Лед, пламя и перец чили. За что дали Нобелевскую премию по медицине в этом году

На связи с миром 

В этом году Нобелевскую премию по физиологии и медицине присудили двум американским ученым — Дэвиду Джулиусу и Ардему Патапутяну. Благодаря их исследованиям человечество узнало, как мы отличаем теплое от холодного и почему способны чувствовать прикосновение.

Даже простейшие животные, чтобы выжить, должны воспринимать разнообразную информацию из окружающего мира. Ощущения света, запаха, прикосновения, звука помогают им охотиться, избегать опасностей, находить партнеров для продолжения рода. Словом, выживать.

Так же и человек: без слуха или зрения его жизнь становится гораздо более сложной или почти невозможной без помощи других людей или технологий. Даже способность чувствовать физическую боль является жизненно важной. Только представьте себе, что будет с тем, кто вовремя не почувствует жара пламени и не отойдет на безопасное расстояние. Существуют генетические мутации, которые делают человека нечувствительным к боли, — люди с ними часто травмируются.

Но молекулярные механизмы, благодаря которым мы чувствуем боль, прикосновение, горячие предметы и другие раздражители, долгое время оставались непонятными.

Жгучее начало 

Первая история начинается во второй половине 1990-х годов, и ключевую роль в ней играет вещество под названием капсаицин. С ним знаком каждый, кто пробовал перец чили, ведь именно оно отвечает за его жгучие свойства.

Физиолог Дэвид Джулиус из Калифорнийского университета в Сан-Франциско исследовал, как это вещество взаимодействует с нервными клетками. Тогда уже было известно, что капсаицин при контакте с ними генерирует боль. Но было непонятно, какие молекулярные механизмы за этим стоят. Дэвид Джулиус предполагал: ответ на этот вопрос может иметь более широкие последствия, чем кажется на первый взгляд.

Включать гены, выключать гены 

Вместе с коллегами он взялся исследовать именно те нейроны, которые могут реагировать на тепло, прикосновение или боль. В них, как и в любой другой клетке нашего тела, часть генов «спит», поскольку они не нужны клетке по крайней мере в это время. В то же время другие гены «работают», или как говорят ученые, экспрессируются. Это значит, что «записанная» в них информация «считывается» и на ее основе синтезируются те или иные соединения (в первую очередь, белки).

Таких «работающих» генов в каждой клетке могут быть сотни, и тысячи, каждый из которых отвечает за определенную «работу». Функции одних генов ученым известны, а роль других остается непонятной. Дэвид Джулиус предположил, что какие-то из активных или «работающих» генов связаны с тем, что нервная клетка может испытывать боль, тепло или прикосновение.

Чтобы проверить это, исследователи присмотрелись к другим нейронам, не способным реагировать на «жгучий» капсаицин. Они предположили, что требующийся для этого ген у них «спит». Чтобы выяснить, какой именно это может быть ген, они начали «включать» поочередно те гены, «работают» в нейронах, чувствительных к капсаицину. В конце концов, такой перебор помог найти именно тот, что отвечает за чувствительность к жгучему веществу перца чили.

Ворота в клетку 

Этот ген кодирует белок, который позже назвали TRPV1. Он служит рецептором: располагается в клеточной мембране подобно воротам, соединяющим внешнюю среду с внутренней, и может пропускать определенные ионы. Такие белки называются ионными каналами. Они бывают разными и важны для работы нервной системы. Достаточно сказать, что яды многих змей, пауков и насекомых часто направлены на то, чтобы заблокировать работу ионных каналов.

Но оказалось, что открытый Дэвидом Джулиусом рецептор реагирует не только на капсаицин, но и на высокую температуру — такую, что вызывает у нас боль.

Затем Джулиус и независимо от него другой американский исследователь Ардем Патапутян обнаружили благодаря другому веществу — хорошо известному всем нам ментолу — еще один рецептор — TRPM8, благодаря которому мы чувствуем холод. Затем ученые нашли другие рецепторы, активирующиеся при тех или иных температурах, следовательно, позволяющие различать более холодное от более теплого.

Под давлением 

Оставалось непонятным, как наши тела чувствуют прикосновение. Над решением этого вопроса вместе с коллегами работал Ардем Патапутян.

Эксперименты они проводили на клетках, генерирующих электрический импульс, если к ним прикоснуться микропипеткой (это привычный инструмент при работе с живыми клетками). Как и в предыдущем случае, надо было найти какой-то рецептор — белок на поверхности клетки, способный чувствовать механический контакт с предметом.

Исследователи выбрали 72 белка-кандидата и по очереди начали «выключать» гены, связанные с каждым из них. Так они нашли тот самый ген, «выключение» которого делает клетку нечувствительной к прикосновению. Закодированный в нем рецептор называется Piezo1 (от греческого слова, означающего «давление»). Вслед за ним открыли подобный рецептор с подобной функцией Piezo2.

Именно эти два рецептора лежат в основе нашей способности чувствовать прикосновение. Но кроме того, другие исследования показали, что они связаны также с нашим ощущением положения тела в пространстве и его движения. Кроме того, эти рецепторы играют важную роль в регуляции дыхания, артериального давления и контроле мочеиспускания.

Роль ионных каналов, которые открыли нобелевские лауреаты этого года, продолжают изучать. Как отмечают в Нобелевском комитете, это может привести к созданию лекарств от различных болезней, в том числе и от хронической боли.

В прошлом году Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили Харви Олтер, Майкл Хаутон и Чарльз Райс за вклад в борьбу с гепатитом С.

За все время существования награды Нобелевскую премию в этой номинации присуждали 112 раз. Всего ее получили 224 номинанта, не считая нынешних.