Нобелевская премия по физиологии и медицине 2021 года

Наука и жизньНаука

Секрет тёплых объятий

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2021 года присуждена за открытие рецепторов температуры и механической чувствительности. Лауреатами стали Дэвид Джулиус (Университет Калифорнии, Сан-Франциско, США) и Ардем Патапутян (Институт Скриппса, США).

Кирилл Стасевич

Представьте, что вы сидите в кино: глаза смотрят на экран, уши ловят звук из колонок, а если вы прихватили с собой попкорн, то носом чувствуете его запах, а языком — вкус. Но ещё в кинозале вам может стать жарко, и тогда вы снимете свитер, или прохладно, и тогда наденете его обратно. А ещё вы сидите в кресле, удобно или не очень, а может, с кем-то в обнимку. Как мы понимаем, что нам жарко, что нам удобно, что нас кто-то приятно обнимает, пока мы смотрим фильм? Можно не задумываясь сказать, что для этого есть температурная чувствительность, или терморецепция, и осязание, или механорецепция. Но ни для того, ни для другого у нас нет никаких специальных органов чувств, подобных глазу или уху, — как же мы воспринимаем тепло и прикосновения?

Сейчас-то уже известно, что для каждого типа ощущений есть особые проводящие пути, которые идут от соответствующего рецептора в мозг. И ещё в 80-е годы XIX века исследователи заговорили о том, что для тепла, холода и прикосновений должны быть отдельные нервы. То, что разные нервные волокна выполняют разные функции, что разные соматосенсорные* нервы посылают в мозг разные сигналы, было показано в работах американских физиологов Джозефа Эрлангера и Герберта Спенсера Гассера. После их исследований, удостоенных Нобелевской премии по физиологии и медицине 1944 года, стало во многом понятно, как ощущения в виде нервного импульса бегут по нервам кожи и мышц. Но оставался вопрос, как рождается само ощущение, то есть как внешний стимул — температура или механическое давление — превращается в импульс. Это должны делать соответствующие рецепторы, и чтобы их найти, нужно было дождаться взлёта молекулярной биологии и её методов.

* Под соматосенсорной системой понимают совокупность нервных путей, которые пронизывают всё тело и сообщают в соответствующие отделы центральной нервной системы информацию о температуре, механическом воздействии, положении тела в пространстве, болевых ощущениях.

Как найти неизвестный белок с известной функцией

Работа клетки во многом зависит от того, какие белки она синтезирует. Но каждая клетка содержит огромное число белков. Как понять, какой из белков связан с той функцией, которая нас интересует, — например, с термочувствительностью? По очереди добывать из клетки молекулы конкретного белка, изучать их структуру, их взаимодействие с другими молекулами — такой способ невероятно трудоёмок и не слишком эффективен, особенно на первых этапах, когда мы ещё даже не знаем, что именно ищем. Есть другой путь: пересадить белок в какую-нибудь другую клетку, которая занимается вообще другими делами, и посмотреть, как она изменится. Как можно пересадить белок? Нужно взять его ген и внедрить в геном другой клетки. И пусть мы не знаем, какой ген нам нужен, и даже не знаем, где именно в ДНК он находится, — нам это и не требуется знать. Как известно, генетическая информация из ДНК копируется сначала в молекулу РНК, а потом РНК служит матрицей для синтеза белка. Если клетка активно пользуется каким-то геном, в ней будет много его РНК-копий. Мы выделяем РНК-копии из клетки и делаем на них ДНК-копии (потому что с ДНК работать проще и надёжнее, чем с РНК). И уже вот эти ДНК-копии конкретного гена внедряем в другую клетку, которая послужит нам испытательным полигоном для неизвестного белка.

Клетка одновременно использует не один, не два, а много генов. Значит, у нас появится библиотека ДНК-копий, сделанных на разных РНК, и нам понадобится много клеток-«испытателей». Главное, чтобы в одну клетку-«испытателя» попала ДНК-копия только одного чужого гена. Клетка начнёт делиться и синтезировать чужой белок, и с её потомками мы будем ставить все необходимые эксперименты.

