Pojasnjeno: Nobelova nagrada za dešifriranje znanosti o dotiku

David Julius in Ardem Patapoutian sta identificirala mehanizem, s katerim detektorji dotika komunicirajo z živčnim sistemom. Kakšne so posledice njihovih raziskav za medicino?

Ameriška znanstvenika David Julius (levo) in Ardem Patapoutian.

Znanih je pet čutil, s katerimi človek zaznava in doživlja svet okoli sebe. Notranji mehanizmi v človeškem telesu, s katerimi se zavedamo svetlobe, zvoka, vonja in okusa, in se nanje odzivamo, so že nekaj desetletij dokaj dobro razumljeni. Razumevanje, kako zaznavamo z dotikom – zaznavanje vročega ali hladnega, stiskanje ali napenjanje ali občutek telesne bolečine – se je znanstvenikom dolgo izmikalo.

Dokler David Julius in Ardem Patapoutian, ki delata neodvisno v Združenih državah, nista v poznih devetdesetih in zgodnjih 2000-ih naredila vrsto odkritij, da bi ugotovila detektorje dotika v našem telesu in mehanizem, s katerim komunicirajo z živčnim sistemom, da bi prepoznali in se odzvali na določen dotik. Za njuno prelomno raziskavo, ki se še nadaljuje, sta bila 66-letni Julius in 54-letni Patapoutian v ponedeljek razglašena za skupna dobitnika Nobelove nagrade za fiziologijo za leto 2021.

Nobelova nagrada za fiziologijo je prva v znanosti, ki je bila razglašena. Nobelovo nagrado za fiziko bodo razglasili v torek, dan pozneje pa še za kemijo.

Senzorji

Julius in Patapoutian sta prejela nagrado za njihova odkritja receptorjev za temperaturo in dotik . Preprosto povedano, v človeškem telesu so odkrili molekularne senzorje, ki so občutljivi na toploto in mehanski pritisk ter povzročajo občutek vročine ali mraza ali dotik ostrega predmeta na koži.

V današnjem svetu so umetni senzorji poznani. Termometer je zelo pogost temperaturni senzor. V prostoru miza ali postelja ne bi mogli zaznati temperaturnih sprememb, tudi če so izpostavljeni toploti, bi pa termometer. Podobno v človeškem telesu vse molekule ne čutijo toplote, ko so ji izpostavljene. Delujejo le zelo specifične beljakovine in njihova naloga je, da ta signal posredujejo živčnemu sistemu, ki nato sproži ustrezen odziv. Znanstveniki so vedeli, da takšni senzorji morajo obstajati, vendar jih niso mogli identificirati, dokler Julius ni odkril prvega toplotnega receptorja.

To je bilo zelo temeljno odkritje. Juliusova identifikacija toplotnega receptorja v poznih devetdesetih letih prejšnjega stoletja je bila posledica zelo dolgočasnega pregleda na stotine genov glede njihove občutljivosti na temperaturo. Danes imamo zelo učinkovite računalnike in modele, ki lahko zmanjšajo delo in pospešijo proces, toda v tistih časih je bilo potrebno veliko skrbnega raziskovanja. To prvo odkritje je privedlo do identifikacije več drugih receptorjev. Tako kot obstajajo receptorji, občutljivi na toploto, obstajajo tudi drugi, ki lahko zaznajo mraz. In spet drugi, ki lahko čutijo pritisk. Zdaj jih poznamo več, je dejal Dipanjan Roy, nevroznanstvenik v Nacionalnem raziskovalnem centru za možgane v Manesarju.

Mehanizem

Človeška sposobnost zaznavanja toplote ali mraza in pritiska se ne razlikuje veliko od delovanja številnih detektorjev, ki jih poznamo. Detektor dima, na primer, pošlje alarm, ko zazna dim nad določenim pragom. Podobno, ko se nekaj vročega ali hladnega dotakne telesa, toplotni receptorji omogočijo prehod nekaterih specifičnih kemikalij, kot so kalcijevi ioni, skozi membrano živčnih celic. To je kot vrata, ki se odprejo na zelo specifično zahtevo. Vstop kemikalije v celico povzroči majhno spremembo električne napetosti, ki jo pobere živčni sistem.

Obstaja cel spekter receptorjev, ki so občutljivi na različne temperaturne razpone. Ko je toplote več, se odpre več kanalov, ki omogočajo pretok ionov, možgani pa lahko zaznajo višjo temperaturo. Podobne stvari se zgodijo, ko se dotaknemo nečesa izjemno hladnega, je dejal Aurnab Ghose, nevroznanstvenik z Indijskega inštituta za znanstveno izobraževanje in raziskave v Puneju.

Ghose je dejal, da ti receptorji niso občutljivi samo na zunanji dotik, ampak lahko zaznajo tudi spremembe temperature ali tlaka v telesu.

Nobelova nagrada za fiziologijo ali medicino

Ko naša telesna temperatura odstopa od optimalne, na primer, pride do reakcije. Telo se trudi, da se vrne na optimalno ali osrednjo temperaturo. To se zgodi samo zato, ker so toplotni receptorji sposobni zaznati spremembo temperature, živčni sistem pa to poskuša obnoviti, je dejal.

Ampak to še ni vse. Ko je na primer naš sečni mehur poln, se tlak v mehurju poveča. To spremembo tlaka zaznajo receptorji za pritisk in jo prenesejo v živčni sistem, ki ustvari to željo po razbremenitvi. Podobno se zaznajo spremembe krvnega tlaka in sprožijo se sanacijski ukrepi ... Zato so odkritja teh receptorjev tako temeljna za naše razumevanje delovanja našega telesa, je dejal Ghose.

Terapevtske posledice

Preboji v fiziologiji so pogosto povzročili izboljšanje sposobnosti za boj proti boleznim in motnjam. Ta ni nič drugačen. Kot je poudarila Sneha Shashidhara, doktorica kognitivne nevroznanosti, identifikacija teh receptorjev odpira možnost uravnavanja njihovega delovanja. Na primer, obstajajo receptorji, zaradi katerih čutimo bolečino. Če je mogoče te receptorje zatreti ali zmanjšati njihovo učinkovitost, je oseba občutila manj bolečine.

Kronična bolečina je prisotna pri številnih boleznih in motnjah. Prej je bila izkušnja bolečine skrivnost. Ko pa te receptorje vse bolj razumemo, je možno, da pridobimo sposobnost, da jih uravnavamo na tak način, da se bolečina zmanjša, je dejala.

Ghose je dejal, da dejansko raziskave na tem področju že potekajo. Možno je, da bi naslednja generacija protibolečinskih zdravil delovala na ta način, je dejal in dodal, da obstaja tudi več drugih terapevtskih posledic, vključno z intervencijami, ki bi lahko bile koristne pri zdravljenju bolezni, kot sta rak ali sladkorna bolezen.

glasilo| Kliknite, da dobite najboljše razlage dneva v mapi »Prejeto«.

Delite S Prijatelji: