкрили цьогорічні нобелівські лауреати, продовжують вивчати. Як зазначають в Нобелівському комітеті, результатом цього може стати створення ліків проти різних хвороб, зокрема і від хронічного болю.

Минулого року Нобелівську премію з фізіології та медицини присудили вченим Харві Олтеру, Майклу Хаутону та Чарльзу Райсу за внесок у боротьбу з гепатитом C.

За час існування нагороди Нобелівську премію в цій номінації присудили 112 разів. Загалом її отримали 224 номінанти, якщо не брати до уваги цьогорічних.