Как видим, нужен целый спектр методов, позволяющих манипулировать ДНК и РНК, читать их последовательности, внедрять их в клетки. Эти методы активно развивались с момента открытия ДНК и генетического кода и к концу 1990-х годов уже широко применялись в самых разных областях биологии. Когда Дэвид Джулиус и его коллеги в Калифорнийском университете в Сан-Франциско (США) стали искать терморецепторы, они начали с того, что выделили из спинномозговых нейронов все РНК, синтезировали на них ДНК и отправили их в клетки под названием HEK 293. (Это одна из самых распространённых разновидностей лабораторных клеток, полученная из человеческих эмбриональных почек.) Но почему спинномозговые нейроны? Как мы знаем, у нервных клеток есть отростки, которые нужны, чтобы принимать и посылать электрохимические сигналы. Отростки часто очень длинные, так что тело нейрона может сидеть в спинном мозге, а отросток с рецептором — где-то далеко в мышцах или в коже. Известно, что этот нейрон реагирует на тепло или на холод, известно, где в спинном мозге находится тело клетки, и РНК с информацией о белках выделяют из тела клетки, потому что с ним проще работать, чем с тонким и извивающимся отростком.

Дэвид Джулиус. Фото: UCSF

Белки тепла и жгучей боли

Вообще говоря, Дэвид Джулиус изначально искал не столько терморецепторы, сколько нейроны боли. Причём такой боли, которая возникает от жгучего алкалоида капсаицина, содержащегося в перце чили. Уже было известно, во-первых, что капсаицин заставляет потеть кожу в том месте, где он подействовал на сенсорные нейроны, — то есть эффект от него был как от очень сильной жары. Ещё было известно, что капсаицин запускает ионные потоки через мембрану нейронов. Нейронный импульс начинается с перегруппировки ионов на наружной и внутренней стороне нейронной мембраны, а ионы, в свою очередь, проходят через мембрану с помощью специальных белковых каналов. То есть капсаицин, скорее всего, действовал на один из таких белков. И ещё исследователи знали, что термический ожог тоже запускает ионный поток через мембрану — значит, очень высокая температура действует на какой-то ионный канал. В общем, были все основания полагать, что капсаициновый эффект связан с тепловыми рецепторами.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

В Баргузинском заповеднике исчезают сурки В Баргузинском заповеднике исчезают сурки

Прибайкальский черношапочный сурок исчезает

Наука и жизнь
Тропические болота нивелировали успехи арктических в поглощении углерода Тропические болота нивелировали успехи арктических в поглощении углерода

Почему снижается продуктивность болот, поглощающих углерод

N+1
Почему домашние кошки не умеют рычать, а тигры — мурлыкать? Почему домашние кошки не умеют рычать, а тигры — мурлыкать?

Почему рычащие кошки не мурлычут, а мурлыкающие не рычат?

Наука и жизнь
Лайфхак, как быстро вернуть вещь, которую вы потеряли Лайфхак, как быстро вернуть вещь, которую вы потеряли

Чек-лист для быстрых и успешных поисков потерянной вещи

Maxim
Своя морковка круглый год Своя морковка круглый год

Сеем морковку под зиму

Наука и жизнь
Как стресс влияет на кожу и как с этим бороться Как стресс влияет на кожу и как с этим бороться

Чем опасна повышенная тревожность для нашего внешнего вида

Правила жизни
Четыре лика империи Четыре лика империи

Как землетрясение повлияло на нынешний облик малых городов Италии

Вокруг света
Параллельщики. Carwin — о главных ошибках при поиске машины за рубежом Параллельщики. Carwin — о главных ошибках при поиске машины за рубежом

Как отличить реального поставщика от хорошо замаскированного обманщика

РБК
Рогохвост… предприимчивый Рогохвост… предприимчивый

Пленником янтаря оказалось крайне редкое насекомое

Наука и жизнь
Показать то, что за кадром: как создаются экскурсии по действующему кинопарку Показать то, что за кадром: как создаются экскурсии по действующему кинопарку

