RAPORT

Imigranci na granicy z Białorusią

Nobel z fizjologii i medycyny, czyli dlaczego chili grzeje, a mentol chłodzi

Nagroda Nobla (fot. Shutterstock)
Nagroda Nobla (fot. Shutterstock)

Zgromadzenie Noblowskie w Karolinska Institutet w Sztokholmie po raz 112. zakończyło obrady i ogłosiło tegorocznych laureatów Nagrody Nobla w zakresie medycyny lub fizjologii. Otrzymują ją fizjolog David Julius i biolog molekularny Ardem Patapoutian za odkrycie receptorów temperatury i dotyku. Dołączają oni zatem do 222 dotychczasowych laureatów. Nagrodę tę 10 grudnia na specjalnym przyjęciu wręczy Jego Królewska Wysokość Karol XVI Gustaw.

Trzecia dawka szczepionki przeciw COVID-19. Co wiemy?

W Izraelu podaje się, i to szybko, trzecią dawkę szczepionki RNA, dokładnie tej, która była tam zastosowana masowo od początku. Z wstępnych,...

zobacz więcej

Jako „najważniejsze odkrycie w dziedzinie fizjologii lub medycyny” uznano w tym roku badania, które już się nieco uleżały – co bywa od lat zasadniczo wyznacznikiem jakości dla gremium przyznającego tę najbardziej prestiżową z naukowych nagród. Co się uleżało, wiadomo, iż jest istotne. W tym właśnie jednak całe zaskoczenie, że aż musimy sobie przypomnieć, o co tam chodziło niemal ćwierć wieku temu, gdy powstawały nagradzane dziś prace.

Stosownych wyjaśnień dziennikarzom zgormadzonym w audytorium Karolinska Institutet udzielił specjalista od czucia i sensorialności w tej wiodącej szwedzkiej instytucji naukowej, prof. Patrik Ernfors.

Percepcja zmysłowa pozwala nam odbierać i wstępnie analizować sygnały płynące do nas ze środowiska, czyli: światło (wzrok), fale dźwiękowe (słuch), substancje chemiczne (węch, smak), temperaturę (skóra), dotyk – gdzie pobudzenie jest mechaniczne (skóra), położenie względem źródła grawitacji i odczuwanie przemieszczania się (zmysł równowagi i tzw. układ ruchowy) etc. Zmysłów jest wiele, a nie tylko pięć, ich receptorów jeszcze więcej i rozmaicie rozlokowanych (dla samego dotyku mamy w naszej skórze rozmieszczone na różnych jej głębokościach cztery podstawowe klasy receptorów).

Receptory zaś posługują się wieloma różnymi mechanizmami detekcji rozmaitych bodźców oraz przekazywania informacji o tym dalej do układu nerwowego. Każdy zmysł to bowiem rodzaj biologicznej maszyny zdolnej przerabiać jakąś fizyczną lub chemiczną właściwość materii w prąd elektryczny (jonowy), który jest uniwersalnym przekaźnikiem informacji w układzie nerwowym wzdłuż neuronów, a zwany jest potencjałem czynnościowym. Którego odkrycie zostało nagrodzone Noblem z fizjologii i medycyny już w roku 1963 dla Alana Hodgkina i Andrew Huxleya.

Robak boi się, ostrzega i pamięta

Pamięć i komunikacja nierozerwalnie kojarzą nam się z mózgiem. Można jednak mózgu nie mieć ani krztyny, a jednak wyczuwać niebezpieczeństwo,...

zobacz więcej

Ze wszystkich zmysłów te związane z czuciem zmysłowym mają chyba najbardziej rozbudowany organ, gdyż jest nim m.in. cała powierzchnia skóry z rozsianymi w niej receptorami wielu różnych rodzajów.

Gdy przytulamy cieplutkie i miękkie niemowlę, wędrujemy letnim porankiem boso po zroszonej łące czy bijemy się na śnieżki w mroźny zimowy dzień, a także gdy musimy, jak bł. Róża Czacka i wszyscy niewidomi na świecie zastąpić nasz wzrok, wtedy dowiadujemy się, jakim błogosławieństwem jest dotyk i jego czułość. Ile różnych ról pełni w naszym życiu – od wykrywania zagrożeń, w wyniku których będzie bolało, aż po budowanie więzi międzyludzkich i hierarchii społecznych czy populacyjnych w świecie zwierząt, gdzie stado rezusów jest organizowane przez rytuał iskania.

Wszystko zaś działa na raz np. gdy krokiem paryskiego kelnera (krok długi, a następnie krótki, aby niesione płyny nie wpadły w rezonans i się nie rozchlapywały) udajemy się z tacą wyładowaną filiżankami z gorącą kawą, a rękę, którą ją trzymamy, skaleczyliśmy wcześniej nieznacznie. Na drugim ramieniu nieskazitelna serweta przytrzymywana na wysokości torsu.

A teraz musimy uważnie, ale jakby bez wysiłku, wymijać stoliki i siedzących przy nich ludzi, płynąć przez salę, a potem każdą delikatną i kruchą porcelanową pełną filiżankę postawić z gracją na stoliku, nie ściskając jej ani za mocno, ani za słabo. Bywa? Na co dzień, gdy idziemy korytarzem z ulubionym kubkiem herbaty w jednej ręce, a gazetą przyciśnięta drugim łokciem do tułowia. Nie trzeba od razu być profesjonalistą, a musimy sobie poradzić. Czyż nie wykonujemy codziennie takiej czy innej – jak o tym głębiej pomyśleć – ekwilibrystyki zupełnie bezmyślnie i odruchowo? Być może dlatego nigdy nie docenilibyśmy badań, za które dziś przyznano Nobla z medycyny. Na szczęście jest Komitet Noblowski.

Czytaj także: Cybermedycyna wobec „wielkiej choroby”

Czy warto się wybrać na COVID-party?

Zgodnie z oczekiwaniami, przechorowanie COVID-19 chroni bardziej przed kolejną infekcją SARS-CoV-2 niż szczepienie. Z oczywistości robi się wielkie...

zobacz więcej

Jakimże jest to cudem natury, rzeźbionym przez miliony lat przez ewolucję w naszych genomach i naszych komórkach, a za tym tkankach i organach! Dzisiaj nagrodzeni poświecili życie odkrywaniu tajników tego właśnie cudu.

Pierwszy z nich, David Julius (ur. 1955 w Brighton Beach, USA) to amerykański fizjolog znany z pracy nad molekularnymi mechanizmami odczuwania bólu. Jest profesorem na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco i zdobył nagrodę Shawa w 2010 roku w dziedzinie nauk przyrodniczych i medycyny a w 2020 Breakthrough Prize in Life Sciences. Czyli jego odkrycia już wcześniej inne gremium niż noblowskie uznało za „przełomowe dla nauk o życiu”. Ukończył studia licencjackie w Massachusetts Institute of Technology w 1977, a doktorat zrobił na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley w 1984 r., za każdym razem robiąc rzeczy nietrywialne.

W 1997 roku był już szefem laboratorium na UC Berkeley i jego zespół sklonował (czyli wydobył z genomu kodujący kawałek DNA) i scharakteryzował TRPV1, który jest receptorem wykrywającym kapsaicynę. To substancja chemiczna w papryczkach chili, która sprawia, że ​​są „gorące”. Jakież było zaskoczenie uczonych, gdy się okazało, że nie jest to wyłącznie detekcja chemiczna, tylko termiczna – bo jest to receptor temperatury, umożliwiający w efekcie ucieczkę od źródła nadmiernego, szkodliwego ciepła i uniknięcie oparzenia!

Zwierzęta pozbawione TRPV1 (pozbawiono je genu kodującego ten receptor) tracą wrażliwość tak na szkodliwe ciepło, jak i kapsaicynę. TRPV1 jest częścią dużej rodziny strukturalnie powiązanych kanałów kationowych (zatem także mamy tu odczuwanie bolesnego ciepła związanego z działaniem stężonego kwasu i jego kationów wodorowych na skórę), czyli białek w błonie komórkowej, które pozwalają przemieszczać się dodatnim jonom wskroś tejże błony zgodnie z gradientem ich stężeń.

Czytaj także: Neandertalska krew

Magdalena Kawalec-Segond: Mozart łagodzi objawy epilepsji

Muzyka łagodzi obyczaje. Czy jednak muzykoterapia ma naukowy sens? Owszem, o ile zdołamy zrozumieć, jak to działa. Neurologom amerykańskim udało...

zobacz więcej

Po gorących papryczkach chili w laboratorium Juliusa przyszła pora na zrozumienie, jakim cudem mentol nas schładza (receptor zwie się TRPM8) i kolejne tego typu receptory. Oraz wreszcie receptory bólu (nocyceptory) – gdzie uczonym udało się nie tylko zanalizować za pomocą krystalografii i kryo-mikroskopii elektronowej wiele struktur kanałów jonowych stanowiących integralną część czujników bólu w naszym organizmie, poznać unikatowe adaptacje tych kanałów u różnych gatunków zwierząt, ale i odkryć toksyny, które modulują te kanały. A zatem prosto rzekłszy – specyficzne leki przeciwbólowe.

