Cercetătorii americani David Julius şi Ardem Patapoutian au fost desemnaţi, luni, laureaţii premiului Nobel pentru medicină pe anul 2021, conform anunţului făcut de Thomas Perlmann, secretar general al Comitetului Nobel din cadrul Institutului Karolinska din Stockholm, Suedia.

Cei doi cercetători americani au fost recompensaţi pentru ''descoperirea receptorilor de temperatură şi de atingere'', potrivit anunţului Comitetului Nobel.

Descoperirile lor revoluţionare i-au ajutat pe oameni "să înţeleagă felul în care căldura, frigul şi forţa mecanică pot iniţia impulsuri nervoase care ne permit să percepem şi să ne adaptăm la lumea din jurul nostru", a precizat Comitetul Nobel.

Foto: (c)  Jessica Gow / EPA

Abilitatea noastră de a simţi căldura şi frigul, precum şi simţul tactil sunt esenţiale pentru supravieţuire şi stau la baza interacţiunii cu mediul în care trăim. În viaţa de zi cu zi, oamenii consideră că aceste senzaţii reprezintă ceva de la sine înţeles, însă cum sunt iniţiate impulsurile nervoase pentru ca temperatura şi presiunea să fie percepute? Răspunsul la această întrebare a fost găsit de laureaţii din acest an ai premiului Nobel pentru medicină.

David Julius a folosit capsaicina, un compus înţepător din ardeiul iute, care induce o senzaţie de arsură, pentru a identifica un receptor aflat la capătul nervilor din piele care reacţionează la căldură. Ardem Patapoutian a utilizat celule sensibile la presiune pentru a descoperi o nouă clasă de receptori care răspund la stimuli mecanici şi care se află în piele şi organele interne. Aceste descoperiri revoluţionare au dus la activităţi intense de cercetare, care au determinat la rândul lor o înţelegere rapidă a felului în care sistemul nervos al omului resimte căldura, frigul şi stimulii mecanici. Laureaţii din acest an au identificat acele verigi care lipseau din felul în care înţelegem interacţiunea complexă dintre simţuri şi mediul înconjurător.

Cum percepem lumea înconjurătoare?

Unul dintre marile mistere ale omenirii viza felul în care oamenii percep mediul înconjurător. Mecanismele aflate la baza simţurilor noastre ne-au declanşat curiozitatea timp de mii de ani, iar oamenii voiau să afle, de exemplu, cum este detectată lumina de ochi, cum afectează undele sonore urechea internă şi cum interacţionează diverşi compuşi chimici cu receptorii din nas şi gură, activând simţul olfactiv şi pe cel gustativ. Oamenii dispun şi de alte modalităţi pentru a percepe lumea din jur. Imaginaţi-vă că vă plimbaţi în picioarele goale pe o peluză într-o zi călduroasă de vară. Puteţi să simţiţi căldura soarelui, mângâierea vântului şi firele de iarbă sub picioare. Aceste senzaţii de temperatură, atingere şi mişcare sunt esenţiale pentru adaptarea noastră la lumea înconjurătoare, aflată într-o continuă schimbare.

În secolul al XVII-lea, filosoful Rene Descartes şi-a imaginat nişte fire care conectează diverse părţi ale pielii cu creierul. Astfel, un picior care atinge o flacără deschisă ar trimite un semnal mecanic către creier. Descoperiri ulterioare au evidenţiat existenţa unor neuroni senzoriali specializaţi, care înregistrează schimbările din mediul înconjurător. Joseph Erlanger şi Herbert Gasser au câştigat premiul Nobel pentru medicină în 1944 pentru descoperirea unor tipuri diferite de fibre nervoase senzoriale care reacţionează la stimuli diferiţi, de exemplu, ca reacţie la atingerea dureroase şi la cea nedureroasă. De atunci, s-a demonstrat că celulele nervoase sunt profund specializate pentru detectarea şi transmiterea unor tipuri diferite de stimuli, permiţând o percepţie nuanţată asupra mediului înconjurător; de exemplu, capacitatea noastră de a simţi diferenţele din textura suprafeţelor prin intermediul vârfurilor degetelor sau abilitatea noastră de a discerne între căldura plăcută şi căldura care provoacă dureri. Înainte de descoperirile făcute de David Julius şi Ardem Patapoutian, înţelegerea noastră despre felul în care sistemul nervos uman resimte şi interpretează mediul înconjurător era încă marcată de o întrebare fără răspuns: cum sunt convertiţi stimulii de temperatură şi mecanici în impulsuri electrice în interiorul sistemului nervos?

Ştiinţa se încălzeşte!

În ultima parte a anilor 1990, David Julius, cercetător la Universitatea California din San Francisco, a întrezărit posibilitatea unor descoperiri majore prin analizarea modului în care compusul chimic capsaicină provoacă senzaţia de arsură atunci când pielea umană intră în contact cu ardeii iuţi. Capsaicina era deja cunoscută pentru faptul că activa celulele nervoase care cauzează senzaţiile de durere, însă felul în care această substanţă chimică exercita acea funcţie era încă o enigmă. Profesorul Julius şi colegii lui au creat o bibliotecă cu milioane de fragmente de ADN corespunzând genelor care se manifestă în neuronii senzoriali care reacţionează la durere, căldură şi atingere. Cercetătorii au emis atunci ipoteza că acea bibliotecă ar include şi fragmentul de ADN care codează proteina capabilă să reacţioneze la capsaicină. Ei au analizat gene individuale din acea colecţie, în culturi de celule, care, în mod normal, nu reacţionau la capsaicină. După o activitate laborioasă, a fost identificată o singură genă care putea să facă celulele să devină sensibile la capsaicină. Experimentele ulterioare au dezvăluit că gena identificată conţinea un nou canal ionic proteic, iar acel nou descoperit receptor de capsaicină a fost denumit ulterior TRPV1. Atunci când profesorul Julius a cercetat capacitatea acelei proteine de a reacţiona la căldură, şi-a dat seama că descoperise un receptor termic care se activează la temperaturile care sunt percepute ca fiind dureroase.

