MEDIX, God. 27 Br. 149  •  Osvrt HR ENG

Kako tijelo osjeća – Nobelova nagrada za fiziologiju ili medicinu za 2021.

Sposobnost tijela čovjeka da osjeća toplinu, hladnoću i dodir ključno je za preživljavanje i omogućava komunikaciju tijela s okruženjem. U svakodnevnom životu sposobnost tih osjeta uzimamo zdravo za gotovo. Međutim, tek su ovogodišnji dobitnici Nobelove nagrade za područje fiziologije ili medicine David Julius i Ardem Patapoutian otkrili, dosad nepoznate, ključne detalje u razumijevanju nastanka živčanih impulsa koji u konačnici omogućavaju spoznaju spomenutih osjeta


 

Tisućama godina ljude zanima kako tijelo čovjeka osjeća različite podražaje koji dolaze iz okoline. Na primjer, kako oko detektira svjetlo, uho zvuk, nos različite osjete, usta okus. Kako osjećamo toplinu, hladnoću, vjetar, podlogu pod nogama. Sve su to osjeti ključni za adaptaciju čovjeka na stalne promjene u okolišu.

Već u 17. stoljeću filozof René Descartes smatrao je da postoji poveznica između različitih dijelova kože s mozgom. Kasnija otkrića pokazala su postojanje specijaliziranih osjetnih (senzoričkih) neurona koji registriraju promjene u okolini. Joseph Erlanger i Herbert Gasser dobitnici su Nobelove nagrade za fiziologiju ili medicinu 1944. godine za otkriće različitih osjetnih živčanih vlakana koja reagiraju na različite podražaje, npr. razlikovanje bolnih od ne-bolnih dodira. Od tada je pokazano da su živčane stanice visokospecijalizirane za primanje i prijenos različitih tipova podražaja, čime omogućavaju vrlo nijansiranu registraciju podražaja iz okoline; npr. sposobnost vrhova prstiju da osjete razlike u teksturi površine predmeta, ili sposobnost razlikovanja ugodne od bolne topline.

 

Dobitnici Nobelove nagrade za fiziologiju ili medicinu za 2021. godinu David Julius i Ardem Patapoutian

Sposobnost tijela čovjeka da osjeća toplinu, hladnoću i dodir ključno je za preživljavanje i omogućava komunikaciju tijela s okruženjem. U svakodnevnom životu sposobnost tih osjeta uzimamo zdravo za gotovo. Međutim, tek su ovogodišnji dobitnici Nobelove nagrade za područje fiziologije ili medicine otkrili, dosad nepoznate, ključne detalje u razumijevanju nastanka živčanih impulsa koji u konačnici omogućavaju spoznaju spomenutih osjeta.

Reagiranje na toplinu i otkriće mehanoreceptora

Komitet za dodjelu Nobelove nagrade, koji se sastoji od 50 uvaženih znanstvenika, na sjednici održanoj 4. listopada 2021. godine na Karolinska Institutu, Stockholm, Švedska, odlučio je ovogodišnju nagradu za izuzetna znanstvena dostignuća u području fiziologije ili medicine – otkriće receptora za temperaturu i dodir – dodijeliti dvojici američkih znanstvenika. To su David Julius (University of California, San Francisco, SAD) i Ardem Patapoutian (Scripps Research, La Jolla, California, SAD).

Od 1901. godine Nobelova nagrada dodjeljuje se znanstvenicima koji su radom i otkrićima najsnažnije pridonijeli dobrobiti čovječanstva. Tradicionalno, nagrada se dodjeljuje na svečanoj ceremoniji 10. prosinca, godišnjici smrti Alfreda Nobela. Prema želji osnivača, nagrade iz područja fizike, kemije, fiziologije ili medicine i literature dodjeljuju se u Stockholmu (2020. godine prvi put u Zlatnoj dvorani (Golden Hall) gradske vijećnice u Stockholmu), a nagrada za mir u Oslu, Norveška. Od 1969. godine dodjeljuje se i dodatna nagrada (u Stockholmu) – to je Švedska Riksbank nagrada za ekonomske znanosti: osnovana je u čast Alfreda Nobela.