Как организовать экскурсии по кинопарку, не мешая при этом съемочному процессу

Inc.
Девять значимых событий 2021 года в физике и астрономии Девять значимых событий 2021 года в физике и астрономии

Самые важные события прошедшего года в физических и астрономических областях

Наука и жизнь
«Важно запасть в душу потребителю» «Важно запасть в душу потребителю»

Как государство поддерживает экспортеров

Эксперт
По следам суперпаводков Алтая По следам суперпаводков Алтая

Какая сила требовалась для того, чтобы создать огромные природные террасы?

Наука и жизнь
Для чего нужен магниевый анод в бойлерах накопительного типа? Для чего нужен магниевый анод в бойлерах накопительного типа?

От чего и как именно защищает магниевый анод в бойлере косвенного нагрева?

CHIP
Отечественный лук незаменим! Отечественный лук незаменим!

Веками наша страна славилась замечательным репчатым луком народной селекции

Наука и жизнь
Никаких шлепок и свадебных платьев: какой дресс-код советуют соблюдать музеи и театры Никаких шлепок и свадебных платьев: какой дресс-код советуют соблюдать музеи и театры

Какие рекомендации по выбору одежды мировые театры и музеи дают посетителям

Forbes
Светлое темное будущее Светлое темное будущее

Электроземледелие — технология, которая обещает обеспечить пищей человечество

ТехИнсайдер
«Нужно быть готовым к войнам и землетрясениям». Советы туроператора с 35-летним стажем «Нужно быть готовым к войнам и землетрясениям». Советы туроператора с 35-летним стажем

Как оставаться на плаву и быть успешным в туризме?

Inc.
«Профессия научила отстаивать свое мнение»: как женщины работают сварщицами «Профессия научила отстаивать свое мнение»: как женщины работают сварщицами

Как сварщицы борются со стереотипами и за что любят свою работу

Forbes
Вековые традиции Вековые традиции

Не получается нарисовать стрелки, а тени сразу скатываются?

Лиза
Как мотивировать сотрудников: повышаем работоспособность команды Как мотивировать сотрудников: повышаем работоспособность команды

Проверенные стратегии повышения вовлеченности сотрудников на основе кейсов

Inc.
Как нам реорганизовать капитализм? Как нам реорганизовать капитализм?

В мире ширится оппозиция традиционным рыночным отношениям

Ведомости
Есть ли у Европы армия Есть ли у Европы армия

О потенциале собственной армии Евросоюза и перспективах ее участия вне НАТО

Монокль
Третий межзвездный объект оказался слабоактивной кометой Третий межзвездный объект оказался слабоактивной кометой

Астрономы подтвердили обнаружение третьего межзвездного объекта

N+1
Китайские церемонии и арабская дипломатия. Как незнание культуры другой страны может разрушить бизнес Китайские церемонии и арабская дипломатия. Как незнание культуры другой страны может разрушить бизнес

Как не оказаться на грани банкротства из-за культурных различий и стереотипов

Inc.
После зарплаты верну После зарплаты верну

Как правильно дать деньги в долг и что делать, когда их не отдают вовремя

Лиза
Громких разводов не будет Громких разводов не будет

Супруги-совладельцы все чаще прибегают к медиации

Монокль
Губки на роструме снизили эффективность эхолокации афалин Губки на роструме снизили эффективность эхолокации афалин

Почему афалины редко охотятся с губками на роструме?

N+1
«Искренний урбанизм»: от картинок к поиску смыслов «Искренний урбанизм»: от картинок к поиску смыслов

«Искренний урбанизм» — городская экосистема, построенная на многообразии

Ведомости
От Трампа до Дидди: как именитые судебные художницы работали на громких процессах От Трампа до Дидди: как именитые судебные художницы работали на громких процессах

Судебные художницы: истоки профессии и самые известные процессы

Forbes
Открыть в приложении