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

Четыре лика империи Четыре лика империи

Как землетрясение повлияло на нынешний облик малых городов Италии

Вокруг света
Русско-американские отношения в XIX веке. Часть 2 Русско-американские отношения в XIX веке. Часть 2

Какими были отношения США и России накануне войны между Севером и Югом

Наука и техника
Криптобудущее Криптобудущее

Жизненный цикл цивилизаций и наступающая эпоха свободы

Популярная механика
Эрдоган зажат между интересами США и Британии Эрдоган зажат между интересами США и Британии

Политический кризис в Турции может серьезно встряхнуть государство и регион

Монокль
Великое нашествие Великое нашествие

Вторжение монголов обратило русских государей в деспотов ордынского типа

Дилетант
Мертвые дети, неравенство и травмы Мертвые дети, неравенство и травмы

Настоящий мир вымышленного Питера Пэна

Weekend
Рогохвост… предприимчивый Рогохвост… предприимчивый

Пленником янтаря оказалось крайне редкое насекомое

Наука и жизнь
Весна в облигациях Весна в облигациях

Бизнес не намерен снижать программы по капитальным инвестициям

Ведомости
Сиенские супруги Сиенские супруги

Джанноддза Сарачени и Мариотто Миньянелли жили и друг друга любили в Сиене

Наука и жизнь
Звезды манящие Звезды манящие

Ослепительная вспышка, которой уже некого слепить, миг неуловимый

Знание – сила
На секретной службе Её Величества На секретной службе Её Величества

Мы знаем о разведчиках, работавших на СССР, но были и обратные примеры

Дилетант
Очень странные дела Очень странные дела

Какие бьюти-тренды из соцсетей искренне настораживают косметологов

Лиза
Герасим и топор, или Преступление без наказания Герасим и топор, или Преступление без наказания

Вероятно, это самое знаменитое описание преступления в мировой литературе

Дилетант
«Я женюсь на Гале каждый момент, когда на нее смотрю» «Я женюсь на Гале каждый момент, когда на нее смотрю»

Галина Вишневская и Мстислав Ростропович. Две выдающиеся личности

OK!
Мороз и засуха едины Мороз и засуха едины

Голод с большим количеством смертей в Европейской России 1891 года

Дилетант
«Двойка» за хорошее поведение «Двойка» за хорошее поведение

BMW M2 Gran Coupe: баварское купе, которое на самом деле седан

Автопилот
Перовскитные солнечные элементы как перспективное направление зеленой энергетики Перовскитные солнечные элементы как перспективное направление зеленой энергетики

Как перовскитные солнечные элементы сделают энергетическую систему экологичнее?

Наука и техника
Система Юпитера: Ганимед и Каллисто Система Юпитера: Ганимед и Каллисто

Что делает Ганимед и Каллисто очень интересными космическими телами?

Наука и техника
Новости науки Новости науки

Обнаруженная в ранней Вселенной грандиозная галактика и другие новости науки

Знание – сила
Авианосцы ВМС Индии XXI века Авианосцы ВМС Индии XXI века

История постройки авианосца «Викрант»

Наука и техника
Водяные козлы – аристократы саванн Водяные козлы – аристократы саванн

«Водяных козлов я часто встречал в восточноафриканской саванне»

Знание – сила
Вновь о темной материи Вновь о темной материи

Проблема темной материи всерьез привлекает ученых

Знание – сила
Сверхурочная экономика Сверхурочная экономика

Власти и работодатели концептуально договорились об изменении Трудового кодекса

Ведомости
Островский – революция в русском театре Островский – революция в русском театре

Гончаров, известный трилогией на букву «О», был интересным и метким критиком

Знание – сила
Керосиновая история Керосиновая история

Жизнь в послевоенном социализме делится на «время керосина» и «время газа»

Знание – сила
Возвращение гребного колеса Возвращение гребного колеса

Первые упоминания о гребном колесе относятся еще к древнейшим временам...

Наука и техника
Монеты в восточной пыли Монеты в восточной пыли

Важным источником наших знаний об античной истории являются монеты

Знание – сила
Недоросли, скотинины, бригадиры и Стародум Недоросли, скотинины, бригадиры и Стародум

И спустя 200 лет пьесы Дениса Фонвизина остаются интересны и востребованы

Знание – сила
Зарплатно-гендерный вопрос Зарплатно-гендерный вопрос

Удовлетворенность размером зарплаты среди мужчин и женщин практически сравнялась

Ведомости
В тени новой биологии, или Вверх по лестнице, ведущей вниз В тени новой биологии, или Вверх по лестнице, ведущей вниз

Сравнительная анатомия – старая наука, интеллектуальный опыт которой очень богат

Знание – сила
Открыть в приложении