Armeńczyk Ardem Patapoutian (ur. 1967 w Bejrucie w Libanie) jest libańsko-amerykańskim biologiem molekularnym i neurobiologiem w Scripps Research w La Jolla w Kalifornii. W 1996 roku uzyskał doktorat z biologii na California Institute of Technology, a od 2000 roku został adiunktem w Scripps Research Institute. Od 2014 roku Patapoutian jest także badaczem w Howard Hughes Medical Institute (HHMI).

Patapoutian zajmuje się badaniem transdukcji sygnału, czyli przekazywania wewnątrz komórki informacji na temat tego, co się dzieje na zewnątrz. Owa transdukcja przenosi informację od jakiegoś typu receptora w bonie komórkowej aż do jądra tej komórki, gdzie ostatecznie odbywa się aktywacja bądź dezaktywacja konkretnych genów w odpowiedzi na konkretny bodziec. Patapoutian i współpracownicy wykazali, że kanały jonowe odgrywają wyjątkową rolę w odczuwaniu temperatury, dotyku, propriocepcji (tzw. kinestezja, czucie głębokie, czyli zmysł orientacji ułożenia części własnego ciała), odczuwaniu bólu i regulacji napięcia naczyniowego.

Nowsze prace Patapoutiana wykorzystują techniki genomiki funkcjonalnej do identyfikacji i charakteryzowania mechanowrażliwych kanałów jonowych. A te z kolei znowu są niezbędne do odczuwania np. temperatur pośrednich miedzy tymi krańcowymi bolesnymi gorącem i mrozem. Błona bowiem komórkowa działa niczym napięty balonik. Gdy ja nacisnąć, to otwiera się leżący obok nacisku kanalik jonowy tylko i wyłącznie dlatego, że pływa sobie w tej błonie, a ona jest napięta. To zjawisko całkowicie fizyczne, niczym gdy naciskamy palcem surowe ciasto drożdżowe.

Czytaj także: Cyfrowa neuropsychologia

Toksyczne białka w mózgu

Spory białkowy agregat zabijający neurony wędruje z komórki do komórki. Jedna chora komórka wytwarza ich sporo, ale gdyby pozostały w niej...

zobacz więcej

Tyle bogate naukowe życiorysy jednych z tysięcy uczonych zajmujących się neurobiologią przez ostatnie 30 lat, w tym czuciem somatycznym, czyli właśnie nocycepcją, propriocepcją, wrażliwością na temperaturę i dotyk. Niezależne tu są receptory i niezależne linie sensoryczne wiodące te informacje do mózgu. Dlaczego zatem oni dostali dziś Nobla? Wiedzieliśmy, że ze skóry idą jakieś zakończenia nerwowe, ale nie wiedzieliśmy, skąd się biorą wrażenia, które one dalej – już jako impuls elektryczny – przekazują do mózgu. Wiedzieliśmy też co to i jak dokładnie badać kanały jonowe, które swojego Nobla miały i w 1991 roku dla Berta Sakmanna i Erwina Nehera, i w 2004 roku dla Richarda Axela i Lindy B. Buck, którzy odkrywali, jak działa zmysł powonienia.

Jeszcze zatem ćwierć wieku temu nie mieliśmy pojęcia o owych receptorach rozsianych w skórze, ich wyjątkowej budowie i ewolucyjnych związkach, etc. Mówiąc zaś prosto, na pytanie pięciolatka: dlaczego przecięty paluszek boli, dlaczego pieprz piecze na języku i płoną mi policzki, dlaczego jak jeść miętową pastylkę, to jakby włożyć lód do buzi czy jak to się dzieje, że mój mały braciszek nie umie utrzymać normalnie jajka, tylko je zgniata w rękach, a ja już umiem, uczeni nie znali odpowiedzi.

Po raz kolejny wypełniony dziś został zapis w testamencie Alfreda Nobla, aby z jego majątku uhonorować rokrocznie autora odkrycia o tak dużym znaczeniu w naukach przyrodniczych lub medycynie, że zmieniło ono paradygmat naukowy i przynosi wielkie korzyści ludzkości.

I choć tegoroczny Nobel zdaje się nie mieć nic wspólnego z pandemią COVID-19, to czyż właśnie nie dotyku najbliższych, cielesnego kontaktu z innymi, ciepłego uścisku, pocałunku było nam najbardziej brak przez te wszystkie miesiące? Laureaci nagrody Nobla z fizjologii i medycyny 2021 odkryli przed nami, jak w ogóle jest to możliwe, że odbieramy tego typu bodźce.

Czytaj także: 
Szczepionka na COVID jest bezpieczna. I co z tego?

Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne
źródło:
Zobacz więcej