Identificarea TRPV1 a fost o descoperire majoră, ce a dus la găsirea altor receptori sensibili la temperatură. Lucrând independent unul faţă de celălalt, David Julius şi Ardem Patapoutian au folosit substanţa chimică denumită mentol pentru a identifica TRPM8, un receptor care se activează la rece. Canale ionice suplimentare, asociate TRPV1 şi TRPM8, au fost identificate şi s-a demonstrat că ele se activează la o gamă largă de temperaturi diferite. Multe laboratoare şi-au continuat programele de cercetare pentru a analiza rolurile acestor canale în senzaţia termică, folosind şoareci manipulaţi genetic pentru că nu aveau acele gene nou descoperite. Descoperirea TRPV1 de către David Julius le-a permis cercetătorilor să înţeleagă felul în care diferenţele de temperatură pot să inducă semnale electrice în sistemul nervos.

Cercetare sub presiune!

În timp ce mecanismele privind perceperea temperaturii începeau să fie înţelese, rămânea încă neclar cum pot fi convertiţi stimulii mecanici în senzaţii de atingere şi presiune. Anterior, cercetătorii găsiseră senzori mecanici în bacterii, dar mecanismele similare de la vertebrate erau necunoscute. Ardem Patapoutian, care lucra la Scripps Research din La Jolla, California, a dorit să identifice acei receptori evazivi care sunt activaţi prin stimuli mecanici.

Patapoutian şi colegii lui au identificat mai întâi o linie celulară care producea un semnal electric măsurabil atunci când celulele erau înţepate în mod individual cu o micropipetă. Ei au presupus că receptorul activat de o forţă mecanică ar fi un canal ionic, iar în următoarea etapă de cercetare au fost identificate 72 de gene-candidate care codau posibili receptori. Acele gene au fost inactivate una câte una, pentru a descoperi gena responsabilă pentru mecanosensibilitatea celulelor studiate. După cercetări asidue, profesorul Patapoutian şi colegii lui au reuşit să identifica singura genă a cărei suprimare a făcut ca celulele să devină insensibile la înţepatul cu micropipeta. Un nou şi până atunci complet necunoscut canal ionic fusese descoperit, iar el a primit numele de Piezo1, după cuvântul grecesc "presiune". Pe baza similitudinilor cu Piezo1, o a doua genă a fost descoperită şi numită Piezo2. Neuronii senzitivi conţin niveluri mari de Piezo2, iar studii ulterioare au arătat că Piezo1 şi Piezo2 sunt canale ionice activate direct prin exercitarea unei presiuni asupra membranelor celulare.

Astfel, s-a demonstrat ulterior că Piezo2 este esenţial pentru simţul tactil. Mai mult, Piezo2 joacă un rol cheie în ceea ce priveşte deosebit de importanta percepţie asupra poziţiei şi mişcării corpului, denumită propriocepţie. În cercetări ulterioare, s-a arătat că Piezo1 şi Piezo 2 regularizează importante procese fiziologice, inclusiv presiunea sangvină, respiraţia şi controlul asupra vezicii urinare.

David Julius s-a născut în 1955 la New York şi şi-a obţinut doctoratul în 1984 la Universitatea California din Berkeley, efectuând apoi studii post-doctorale la Universitatea Columbia din New York. În 1989, a fost recrutat de Universitatea California din San Francisco, unde profesează şi în prezent.

Ardem Patapoutian s-a născut în 1967 la Beirut, dar, din cauza războiului, s-a mutat în copilărie alături de familia sa la Los Angeles. A obţinut doctoratul la California Institute of Technology din Pasadena în anul 1996 şi a făcut studii post-doctorale la Universitatea California din San Francisco. Din 2000, este cercetător la Scripps Research din La Jolla, California.

Premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină deschide seria acestor distincţii, atribuite în fiecare an la începutul lunii octombrie.

În 2020, premiul Nobel pentru medicină a fost atribuit cercetătorilor Harvey J. Alter, Michael Houghton şi Charles M. Rice pentru descoperirea virusului hepatitei C.

Cu excepţia distincţiei acordate în domeniul economiei, aceste premii au fost create de magnatul suedez Alfred Nobel (1833-1896), inventatorul dinamitei.

În 2021, fiecare premiu Nobel va fi însoţit de un cec în valoare de 10 milioane de coroane suedeze (1,1 milioane de dolari).

După atribuirea premiului pentru medicină, sezonul Nobel continuă cu premiul Nobel pentru fizică, pe 5 octombrie, premiul Nobel pentru chimie, pe 6 octombrie, premiul Nobel pentru literatură, pe 7 octombrie, şi premiul Nobel pentru pace, pe 8 octombrie. Premiul Riksbank Sveriges în Ştiinţe Economice în Memoria lui Alfred Nobel va fi anunţat în data de 11 octombrie. AGERPRES/(AS - autor: Florin Bădescu, editor: Simona Tatu, editor online: Anda Badea)

Citeşte şi:

Nobel 2021: Cinci detalii insolite despre aceste premii şi istoria lor

Nobel 2021: Laureaţii premiului pentru medicină din ultimii 10 ani

DOCUMENTAR: Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină - istoric