Разъяснение: Нобелевская премия в области науки о прикосновении

Дэвид Джулиус и Ардем Патапутиан определили механизм, с помощью которого датчики прикосновения взаимодействуют с нервной системой. Какое значение имеют их исследования для медицины?

Американские ученые Дэвид Джулиус (слева) и Ардем Патапутян.

Хорошо известны пять органов чувств, с помощью которых люди воспринимают и переживают окружающий мир. Внутренние механизмы человеческого тела, с помощью которых мы узнаем свет, звук, запах и вкус и реагируем на них, были достаточно хорошо изучены в течение нескольких десятилетий. Понимание того, как мы ощущаем прикосновения - восприятие горячего или холодного, сжатия или напряжения или ощущение физической боли - долгое время ускользало от ученых.

Пока Дэвид Джулиус и Ардем Патапутиан, независимо работая в Соединенных Штатах, не сделали серию открытий в конце 1990-х - начале 2000-х годов, чтобы выяснить сенсорные датчики в нашем теле и механизм, с помощью которого они взаимодействуют с нервной системой для идентификации и реагирования. к определенному прикосновению. За свои новаторские исследования, которые все еще продолжаются, 66-летний Юлиус и 54-летний Патапутян были объявлены в понедельник совместными лауреатами Нобелевской премии по физиологии 2021 года.

Нобелевская премия по физиологии была объявлена ​​первой в области естественных наук. Нобелевская премия по физике будет объявлена ​​во вторник, а днем ​​позже - по химии.

Датчики

Юлиус и Патапутиан удостоены премии. за открытие рецепторов температуры и прикосновения . Проще говоря, они обнаружили в человеческом теле молекулярные сенсоры, которые чувствительны к теплу и механическому давлению и заставляют нас чувствовать жар или холод или прикосновение острого предмета к нашей коже.

Искусственные датчики знакомы в современном мире. Термометр - очень распространенный датчик температуры. В комнате стол или кровать не смогут воспринимать изменения температуры, даже когда они подвергаются воздействию тепла, в отличие от термометра. Точно так же в человеческом теле все молекулы не чувствуют тепла, когда они подвергаются его воздействию. Только очень специфические белки делают это, и их работа - передавать этот сигнал нервной системе, которая затем запускает соответствующий ответ. Ученые знали, что такие датчики должны существовать, но не могли их идентифицировать, пока Юлиус не обнаружил первый рецептор тепла.

Это было очень фундаментальное открытие. Идентификация теплового рецептора Джулиусом в конце 1990-х годов прошла в результате очень утомительного исследования сотен генов на предмет их чувствительности к температуре. Сегодня у нас есть очень эффективные компьютеры и модели, которые могут сократить объем работы и ускорить процесс, но в те дни требовалось много кропотливых исследований. Это первое открытие привело к идентификации нескольких других рецепторов. Так же, как есть рецепторы, чувствительные к теплу, есть и другие, которые могут ощущать холод. И все же другие, которые могут почувствовать давление. «Теперь мы знаем некоторые из них», - сказал Дипанджан Рой, нейробиолог из Национального центра исследований мозга в Манесаре.

Механизм

Способность человека ощущать тепло или холод и давление не сильно отличается от работы многих известных нам детекторов. Детектор дыма, например, подает сигнал тревоги, когда он обнаруживает дым за пределами определенного порога. Точно так же, когда что-то горячее или холодное касается тела, тепловые рецепторы обеспечивают прохождение некоторых специфических химических веществ, таких как ионы кальция, через мембрану нервных клеток. Это как ворота, которые открываются по очень конкретной просьбе. Попадание химического вещества внутрь клетки вызывает небольшое изменение электрического напряжения, которое улавливается нервной системой.

Существует целый спектр рецепторов, чувствительных к разным диапазонам температур. Когда тепла больше, открывается больше каналов, пропускающих поток ионов, и мозг способен воспринимать более высокую температуру. «Подобные вещи происходят, когда мы касаемся чего-то очень холодного», - сказал Аурнаб Гхош, нейробиолог из Индийского института научного образования и исследований в Пуне.

Гхош сказал, что эти рецепторы были чувствительны не только к внешнему прикосновению, но также могли определять изменения температуры или давления внутри тела.

Нобелевская премия по физиологии и медицине

Например, когда температура нашего тела отклоняется от оптимального уровня, возникает реакция. Тело пытается вернуться к оптимальной, или основной, температуре. По его словам, это происходит только потому, что тепловые рецепторы способны ощущать изменение температуры, и нервная система пытается это восстановить.

Но это еще не все. Например, когда наш мочевой пузырь полон, давление в мочевом пузыре увеличивается. Это изменение давления ощущается рецепторами давления и передается в нервную систему, которая создает это желание облегчить себя. Изменения кровяного давления ощущаются аналогичным образом, и инициируются лечебные мероприятия… Вот почему открытие этих рецепторов так важно для нашего понимания того, как функционирует наше тело, сказал Гхош.

Терапевтическое значение

Прорывы в физиологии часто приводили к улучшению способности бороться с болезнями и расстройствами. Этот ничем не отличается. Как указала Снеха Шашидхара, доктор когнитивной нейробиологии, идентификация этих рецепторов открывает возможность регулирования их функционирования. Например, есть рецепторы, которые заставляют нас чувствовать боль. Если эти рецепторы можно подавить или сделать менее эффективными, человек почувствует меньше боли.

Хроническая боль присутствует при ряде болезней и расстройств. Раньше переживание боли было загадкой. Но по мере того, как мы все больше и больше понимаем эти рецепторы, возможно, мы обретаем способность регулировать их таким образом, чтобы минимизировать боль, - сказала она.

Гхош сказал, что на самом деле исследования в этой области уже ведутся. Возможно, следующее поколение обезболивающих будет работать таким же образом, сказал он, добавив, что есть и другие терапевтические последствия, включая вмешательства, которые могут быть полезны при лечении таких заболеваний, как рак или диабет.

Новостная рассылка| Нажмите, чтобы получать лучшие объяснения дня на свой почтовый ящик

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ: