Miért csípi a bőrt a chili? Az érzékeléssel kapcsolatos felfedezésekért adták az idei orvosi Nobelt

Két kutató megosztva kapta meg 2021 első kiosztott Nobel-díját: az amerikai David Julius és a szintén az Egyesült Államokban élő, de libanoni születésű Ardem Patapoutian kapta az idei orvosi-élettani Nobel-díjat – jelentették be hétfőn a stockholmi Karolinska Intézetben. Mindketten a bőrérzékelés különböző aspektusaival foglalkoznak. A kutatók az érzékelés, hő- és hidegérzet, az érintés érzékelésének működési mechanizmusait kutatják, a bőrérzetek kialakulásának molekuláris alapjait illetően hoztak alapvető felfedezéseket.

A két kutató a bőrérzékelés különböző aspektusaival foglalkozik: David Julius kísérleteiben a chili és a csípőspaprika hatóanyagát, a kapszaicint használva azonosított a bőr idegvégződéseiben egy új szenzort, ami felelős a csípősségérzet közvetítéséért. Ardem Patapoutian pedig a bőrt és a belső szerveket érő nyomás érzékelésével kapcsolatban fedezett fel egy korábban nem ismert, új szenzorcsoportot.

„Ezek az alapvető felfedezések olyan intenzív kutatásokat eredményeztek, melyek révén gyorsan nőttek az ismereteink arról, hogy miként érzékeli az idegrendszerünk a hőt, a hideget és a mechanikus ingereket. A díjazottak kulcsfontosságú, korábban hiányzó láncszemeket azonosítottak az érzékeink és a környezetünk közötti komplex viszonyrendszerben, és feltárták a természet egyik titkát”

– emelte ki a Nobel-bizottság.

A fájdalom, a hideg, a meleg, a külső nyomás érzékelése amennyire természetes és ösztönösen működik minden pillanatunkban, annyira összetett mechanizmusokon alapszik, amelyeknek a működését egyes részleteiben a közelmúltig még csak meglehetősen elnagyoltan értette a tudomány is. Elsősorban a molekuláris biológiai szinten zajló folyamatok voltak homályosak, pedig az érzékelésnek ezek az aspektusai természetesen a túlélésnek is alapvető feltételei: ha nem érzékeljük a környezeti tényezőket, az rövid távon is életveszélyes lehet.

A chili forró, a mentol hideg, az idegeim érzékenyek

Azt, hogy az érzékelhető külső ingereket specializált idegsejtek fogják fel és közvetítik, a 19. század óta ismert, majd az elektronmikroszkóp feltalálásával sikerült erről részletesebb képet alkotni. Az azonban sokáig megoldatlan maradt, hogy az érzékelt hő- és nyomásingerekből hogyan lesznek az idegrendszerben elektromos impulzusok.

Ebben sikerült előlépnie a kilencvenes években a San Francisco-i University of Californián Davis Julius csapatának. Előbb azonosítottak egyetlen gént, amik a csípősségérzetet közvetítő idegsejtet érzékennyé teszik a chiliben lévő kapszaicinre, majd újabb kísérletekkel megtalálták a később TRPV1-nek elnevezett kapszaicinreceptort is. Mint kiderült, ez a fehérje valójában egy hőérzékelő receptor, ami „bejelez”, ha a bőr az emberi szervezet számára már fájdalmas hőre – vagyis a chili a bőrben lévő neuronok számára szó szerint „hot”, akárcsak a forró víz.

Ez megnyitotta az utat az újabb hőreceptorok felfedezése előtt: David Juliusnak és a másik mostani díjazott Ardem Patapoutiannak egymástól függetlenül sikerült mentol segítségével azonosítania egy TRPM8 nevű hidegreceptort (a mentol tehát molekuláris biológiai értelemben is hűsít). Később egérkísérletek segítségével (a kísérleti egerekben blokkolták ezeket a hőérzetért felelős géneket) pontosították, hogy a hőmérséklet hogyan hoz létre elektromos jeleket az idegrendszerben.

A hőreceptorok működése után a nyomásingerrel kapcsolatos mechanizmusokban sikerült áttörést elérni. Ez az, ami elsősorban a (szintén kaliforniai) Scripps Researchben kutató Ardem Patapoutian területe: ő a munkatársaival mikropipettával ingerelt egy nyomásérzékeny, a nyomásra elektromos jeleket kibocsátó sejtvonalat, majd a hőérzettel kapcsolatos kutatásokhoz hasonlóan megtalálták a jelenségért felelős géneket, a görög nyomás szóról Piezo1 és Piezo2-re keresztelt ioncsatornákat, melyeket a sejtmembránra kifejtett nyomás aktivál.

Ahogy a felfedezett receptorok nélkül nem éreznénk a chili csípősségét és a forró folyadék kiváltotta fájdalmat, ezek nélkül nem éreznénk az érintést, de a testrészeink helyzetét és mozgását sem.

A fájdalomcsillapítás új módjai

Bár Patapoutian és Julius is az idegrendszer jeleinek idegsejtekben történő kialakulásában értek el komoly áttörést, alapkutatási eredményüknek az alkalmazott kutatásokban is komoly hatása van. Itt leginkább a gyógyszerfejlesztést említik, de akár a virtuális valóság technikai fejlesztései szempontjából is érdekes lehet az érzékelés folyamatának pontosabb molekuláris biológiai ismerete. A most díjazott kutatási eredményeken alapuló újabb kutatások egy sor újabb részletet fedtek fel az idegrendszer működéséből, a krónikus fájdalom csillapítására új gyógyszereket fejlesztettek ki és szabadalmaztattak.

A Nobel-díjat odaítélő bizottságnak nem volt egyszerű kapcsolatba lépni az idei orvosi-élettani díjat elnyerő tudósokkal, csak rokonok segítségével tudták elérni David Juliust és Ardem Patapoutiant, hogy telefonon közöljék velük: „mostantól tekintsenek magukra Nobel-díjasként”. Mint a Nobel-bizottság titkára a sajtótájékoztatón mondta, érthető módon mindketten rendkívül meglepődtek a döntés hallatán, „kicsit talán sokkolta is őket a hír”.

Karikó Katalin szerdán is esélyes

Előzetesen a 2021-es orvosi Nobel-díj esélyeseként emlegették a magyar Karikó Katalint és korábbi kutatótársát, az amerikai Drew Weissmant is. Az új típusú, mRNS-en alapuló orvosi terápiáknak és a koronavírus elleni új típusú vakcina kifejlesztésének is az ő kutatásaik ágyaztak meg, a Pfizer és a Moderna is ezt használja. A Nobel-bizottság hagyományosan konzervatív, korábbi, többszörösen bizonyított tudományos felfedezéseket szívesebben szoktak díjazni, mint ennyire újakat, de most sokan azt várták, hogy a globális pandémia elleni legfontosabb tudományos eredmény kedvéért kivételt tesznek, és máris Nobellel jutalmazzák Karikó Katalinékat. Erre most hétfőn nem került sort, hiszen 2021 orvosi Nobel-díját ugyan szintén molekuláris biológiai felfedezésekért osztották ki, de azt nem Karikóék kapták.

Arra, hogy nem akarták-e inkább a vakcinafejlesztéssel kapcsolatban odaadni az orvosi Nobel-díjat, a Nobel-díj átadása utáni sajtótájékoztatón is rákérdeztek a nemzetközi hírügynökségek Stockholmban. A jelöltek személyéről és a döntéselőkészítő vitákról persze a Nobel-bizottság soha nem szokott kifelé kommunikálni, így érdemi válasz helyett most is csak ennyivel kellett beérni válaszként:

„Mi csak a jelölésekből tudunk dolgozni. A nagy orvosi tudományos áttörések természetesen eljutnak hozzánk, de erről semmi konkrétabbat nem tudok mondani”

– fogalmazott a bizottság titkára.