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

Лургиканская пещера и её ледяные скульптуры Лургиканская пещера и её ледяные скульптуры

Мир пещер бесконечно притягателен

Наука и жизнь
Франция — Россия: бег с препятствиями Франция — Россия: бег с препятствиями

Несмотря на санкции, французский бизнес в России продолжает набирать обороты

Эксперт
Четыре лика империи Четыре лика империи

Как землетрясение повлияло на нынешний облик малых городов Италии

Вокруг света
Оценивали в $1 млрд, а продадут за $300 млн: почему развалился бизнес магазина матрасов Casper Оценивали в $1 млрд, а продадут за $300 млн: почему развалился бизнес магазина матрасов Casper

История Casper: фирма хотела стать Nike в индустрии сна, но не смогла

VC.RU
Сила слова Сила слова

«Искусственный интеллект нужен человеку» – сообщил нам искусственный интеллект

Популярная механика
В каких продуктах много витамина А В каких продуктах много витамина А

Витамин А выполняет множество важных функций в организме

РБК
100 самых сексуальных женщин страны 100 самых сексуальных женщин страны

100 самых сексуальных женщин страны

Maxim
Александр Долинин: «Мой научный принцип — заниматься только тем, что интересно» Александр Долинин: «Мой научный принцип — заниматься только тем, что интересно»

Александр Долинин, автор книг о Набокове и Пушкине

Arzamas
Время Селесты Время Селесты

Главное музыкальное открытие года — лондонская певица Селеста

Vogue
Воин света Воин света

В деревню в гости к креативному директору Maison Margiela Джону Гальяно

Vogue
Дядька императора Дядька императора

В Российской империи воспитание царских отпрысков было делом политическим

Дилетант
Ирина Хакамада: «Полезно нырнуть на самую глубину отчаяния» Ирина Хакамада: «Полезно нырнуть на самую глубину отчаяния»

Хакамада меняется в каждом отрезке времени. Сейчас у нее очень непростой период

Psychologies
Два века путешествий Два века путешествий

Русское географическое общество и его архив – собрание редчайших документов

Вокруг света
Пандемия породила новую разновидность выгорания. Есть ли против нее вакцина? Пандемия породила новую разновидность выгорания. Есть ли против нее вакцина?

Пять правил противопожарной безопасности для выгорающих — от Брэда Сталберга

Reminder
Релятивистские эффекты воспроизвели в электрических цепях Релятивистские эффекты воспроизвели в электрических цепях

Физики просимулировали дрожащее движение и парадокс Клейна

N+1
Как выбрать игровую клавиатуру: советы для геймеров Как выбрать игровую клавиатуру: советы для геймеров

На какие параметры нужно обратить внимание при выборе игровой «клавы»

CHIP
«Хотим быть как она». Двойники Адель повально начали худеть «Хотим быть как она». Двойники Адель повально начали худеть

Трибюьт-актрисы начали избавляться от веса, чтобы сохранить сходство с Адель

Cosmopolitan
Искусство жить красиво Искусство жить красиво

История у гостиницы «Метрополь» всегда была непростой

Караван историй
Роберт Сапольски: «У человечества есть огромный фетиш — свобода воли» Роберт Сапольски: «У человечества есть огромный фетиш — свобода воли»

Роберт Сапольски — о том, как любовь и жизнь существуют в рамках свободы воли

Forbes Life
Урок черчения Урок черчения

Хочешь научиться скульптурировать лицо с помощью косметики?

Лиза
+10: романы о Достоевском +10: романы о Достоевском

Произведения Достоевского, в которых он сам оказывается персонажем

Полка
Природный феномен Природный феномен

Роль искусства в этом доме играют пейзажи за окном

AD
Британский фотограф снимает советские радиоактивные (ну почти) руины Британский фотограф снимает советские радиоактивные (ну почти) руины

Потрясающая галерея бывших советских ядерных полигонов произвела фурор в Лондоне

Maxim
10 чешских производителей самолётов, о которых никто не слышал 10 чешских производителей самолётов, о которых никто не слышал

Чехословакия славится своей авиационной промышленностью

Популярная механика
Основатели сети автомоек Fast&Shine занялись IT и производством сыра, а потом стали строителями. Теперь они планируют заработать миллиарды на элитной недвижимости Основатели сети автомоек Fast&Shine занялись IT и производством сыра, а потом стали строителями. Теперь они планируют заработать миллиарды на элитной недвижимости

Аркадий Хохлов и его партнеры рассказали, как вести стройку по Scrum

Inc.
Огневые точки Огневые точки

Используя любую возможность собраться, герои «Татлера» протоптали новые маршруты

Tatler
Северный Ледовитый океан начал нагреваться раньше, чем мы думали Северный Ледовитый океан начал нагреваться раньше, чем мы думали

Ученые выяснили, что потепление океана длится с начала ХХ века

National Geographic
Как не потратить все деньги на импульсивные покупки Как не потратить все деньги на импульсивные покупки

Черная пятница – это замечательно, но не когда вы потратили все до копейки

GQ
Drossel riot Drossel riot

Как мотопромышленность ЕС и США проспала молодежь десять лет назад

Эксперт
Как выглядят сегодня актрисы культовых сериалов нулевых: от «Клона» до «Лоста» Как выглядят сегодня актрисы культовых сериалов нулевых: от «Клона» до «Лоста»

Так ли сильно изменило время актрис из наших любимых сериалов

Cosmopolitan
Открыть в приложении