В чем суть открытия, за которое присудили Нобелевскую премию по медицине

В 2021 году лауреатами Нобелевской премии в области медицины стали американские ученые Дэвид Джулиус и Арден Патапутян. Авторитетное жюри оценило их открытия рецепторов температуры и осязания. С подробностями – научный обозреватель Николай Гринько.

Нобелевскую премию очень редко дают за достижения, совершенные совсем недавно. Чаще всего требуется довольно долгий срок, в течение которого становится понятно, насколько весомый вклад в развитие науки внесло то или иное открытие. Медицинская номинация 2021 года не стала исключением: в ней были отмечены открытия, сделанные авторами 20–30 лет назад.

Ученые давно понимали, что информация о температуре или приложенном давлении передается от клеток кожи в мозг по нервам. Знали они и то, что нервные импульсы – это электрические сигналы. Но с помощью каких механизмов клетка генерирует эти сигналы, известно не было. Дэвид Джулиус и Арден Патапутян смогли ответить на этот вопрос.

Дэвид Джулиус родился в 1955 году в Нью-Йорке, в 1984 году окончил Калифорнийский университет в Беркли, был научным сотрудником Колумбийского университета в Нью-Йорке, а с 1989 года является профессором Калифорнийского университета в Сан-Франциско. В конце 1990-х годов Джулиус изучал воздействие на живые клетки капсаицина – вещества, которое содержится в остром перце чили и вызывает у нас чувство жжения, такое же, как от прикосновения к горячему предмету.

Дэвид Джулиус. Фото: Peter Barreras/Invision/AP

Группа ученых, которую возглавлял Джулиус, искала ген, заставляющий клетку реагировать на капсаицин. Ученые составили каталог из миллионов фрагментов ДНК, кодирующих разные белки, предполагая, что один из них будет посылать сенсорным нейронам сигнал "горячо".

Пропуская заряженные частицы только в одну сторону, канал позволяет клетке накапливать электрический потенциал – вот вам и нервный импульс! Этот рецептор назвали TRPV1, а позже выяснилось, что он же способен реагировать и на температуру – именно поэтому перец вызывает у нас чувство жжения. Исследования продолжились, и в клетках были найдены дополнительные ионные каналы, которые активируются при различных температурах.

Арден Патапутян родился в 1967 году в столице Ливана Бейруте, а в 19 лет переехал в США. Здесь он изучал клеточную биологию в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. С 2000 года – профессор в медицинском Исследовательском институте Скриппса. Патапутян возглавлял исследовательскую группу, изучавшую реакцию клеток на механическое воздействие.

Арден Патапутян. Фото: hhmi.org

Сначала ученые нашли и описали тактильные сенсоры у бактерий, но механизмы, лежащие в основе осязания у позвоночных, оставались неизвестными. На первом этапе нужно было обнаружить клетки, которые в ответ на повреждения генерируют электрический сигнал. Затем в них были выбраны 72 гена-кандидата, которые по очереди отключали, чтобы обнаружить один, который кодирует нужный белок.

В конце концов ген был найден: клетки, в которых он был инактивирован, теряли механическую чувствительность. Был открыт новый и до этого неизвестный ионный канал, получивший название Piezo1, а чуть позже нашли еще один, который назвали Piezo2. Оказалось, что эти белки регулируют важные физиологические процессы, включая артериальное давление, дыхание и контроль мочевого пузыря.

Открытия Джулиуса и Патапутяна позволили понять, как именно тепло, холод и механическое воздействие заставляют клетки инициировать нервные импульсы, с помощью которых мы воспринимаем окружающий мир. Сегодня ученые активно используют полученные знания в медицине, нейрофизиологии и даже при создании нейроимплантов.