2021-ben David Julius és Ardem Patapoutian kapta az idei fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjat az érzékelés pontos mechanizmusainak feltárásában játszott fontos szerepükért. A mindennapi életünkben mind a hőérzetet, mind az érintést természetesnek vesszük, de a fenti két tudós munkája nélkül nem ismernénk a mögöttük húzódó folyamatokat – írja a Nobel-díj hivatalos sajtóanyaga.
Évezredek óta kíváncsiak vagyunk arra, milyen módon érzékeljük a környezetet: készültek kutatások a látás, a hallás, a szaglás érzetére, most pedig Nobel-díjat ért annak a folyamatnak a feltárása, ami megmutatja, hogyan működik az érintés és a hőérzékelés a szervezeten belül.
1944-ben ugyanígy orvosi Nobel-díj járt Joseph Erlangernek Herbert Gassernek, akik olyan érzékelő idegrostokat fedeztek fel, amelyek különbözőképp reagálnak ingerekre, például a fájdalmas és a kellemes érintésre. Azóta bebizonyosodott, hogy az idegsejtek nagymértékben specializálódtak a különböző típusú ingerek átvitelére, lehetővé téve a környezetünk minél részletesebb érzékelését. Elég, ha arra gondolunk, hogy képesek vagyunk megkülönböztetni egy érdes felületet egy lapostól, egyenletestől.
Patapoutian és Julius felfedezése előtt azonban a pontos folyamat leírásában még mindig akadtak hiányosságok: nem tudtuk például, hogy a hőtől és érintéstől érkező ingerületeket a szervezet hogyan váltja át elektromos impulzussá.
Chilivel a hőérzet nyomában
David Julius a chilipaprika csípősségét adó vegyülettel, a kapszaicinnel kezdett el kísérletezgetni. Azt már korábban is tudni lehetett, hogy a kapszaicin a fájdalomérzékelést is beindítja, de azt nem, hogy pontosan hogyan. Julius és munkatársai több millió DNS-töredékből álló könyvtárat hoztak létre, amelyek azokat a géneket jelentették, amik a fájdalomra, hőségre és érintésre reagáló szenzoros idegsejtekben fejeződnek ki. Ezekkel a génekkel kezdtek el kísérletezgetni, és végül egyetlen egyet találtak, amit érzékenyíteni tudtak a kapszaicinre.
További kísérletek során kiderült, hogy az azonosított gén új ioncsatorna-fehérjét kódolt, és ezt az újonnan felfedezett kapszaicinreceptort később TRPV1-nek nevezték el. Aztán az is kiderült, hogy a TRPV1 valójában egy hőérzékelő receptor, ami a fájdalmasan magas hőmérsékleteknél aktiválódik.
David Julius és Ardem Patapoutian mindketten, egymástól függetlenül felfedezték a TRPM8-at is, ami viszont a hidegérzékelésért felel. Később a TRPV1-hez és a TRPM8-hoz kapcsolódó további ioncsatornákat azonosítottak, és rájöttek, hogy különböző hőmérsékletek aktiválják őket.
Mikropipettával zaklatták a sejteket
Patapoutian emellett a tapintás érzetét is kutatni kezdte. Ő és kollégái felfedeztek egy olyan sejtet, ami lényeges mennyiségű elektromos jelzést adott ki, amikor mikropipettával nyomogatni kezdték. 72 lehetséges gént kezdtek el kutatni, amelyeket egyesével kikapcsoltak, hogy rájöjjenek, melyik felelős a mechanoszenzitivitásért. Egy új, teljesen ismeretlen mechanoszenzitív ioncsatornát fedeztek fel, ami a Piezo1 nevet kapta. A Piezo1-hez való hasonlósága révén egy másik gént is felfedeztek, aminek a Piezo2 nevet adták. A Piezo1 és Piezo2 ioncsatornáit a sejtek membránjára kifejtett mechanikus nyomás aktiválja.
Később kiderült, hogy a Piezo2 ioncsatorna elengedhetetlen a tapintás érzékeléséhez, illetve részt vesz a testpozíció és mozgás érzetében is. Arra is rájöttek kutatók, hogy a két ioncsatorna további fontos élettani folyamatokat is szabályoz, beleértve a vérnyomást, a légzést és a húgyhólyag-aktivitást.
A TRPV1, TRPM8 és Piezo1 és Piezo2 felfedezése sokat segített abban, hogy megértsük: a meleget, a hideget és az érintést egészen pontosan hogyan érzékeli a testünk.
