Selgitatud: Nobel puudutusteaduse dešifreerimise eest

David Julius ja Ardem Patapoutian tuvastasid mehhanismi, mille kaudu puutedetektorid suhtlevad närvisüsteemiga. Milline on nende uurimistöö mõju meditsiinile?

Ameerika teadlased David Julius (vasakul) ja Ardem Patapoutian.

Viis meelt, mille kaudu inimesed ümbritsevat maailma tajuvad ja kogevad, on hästi teada. Inimkeha sisemised mehhanismid, mille kaudu me valgusest, helist, lõhnast ja maitsest teadlikuks saame ja neile reageerime, on olnud juba mitu aastakümmet üsna hästi mõistetud. Arusaam sellest, kuidas me puudutuse kaudu tajume – kuuma või külma, pigistuse või pinge tajumine või füüsilise valu tunne – jäi teadlastele kauaks kõrvale.

Kuni David Julius ja Ardem Patapoutian, kes töötasid USA-s iseseisvalt, tegid 1990. aastate lõpus ja 2000. aastate alguses mitmeid avastusi, et välja selgitada meie keha puutedetektorid ja mehhanism, mille kaudu nad suhtlevad närvisüsteemiga, et tuvastada ja reageerida. konkreetsele puudutusele. 66-aastane Julius ja 54-aastane Patapoutian kuulutati esmaspäeval 2021. aasta Nobeli füsioloogiaauhinna ühiseks laureaadiks murranguliste uuringute eest, mis jätkuvad.

Füsioloogia-Nobeli auhind on esimene teaduse auhind, mis kuulutati välja. Nobeli füüsikaauhind kuulutatakse välja teisipäeval ja päev hiljem keemiaauhind.

Andurid

Auhinna on pälvinud Julius ja Patapoutian temperatuuri ja puudutuse retseptorite avastamise eest . Lihtsamalt öeldes avastasid nad inimkeha molekulaarsed andurid, mis on tundlikud kuumuse ja mehaanilise rõhu suhtes ning tekitavad kuuma või külma tunde või terava eseme puudutamise meie nahal.

Kunstlikud andurid on tänapäeva maailmas tuttavad. Termomeeter on väga levinud temperatuuriandur. Ruumis ei suudaks laud või voodi temperatuurimuutusi tajuda isegi siis, kui need on kuumaga kokku puutunud, küll aga termomeeter. Samamoodi ei tunne inimkehas kõik molekulid soojust, kui nad sellega kokku puutuvad. Seda teevad ainult väga spetsiifilised valgud ja nende ülesanne on see signaal närvisüsteemile edastada, mis seejärel käivitab sobiva vastuse. Teadlased teadsid, et sellised andurid peavad olemas olema, kuid ei suutnud neid tuvastada enne, kui Julius avastas esimese soojusretseptori.

See oli väga fundamentaalne avastus. Julius tuvastas soojuse retseptori 1990. aastate lõpus sadade geenide väga tüütu kontrollimise teel nende temperatuuritundlikkuse osas. Tänapäeval on meil väga tõhusad arvutid ja mudelid, mis võivad tööd vähendada ja protsessi kiirendada, kuid tol ajal oli vaja palju põhjalikku uurimistööd. See esimene avastus viis mitmete teiste retseptorite tuvastamiseni. Nii nagu on kuumuse suhtes tundlikke retseptoreid, on ka teisi, mis tajuvad külma. Ja teised, kes tunnevad survet. Nüüd teame neist mitmeid, ütles Manesari riikliku ajuuuringute keskuse neuroteadlane Dipanjan Roy.

Mehhanism

Inimese võime tajuda soojust või külma ja rõhku ei erine kuigivõrd paljude meile tuttavate detektorite tööst. Näiteks suitsuandur saadab häire, kui tunneb suitsu üle teatud läve. Samamoodi, kui midagi kuuma või külma puudutab keha, võimaldavad soojusretseptorid teatud spetsiifiliste kemikaalide, näiteks kaltsiumiioonide, läbipääsu närvirakkude membraanist. See on nagu värav, mis avaneb väga konkreetse palve peale. Kemikaalide sattumine rakku põhjustab väikese elektripinge muutuse, mille närvisüsteem üles korjab.

On terve hulk retseptoreid, mis on tundlikud erinevatele temperatuurivahemikele. Kui soojust on rohkem, avaneb ioonide voolu võimaldamiseks rohkem kanaleid ja aju suudab tajuda kõrgemat temperatuuri. Sarnased asjad juhtuvad siis, kui puudutame midagi äärmiselt külma, ütles Pune'is asuva India teadushariduse ja uurimistöö instituudi neuroteadlane Aurnab Ghose.

Ghose ütles, et need retseptorid olid tundlikud mitte ainult välise puudutuse suhtes, vaid suudavad tuvastada ka temperatuuri või rõhu muutusi keha sees.

Nobel füsioloogia või meditsiini eest

Näiteks kui meie kehatemperatuur kaldub optimaalsest tasemest kõrvale, tekib reaktsioon. Keha teeb jõupingutusi optimaalse ehk tuuma temperatuuri taastamiseks. See juhtub ainult seetõttu, et soojusretseptorid tunnevad temperatuuri muutust ja närvisüsteem püüab seda taastada, ütles ta.

Kuid see pole veel kõik. Näiteks kui meie kusepõis on täis, siis rõhk põies suureneb. Seda rõhumuutust tajuvad rõhuretseptorid ja see edastatakse närvisüsteemile, mis tekitab soovi ennast leevendada. Ghose ütles, et vererõhu muutusi tajutakse sarnaselt ja algatatakse parandusmeetmeid... Sellepärast on nende retseptorite avastused meie keha toimimise mõistmisel nii olulised.

Terapeutilised tagajärjed

Läbimurded füsioloogias on sageli kaasa toonud haiguste ja häiretega võitlemise võime paranemise. See ei erine. Nagu kognitiivse neuroteaduse doktor Sneha Shashidhara märkis, avab nende retseptorite tuvastamine võimaluse nende toimimist reguleerida. Näiteks on retseptoreid, mis panevad meid tundma valu. Kui neid retseptoreid saab alla suruda või vähem tõhusaks muuta, tundis inimene vähem valu.

Krooniline valu on olemas mitmete haiguste ja häirete korral. Varem oli valu kogemine mõistatus. Kuid kuna me mõistame neid retseptoreid üha enam, on võimalik, et saame võime neid reguleerida nii, et valu oleks minimaalne, ütles ta.

Ghose ütles, et tegelikult olid selle valdkonna uuringud juba käimas. Võimalik, et järgmise põlvkonna valuvaigistid töötaksid sel viisil, ütles ta ja lisas, et sellel on ka mitmeid muid terapeutilisi mõjusid, sealhulgas sekkumisi, mis võivad olla kasulikud selliste haiguste nagu vähi või diabeedi ravis.

Infoleht| Klõpsake, et saada oma postkasti päeva parimad selgitused

Jagage Oma Sõpradega: