Deník N – rozumět lépe světu

Deník N

Nobelovu cenu za medicínu získali objevitelé receptorů pro teplotu a dotek

David Julius a Ardem Patapoutian. Obr.: Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach
David Julius a Ardem Patapoutian. Obr.: Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach

Dneškem začíná každoroční týden Nobelových cen. Pondělí tradičně náleží fyziologii a lékařství. Tuto cenu získali David Julius a Ardem Patapoutian za objasnění mechanismu, jímž lidé vnímají teplo, chlad a doteky.

Oba ocenění vědci jsou Američané. David Julius (narozen 1955) je fyziolog, který momentálně působí na Kalifornské univerzitě v San Francisku. Ardem Patapoutian (ročník 1967) je molekulární biolog a neurovědec, který pracuje ve výzkumné organizaci Scripps Research, rovněž v Kalifornii. Každý z nich přispěl významným dílem k vyřešení zdánlivě prosté, ve skutečnosti však komplikované otázky: jak je to vlastně zařízeno, že lidé jasně vnímají teplo, chlad, jak funguje hmat, jak poznáme bolest.

Mnozí očekávali, že letošní Nobelova cena za lékařství bude nějak spojena s objevem a vývojem vakcín proti SARS-CoV-2. Je ovšem známo, že Nobelův výbor se staví velmi opatrně k oceňování žhavých novinek a že silně upřednostňuje základní výzkum před aplikovaným. Z tohoto pohledu není letošní rozhodnutí zas tak překvapivé. Tím spíš, že v případě obou oceněných jde o prvotřídní vědecké výsledky, jež mohou svou užitečnost například pro vývoj nových léků ještě prokázat v budoucnu.

Pálivé papričky a iontový kanál

Náš nervový systém si předává informace – vzruchy – ve formě elektrických impulzů, čímž se vlastně příliš nelišíme od počítačů. To znamená, že každý vnější podnět, jenž má doputovat do mozku, si tělo musí nějakým způsobem převést na elektrický signál. Přesnou povahu tohoto převodu je zapotřebí odhalit pro každý typ vnějšího podnětu zvlášť.

David Julius a jeho tým objevili mechanismus vnímání tepla při studiu látky, jejíž jméno dobře znají nejen chemici a lékaři, ale také zájemci o drastičtější druhy koření. Jmenuje se kapsaicin. Je to alkaloid, který odpovídá za pálivou chuť chilli papriček.

Kapsaicin se zkoumá už dlouho. V čisté podobě byl z paprik izolován poprvé roku 1816, synteticky připraven roku 1930. Má četná využití v lékařství a farmacii od analgetik po léčbu hadích uštknutí.

Slovní obrat, že papriky pálí, není náhodný (a neomezuje se na češtinu) – pocit, který vyvolávají na sliznici jazyka nebo třeba v očích, je opravdu totožný s působením horka. Intenzivní pocit horka, který můžeme mít po pálivém jídle, je nicméně iluzí, tělesná teplota nám nevzroste, přestože se tak cítíme.

Juliův tým zkoumal mechanismus jejich působení a objevil chemickou cestu, tzv. iontový kanál TRPV1, který se aktivuje v přítomnosti horka – anebo kapsaicinu. Pojmem „iontový kanál“ označují biologové chemickou látku, téměř vždy bílkovinu, která umožňuje průchod iontů do buňky nebo ven z ní. Ionty jsou (v tomto případě) atomy (nejčasněji sodíku, vápníku a draslíku), které přišly o jeden nebo několik elektronů a tím pádem nesou elektrický náboj. Když se díky otevření kanálu v buňce hromadí, nebo ji naopak hromadně opouštějí, vznikne v ní elektrická nerovnováha. A ta se stane zdrojem signálu, jenž se pak šíří nervovými vlákny.

Buňky pod tlakem

Ardem Patapoutian se zabýval buňkami, o nichž je známo, že jsou citlivé na tlak, a tím pádem hrají významnou roli v mechanismu hmatu. Jak to dělají? Patapoutianův tým takové buňky izoloval a pak sledoval, co se děje s jejich vnitřní chemií, když je buňka vystavena mechanickému podnětu (jednodušeji řečeno: když se do ní šťouchá přiměřeně malým hrotem). Našli přitom dva geny, které za zpracování mechanického podnětu skutečně odpovídají: když je „vypnuli“, buňka přestala podněty vnímat. Každý z těchto genů řídí iontový kanál, který – je-li k dispozici – převádí tlakový signál na elektrochemický. Objevené geny dostaly název Piezo1 a Piezo2, podle řeckého názvu pro tlak (piezein – tlačit).

Technikům to jistě připomene piezoelektrický jev, který spočívá v tom, že krystal vhodné látky – nejčastěji křišťálu – po stlačení generuje elektrické napětí. To má řadu praktických aplikací od zapalovačů po inkoustové tiskárny. Analogie je zřejmá: v obou případech jde o převod změn tlaku na změny elektrického napětí.

Na využití jistě dojde

Oba oceněné objevy spolu úzce souvisejí. Odhaleným mechanismem je v obou případech iontový kanál, potenciální praktické využití v obou případech souvisí s řízením základních tělesných funkcí, jimiž organismus reaguje na podněty. Patří k nim tělesná teplota, krevní tlak, pocení a zejména vnímání bolesti. Tyto reakce na podněty může být někdy vhodné tlumit (nebo, méně často, zesilovat). Objevy letošních nobelistů k tomu otevřely cestu.

Patapoutian a Julius si rozdělí napůl deset milionů švédských korun, tedy asi dvacet pět milionů korun. Na světě jsou i lépe dotované vědecké ceny, žádné se však té Nobelově nevyrovná prestiží. Letošní ocenění za fyziologii a medicínu k tomu opět přispělo, oba vědci patří do hvězdné společnosti nobelistů plným právem.

O co stručně jde: Letošní Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství získali američtí vědci David Julius a Ardem Patapoutian. Nezávisle na sobě objasnili detaily toho, jakým způsobem vnímáme teplo, chlad a dotek.

Proč je to důležité: Vnější podněty vnímáme podle toho, jak je zpracuje mozek. Porozumět signálům, jimiž se podněty do mozku dostávají, otevírá možnost jejich ovlivňování. To jednou snad půjde využít například pro mimořádně účinné tlumení bolesti.

Pokud máte připomínku nebo jste našli chybu, napište na editori@denikn.cz.

Nobelova cena

Věda

V tomto okamžiku nejčtenější