Пояснення: Нобеля за розшифровку науки про дотик

Девід Джуліус і Ардем Патапутян визначили механізм, за допомогою якого детектори дотику спілкуються з нервовою системою. Які наслідки їхніх досліджень для медицини?

Американські вчені Девід Джуліус (зліва) і Ардем Патапутян.

Добре відомі п’ять органів чуття, за допомогою яких люди сприймають і переживають навколишній світ. Внутрішні механізми всередині людського тіла, завдяки яким ми усвідомлюємо світло, звук, запах і смак, і реагуємо на них, були досить добре зрозумілі протягом кількох десятиліть. Розуміння того, як ми відчуваємо за допомогою дотику – сприйняття гарячого чи холодного, стискання чи напруги чи відчуття фізичного болю – довго не виходило вченим.

Поки Девід Джуліус і Ардем Патапутян, працюючи незалежно в Сполучених Штатах, наприкінці 1990-х і на початку 2000-х років не зробили серію відкриттів, щоб з’ясувати датчики дотику в нашому тілі та механізм, за допомогою якого вони спілкуються з нервовою системою, щоб ідентифікувати та реагувати до конкретного дотику. За свої новаторські дослідження, які все ще тривають, 66-річний Юліус і 54-річний Патапутіан у понеділок були оголошені спільними лауреатами Нобелівської премії з фізіології 2021 року.

Нобелівська премія з фізіології стала першою в галузі наук, яка була оголошена. У вівторок буде оголошено Нобелівську премію з фізики, а через день – з хімії.

Датчики

Юлій і Патапутян були нагороджені премією за відкриття рецепторів температури та дотику . Простіше кажучи, вони виявили в людському тілі молекулярні датчики, які чутливі до тепла та механічного тиску, і змушують нас відчувати гаряче чи холодне, або дотик гострого предмета на нашій шкірі.

Штучні датчики знайомі в сучасному світі. Термометр - це дуже поширений датчик температури. У кімнаті стіл або ліжко не могли б сприймати зміни температури, навіть коли вони піддаються впливу тепла, але термометр міг би. Так само і в людському тілі всі молекули не відчувають тепла, коли вони піддаються його впливу. Роблять це лише дуже специфічні білки, і їхня робота – передати цей сигнал нервовій системі, яка потім викликає відповідну реакцію. Вчені знали, що такі датчики повинні існувати, але не змогли їх ідентифікувати, поки Юлій не виявив перший тепловий рецептор.

Це було дуже фундаментальне відкриття. Ідентифікація теплового рецептора Юліусом наприкінці 1990-х років пройшла через дуже виснажливе вивчення сотень генів на предмет їх чутливості до температури. Сьогодні ми маємо дуже ефективні комп’ютери та моделі, які можуть зменшити роботу та прискорити процес, але в ті часи потребувалося багато кропітких досліджень. Це перше відкриття призвело до ідентифікації кількох інших рецепторів. Так само, як є рецептори, чутливі до тепла, є й інші, які відчувають холод. І ще інші, які можуть відчути тиск. Зараз ми знаємо кілька з них, сказав Діпанджан Рой, нейробіолог з Національного центру дослідження мозку в Манесарі.

Механізм

Здатність людини відчувати тепло, або холод, і тиск не дуже відрізняється від роботи багатьох детекторів, з якими ми знайомі. Наприклад, детектор диму подає сигнал тривоги, коли він відчуває дим за певним порогом. Аналогічно, коли щось гаряче або холодне торкається тіла, рецептори тепла забезпечують проходження деяких специфічних хімічних речовин, таких як іони кальцію, через мембрану нервових клітин. Це як ворота, які відкриваються на дуже конкретний запит. Потрапляння хімічної речовини всередину клітини викликає невелику зміну електричної напруги, яка сприймається нервовою системою.

Існує цілий спектр рецепторів, чутливих до різних діапазонів температур. Коли є більше тепла, відкривається більше каналів, щоб забезпечити потік іонів, і мозок може сприймати вищу температуру. Подібні речі трапляються, коли ми торкаємося чогось надзвичайно холодного, сказав Аурнаб Гоуз, нейробіолог з Індійського інституту наукової освіти та досліджень у Пуні.

Гоуз сказав, що ці рецептори чутливі не тільки до зовнішнього дотику, але й можуть виявляти зміни температури або тиску всередині тіла.

Нобелівська премія з фізіології та медицини

Наприклад, коли температура нашого тіла відхиляється від оптимального рівня, виникає реакція. Організм докладає зусиль, щоб повернутися до оптимальної, або основної, температури. Це відбувається лише тому, що теплові рецептори здатні відчути зміну температури, а нервова система намагається відновити це, сказав він.

Але це ще не все. Коли наш сечовий міхур переповнений, наприклад, тиск у сечовому міхурі підвищується. Ця зміна тиску відчувається рецепторами тиску і передається нервовій системі, яка створює бажання полегшити себе. Зміни артеріального тиску відчуваються подібним чином, і розпочинаються лікувальні заходи… Ось чому відкриття цих рецепторів є настільки фундаментальними для нашого розуміння того, як функціонує наше тіло, сказав Гоуз.

Терапевтичні наслідки

Прориви у фізіології часто призводили до покращення здатності боротися з хворобами та розладами. Цей нічим не відрізняється. Як зазначила Снеха Шашідхара, доктор філософії в галузі когнітивної нейронауки, ідентифікація цих рецепторів відкриває можливість регулювати їх функціонування. Наприклад, є рецептори, які змушують нас відчувати біль. Якщо ці рецептори можна придушити або зробити менш ефективними, людина відчуватиме менше болю.

Хронічний біль – це ряд захворювань і розладів. Раніше переживання болю було загадкою. Але оскільки ми все більше розуміємо ці рецептори, можливо, ми отримаємо здатність регулювати їх таким чином, щоб біль був мінімізований, сказала вона.

Гоуз сказав, що насправді дослідження в цій галузі вже ведуться. Цілком можливо, що наступне покоління знеболюючих препаратів буде працювати таким чином, сказав він, додавши, що також є кілька інших терапевтичних наслідків, включаючи втручання, які можуть бути корисними при лікуванні таких захворювань, як рак або діабет.

Інформаційний бюлетень| Натисніть, щоб отримати найкращі пояснення за день у папку 'Вхідні'.

Поділіться Зі Своїми Друзями: