Dodano: 04 październik 2021r.

Ogłoszono laureatów Nagrody Nobla 2021 z medycyny i fizjologii

Tegoroczna Nagroda Nobla z fizjologii i medycyny została przyznana Davidowi Juliusowi i Ardemowi Patapoutianowi „za odkrycie receptorów odczuwania temperatury i dotyku”.

Ogłoszono laureatów Nagrody Nobla 2021 z medycyny i fizjologii

 

Przyznanie Nagrody Nobla z medycyny i fizjologii tradycyjnie rozpoczyna Tydzień Noblowski. Jutro poznamy laureata bądź laureatów z fizyki, a w środę z chemii. W czwartek Akademia Szwedzka ogłosi nazwisko laureata literackiej Nagrody Nobla, a w piątek Norweski Komitet Noblowski poinformuje o przyznaniu Pokojowej Nagrody Nobla. W następny poniedziałek poznamy laureata lub laureatów tzw. ekonomicznego Nobla, jedynej nagrody, której w swoim testamencie nie wymienił fundator nagrody Alfred Nobel. Nagrodę przyznaje Centralny Bank Szwecji.

Nagroda Nobla 2021 z medycyny i fizjologii

Tegoroczna Nagroda Nobla z fizjologii i medycyny została przyznana Davidowi Juliusowi i Ardemowi Patapoutianowi „za odkrycie receptorów odczuwania temperatury i dotyku”. Przełomowe odkrycia dokonane przez tegorocznych laureatów Nagrody Nobla pozwoliły nam zrozumieć, w jaki sposób ciepło, zimno i siła mechaniczna mogą inicjować impulsy nerwowe, które pozwalają nam postrzegać i dostosowywać się do otaczającego nas świata.

Nasza zdolność wyczuwania ciepła, zimna jest niezbędna do przetrwania i stanowi podstawę naszej interakcji z otaczającym nas światem. W naszym codziennym życiu przyjmujemy te odczucia za pewnik, ale w jaki sposób inicjowane są impulsy nerwowe, aby można było odczuć temperaturę i ciśnienie? To pytanie zadali sobie tegoroczni laureaci Nagrody Nobla.

David Julius wykorzystał kapsaicynę, ostry związek zawarty m.in. w papryczkach chili, który wywołuje uczucie pieczenia, do zidentyfikowania sensorów w zakończeniach nerwowych skóry, które reagują na ciepło. 

Ardem Patapoutian wykorzystał komórki wrażliwe na nacisk, aby odkryć nową klasę sensorów, które reagują na bodźce mechaniczne w skórze i narządach wewnętrznych.

Jak postrzegamy otaczający nas świat?

Mechanizmy leżące u podstaw naszych zmysłów wywoływały naszą ciekawość od tysięcy lat, na przykład, jak światło jest wykrywane przez oczy, jak fale dźwiękowe wpływają na nasze uszy oraz jak różne związki chemiczne wchodzą w interakcję z receptorami w nosie i ustach, generując zapach i smak. Mamy też inne sposoby postrzegania otaczającego nas świata. Możemy poczuć ciepło słońca, wiatr i pojedyncze źdźbła trawy pod stopami, gdy stąpamy po niej boso. Te wrażenia temperatury, dotyku i ruchu są niezbędne dla naszej adaptacji do ciągle zmieniającego się otoczenia.

Przez lata badań ustalono, że komórki nerwowe są wysoce wyspecjalizowane w wykrywaniu i przekazywaniu różnych rodzajów bodźców, umożliwiając percepcję naszego otoczenia; na przykład zdolność odczuwania różnic w fakturze powierzchni opuszkami palców lub zdolność rozpoznawania zarówno przyjemnego ciepła, jak i bolesnego gorąca.

Przed odkryciami Juliusa i Patapoutiana nasze zrozumienie tego, jak system nerwowy wyczuwa i interpretuje nasze środowisko, wciąż zawierało fundamentalne, nierozwiązane pytanie: w jaki sposób temperatura i bodźce mechaniczne są przekształcane w impulsy elektryczne w układzie nerwowym? Odpowiedzieli na nie dwaj tegoroczni laureaci Nagrody Nobla. Ich odkrycia wyjaśniły, w jaki sposób ciepło, zimno i dotyk mogą inicjować sygnały w naszym układzie nerwowym. Zidentyfikowane kanały jonowe są ważne dla wielu procesów fizjologicznych i stanów chorobowych.

Odkrycia te zapoczątkowały intensywne badania, które doprowadziły do ​​lepszego zrozumienia, w jaki sposób nasz układ nerwowy wyczuwa ciepło, zimno i bodźce mechaniczne. Laureaci zidentyfikowali krytyczne brakujące ogniwa w naszym zrozumieniu złożonej interakcji między naszymi zmysłami a środowiskiem.

Przełomowe badania

Julius podczas swoich badań analizował, w jaki sposób kapsaicyna wywołuje uczucie pieczenia, które odczuwamy, gdy stykamy się z papryczką chili. Wówczas już wiadomo było, że kapsaicyna aktywuje komórki nerwowe powodujące odczucia bólu, ale sposób, w jaki to robi, stanowił nierozwiązaną zagadkę. Julius i jego koledzy stworzyli bibliotekę milionów fragmentów DNA odpowiadających genom, które ulegają ekspresji w neuronach czuciowych, które mogą reagować na ból, ciepło i dotyk. Uczeni postawili hipotezę, że biblioteka będzie zawierać fragment DNA kodujący białko zdolne do reagowania na kapsaicynę. Ekspresję genów z tej kolekcji prowadzili na hodowanych w laboratorium komórkach, które normalnie nie reagują na kapsaicynę.

I faktycznie, po żmudnych poszukiwaniach uczeni zidentyfikowali poszukiwany gen, który sprawiał, że komórki stawały się wrażliwe na ten związek. Dalsze badania doprowadziły do ustalenia, że zidentyfikowany gen koduje nowe białko kanału jonowego, a nowo odkryty receptor kapsaicyny został nazwany TRPV1. Kiedy Julius badał zdolność białka do reagowania na ciepło, zdał sobie sprawę, że odkrył receptor wyczuwający ciepło, który jest aktywowany w temperaturach postrzeganych jako bolesne.

Odkrycie TRPV1 było dużym przełomem prowadzącym do odkrycia dodatkowych receptorów wykrywających temperaturę. Niezależnie od siebie, zarówno Julius, jak i Patapoutian zidentyfikowali TRPM8, receptor, który, jak wykazali, jest aktywowany przez zimno. Zidentyfikowali dodatkowe kanały jonowe związane z TRPV1 i TRPM8 i stwierdzili, że są one aktywowane przez szereg różnych temperatur.

Po tych odkryciach laboratoria na całym świecie zaczęły realizować programy badawcze w celu zbadania roli tych kanałów w odczuwaniu ciepła. Badania były prowadzone z udziałem genetycznie zmodyfikowanych myszy, którym brakowało tych nowo odkrytych genów. Odkrycie TRPV1 przez Juliusa było przełomem, który pozwolił zrozumieć, w jaki sposób różnice temperatury mogą indukować sygnały elektryczne w układzie nerwowym.

Podczas gdy mechanizmy odczuwania temperatury były stopniowo odkrywane, nadal nie było jasne, w jaki sposób bodźce mechaniczne mogą zostać przekształcone na nasze zmysły. Naukowcy odkryli wcześniej spełniające te właśnie funkcje sensory u bakterii, ale mechanizmy leżące u podstaw dotyku u kręgowców pozostawały nieznane.

Patapoutian prowadził badania, które potencjalnie mogły zidentyfikować nieuchwytne receptory. Wraz ze swoimi współpracownikami jako pierwszy zidentyfikował linię komórkową, która emitowała mierzalny sygnał elektryczny, gdy pojedyncze komórki zostały nakłute mikropipetą. Uczeni założyli, że receptor aktywowany siłą mechaniczną jest kanałem jonowym i w kolejnym etapie zidentyfikowano 72 kandydujące geny kodujące możliwe receptory. Geny te inaktywowano jeden po drugim, aby odkryć ten odpowiedzialny za wrażliwość na bodźce mechaniczne w badanych komórkach.

W końcu udało się zidentyfikować pojedynczy gen, którego wyciszenie uczyniło komórki niewrażliwymi na szturchanie mikropipetą. Odkryto nowy i całkowicie nieznany kanał jonowy, któremu nadano nazwę Piezo1. Dzięki podobieństwu do Piezo1 odkryto drugi gen i nazwano go Piezo2. Stwierdzono, że neurony czuciowe wyrażają wysoki poziom Piezo2, a dalsze badania wskazały, że Piezo1 i Piezo2 są kanałami jonowymi, bezpośrednio aktywowanymi przez wywieranie nacisku na błony komórkowe.

Po dalszych badaniach okazało się, że kanał jonowy Piezo2 jest niezbędny dla zmysłu dotyku. Ponadto wykazano, że Piezo2 odgrywa kluczową rolę w krytycznie ważnym wykrywaniu pozycji i ruchu ciała, znanym jako propriocepcja. Z czasem wykazano też, że kanały Piezo1 i Piezo2 regulują dodatkowo ważne procesy fizjologiczne, w tym ciśnienie krwi, oddychanie i kontrolę pęcherza moczowego.

Nagroda Nobla 2020 z medycyny i fizjologii

W ubiegłym roku Nagroda Nobla z medycyny i fizjologii została przyznana wspólnie Harveyowi J. Alterowi, Michaelowi Houghtonowi i Charlesowi M. Rice'owi „za odkrycie wirusa zapalenia wątroby typu C”. Jak argumentował komitet noblowski, nagrodzeni badacze wnieśli decydujący wkład w walkę z wirusowym zapaleniem wątroby, głównym globalnym problemem zdrowotnym powodującym marskość i nowotwory wątroby u ludzi na całym świecie. Przed ich odkryciem większość przypadków zapalenia wątroby przenoszonego przez krew pozostawała niewyjaśniona. 

Harvey J. Alter, Michael Houghton i Charles M. Rice dokonali przełomowych odkryć, które doprowadziły do identyfikacji wirusa zapalenia wątroby typu C. Harvey J. Alter wykazał, że nieznany wirus był częstą przyczyną przewlekłego zapalenia wątroby. Z kolei Michael Houghton zastosował nowatorską wówczas strategię do wyizolowania genomu nowego wirusa, który nazwano wirusem zapalenia wątroby typu C. Natomiast Charles M. Rice przedstawił ostateczne dowody wskazujące, że sam wirus może powodować zapalenie wątroby. 

Odkrycia laureatów otworzyły drogę do opracowania terapii i leków, które uratowały miliony istnień na całym świecie.

Nagrody Nobla z medycyny i fizjologii

Dotychczas przyznano 111 Nagród Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny i otrzymało ją 222 naukowców. Jeszcze nikt nie otrzymał Nagrody Nobla z tej dziedziny dwukrotnie. Uhonorowano nią tylko 12 kobiet.

Regulamin Nagrody Nobla mówi, że można nią uhonorować maksymalnie trzy osoby. W zeszłym roku Fundacja Noblowska podwyższyła wysokość nagrody do 10 milionów koron szwedzkich. To w przeliczeniu daje około 980 tys. euro. Laureaci otrzymają także medal oraz dyplom.

W bazie danych nominacji można znaleźć interesujące ciekawostki na temat nagrody. Na przykład, Zygmunt Freud był aż 32 razy nominowany do nagrody, ale nigdy jej nie otrzymał. Od 50 lat nominacje są utrzymywane w tajemnicy.

Najmłodszym laureatem był Frederick G. Bantenga, który otrzymał nagrodę w 1923 roku w wieku 32 lat za odkrycie insuliny. Najstarszym natomiast był Peyton Rousa, który został wyróżniony prestiżową nagrodą w 1966 roku za odkrycie wywołujących nowotwór wirusów. Miał wtedy 87 lat.

 

Źródło: nobelprize.org, fot. David Monniaux / Wikimedia Commons/ CC BY-SA 2.0