Za identifikaciju detektora (senzora) u završecima živaca kože koji reagiraju na toplinu, David Julius upotrijebio je kapsaicin (bezbojnu i bezmirisnu tvar otkrivenu u 19. stoljeću), ljutiti sastojak čili papričica koji uzrokuje osjet „gorenja“. Zajedno sa suradnicima načinio je zbirku DNA fragmenta gena koji su aktivni u senzoričkim neuronima koji reagiraju na bol, toplinu i dodir. Smatrali su da će zbirka, vjerojatno, uključivati i DNA fragmente koji kodiraju protein koji reagira na kapsaicin. Potom su prenijeli te DNA fragmente u stanice u kulturi koje normalno ne reagiraju na kapsaicin. Nakon mukotrpnog rada konačno je identificiran gen koji te stanice može učiniti osjetljivima na kapsaicin. Daljnji pokusi pokazali su da taj gen kodira dotad nepoznat protein koji djeluje kao transportni kanal za ione (engl. ione channel protein), tj. djeluje kao receptor za kapsaicin; nazvan je TRPV1 (od engl. transient receptor potential cation channel subfamily V member 1; otkriven 1997. godine). Kada je ispitivana sposobnost tog receptora da reagira na toplinu, ispostavilo se da su otkrili receptor koji se aktivira temperaturama koje se smatraju bolnima.

Otkriće Juliusa i suradnika predstavljalo je osnovu temeljem koje su kasnije otkriveni i drugi TRP receptori koji se aktiviraju različitim temperaturama – omogućuju osjećati nijanse temperatura pretvaranjem temperature u električni signal. Otkriće prvog TRP receptora predstavlja proboj u razumijevanju kako različite temperature mogu izazvati električne signale u živčanom sustavu.

Za otkriće nove klase receptora koji reagiraju na mehanički podražaj kože i unutrašnjih organa Ardem Patapoutian i suradnici upotrijebili su na dodir (tlak) osjetljive stanice (stanice koje na podražaj mikropipetom mogu stvoriti mjerljiv električni signal). Shvatili su da je receptor koji se aktivira mehaničkim podražajem ionski kanal (točnije, protein koji sudjeluje u gradnji mehanosenzitivnih kanala). U sljedećoj fazi istraživanja izdvojili su 72 gena, kandidata koji bi mogli kodirati taj ionski kanal – receptor.

Nakon napornih istraživanja identificirali su gen čije je utišavanje načinilo stanice neosjetljivima na podražaj mikropipetom. Tako je otkriven mehanoreceptor. Nazvan je Piezo1 (prema grčkoj riječi za tlak – píesi); otkriven je 2010. godine. Drugi gen u nizu nazvan je Piezo2. Daljnji su pokusi pokazali da su Piezo1 i Piezo2 proteini-receptori, ionski kanali, koji se izravno aktiviraju izlaganjem membrane stanice pritisku. Štoviše, pokazano je da Piezo2 igra ključnu ulogu u registriranju položaja i pokretanja tijela, tzv. propriocepciji (vrsta osjeta koja daje povratnu informaciju o položaju tijela i dijelova tijela; propriocepcija se može objasniti kao svjesnost samog sebe). Konačno, dodatnim je istraživanjem pokazano da Piezo1 i 2 reguliraju i još neke fiziološke procese, uključujući i krvni tlak, disanje i kontrolu mokraćnog mjehura.

Spoznaje već u upotrebi za razvoj liječenja

Otkrića ovogodišnjih dobitnika Nobelove nagrade za fiziologiju ili medicinu omogućava razumijevanje kako toplina, hladnoća i mehanički pritisak mogu pokrenuti živčane impulse koji onemogućavaju adaptaciju organizma na okolinu. To su spoznaje koje se već upotrebljavaju za razvoj liječenja širokog spektra bolesti, kao što je na primjer kronična bol.