Сбылись ли пророчества?
Имена лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине стали известны сегодня во время прямой трансляции на канале «Наука». Собеседник Алексея Семихатова — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института биоорганической химии РАН, сооснователь и главный редактор проекта «Биомолекула» Антон Чугунов — прокомментировал это событие в режиме реального времени.
«Мне очень приятно услышать эти результаты, — сказал эксперт, — потому что я знаком с этими рецепторами, работаю с ними, изучаю. Интересно, что Clarivate Analytics (компания, которая ежегодно пытается предсказывать результаты Нобелевской премии, составляя список самых цитируемых ученых. — Прим. ред.) хотя и не угадала в очередной раз, но все-таки первый кандидат тоже был рецепторный
Стало быть, вопрос рецепторов привлекает довольно большое внимание»
Чугунов отметил, что и другой эксперт, мнение которого мы публиковали недавно в обзоре «Кто получит Нобелевскую премию — 2021?», тоже почти угадал — правда, он говорил о практическом применении открытых рецепторов. «В материале сайта канала «Наука» я увидел, что научный журналист Алексей Паевский высказал одно из предположений о том, что Нобелевскую премию должны дать за оптогенетику. И как раз с рецептором ТRP, который открыл Джулиус, связана другая область, которую разрабатывают в нашем институте, — она называется «термогенетика». Ее разрабатывает Всеволод Белоусов (я уверен, что ему сегодня много раз позвонят), он работает с этим самым рецептором ТRP: встраивает его в те нейроны, в которых его нет. Зачем? Чтобы можно было их активировать температурой, в том числе с медицинскими целями.
Есть способы нагревать очень прицельно отдельные участки внутри тела — микроволнами, или ультразвуком, или еще чем-нибудь. И тогда можно заставить работать некоторые нейронные контуры, которые функционируют не так, как нужно. В перспективе это поможет в лечении разных неврологических заболеваний, до которых сейчас не добраться. Потому что, чтобы до них добраться, надо что-то сделать с нейронами, которые у нас спрятаны где-то в мозгах или глубоко внутри тела. При помощи генетических технологий можно эти рецепторы доставить в эти нейроны, а при помощи физических технологий заставить их работать так и тогда, как нам нужно, и разработать новый протокол лечения. Так что фундаментальные изучения рецепторов обязательно находят или найдут в будущем практические применения».
Чугунов отметил, что изучение рецепторов, представляющих собой в большинстве случаев мембранный белок, стало возможным только в новейшее время — в связи с развитием технологий. «Мы существа многоклеточные, у нас 100 трлн клеток (грубо говоря), и в каждой клетке есть обязательно мембрана, то есть это то, куда она заключена, — объяснил эксперт. — В этой мембране находятся рецепторы, которые отвечают за все межклеточные коммуникации. В том числе за все чувства, которые у нас есть. Размеры белка очень маленькие — это 5–10 нанометров, его невозможно увидеть глазом и даже в микроскоп. В микроскоп мы можем увидеть 200 нанометров в лучшем случае, а молекула — в 10–20 раз меньше.
Поэтому, чтобы его изучать, потребовались очень сложные современные технологии, которые появились только в последние несколько десятков лет: это и рентгеноструктурный анализ, и ядерный магнитный резонанс, и криоэлектронная микроскопия… Все эти методики позволили изучить эти рецепторы, и благодаря им в том числе были сделаны эти достижения, которые сегодня отметил Нобелевский комитет. Также понадобилось компьютерное моделирование — пусть оно не изучает молекулы напрямую, но зато позволяет моделировать то, что не будет доступно экспериментальным методом, скорее всего, никогда».
Напоминаем, что завтра состоится объявление лауреатов по физике. Смотрите прямую трансляцию на канале «Наука» в 12:25!
Теперь подробнее
В знаменитом фильме 1990 года «Человек тьмы» в лаборатории главного героя — доктора Пейтона Уэстлейка устраивают взрыв. С жуткими ожогами его доставляют в больницу, где в качестве одной из лечебных мер перерезают спиноталамический путь. Уэстлейк перестаёт чувствовать боль, и когда после выписки он пытается восстановить свою лабораторию и отомстить обидчикам, с ним происходит удивительное событие. Случайно поднеся руку с размотавшимся бинтом к свече, Уэстлейк не замечает, как он загорается. Из-за отсутствия болевых и температурных ощущений, он обнаруживает, что вся его рука в огне, лишь посмотрев на неё, после чего быстро тушит пламя.
Когда люди теряют зрение, то им приходится крайне сложно, однако возможность жить с этим дефектом всё же есть. А вот утратив чувство тепла, холода, тактильную и проприоцептивную чувствительность (ощущение положения и движения своего тела, мышечных усилий) мы рискуем быстро погибнуть — замёрзнув, перегревшись или от неспособности передвигаться и дышать.
Вместо заключения
Откровенно говоря, Нобелевская премия в области физиологии или медицины удивляет уже который год. Того, что она будет вручена за открытие молекулярных механизмов температурной, тактильной и проприорецепции — не ожидал никто. Однако исследования Джулиуса и Патапутяна фундаментальны во всех смыслах слова
Они раскрывают секреты, с одной стороны, самой важной части человеческого восприятия — связанного с эмоциями, нежностью, любовью и сексом, а с другой — показывают источник многих мучений и проблем. Ведь работы лауреатов 2021 года использовались и для разработки лекарств от хронических болей и многих других тяжёлых, ухудшающих качество жизни заболеваний.IQ
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
Метки
Рассеянный склерозантителаартериальное давлениевирусгормоныгрыжа животастоматологияСПИДМатеринство и ДетствоинфекцииСевастополькрасотавыставкаРАСстатистикаэкспресс-тестмолодостьпанкреатитмеждународный деньбольницыдетская поликлиниказожрейтингмозгкардиологиядень здоровьялечениеискуствоаллергиясердцеанализыбиполярное расстройствосиндром Даунапаллиативная помощьиммунитетБАДыконъюнктивитгриппедаМатеринствоПЦРдиагностикаракпроктологмедицинаПитаниевитаминыМетеочувствительностьакушерствобесплатноСпортангелыэволюцияморозс бодрым утромздоровьеСонхолестеринногтизарядкапрививкапольза и вредбактериильготыВИЧкоронавирусдиабетлекарстватуберкулезИФАлорженское здоровьезрениепрофилактикаострый перецмаслодетипереохлаждениеГипертонияморщинымолокоаминокислотыстрессCOVID-19мужское здоровьемужчинышкольникиздоровое питаниеБеременностьхосписвакцинацияпогодабессонницаожирениеаутизмковидсолнечные детиортопедияпротезированиеонкология
Ардем Патапутян — биография Википедия фото
Ардем Патапутян (англ. Ardem Patapoutian, арм. Արտեմ Փաթափության; род. 1967, Бейрут, Ливан) — американский молекулярный биолог и нейробиолог армянского происхождения. Работает в Медицинском институте Говарда Хьюза (англ.)русск. (HHMI). Лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине (2021).
Из армянской семьи, учился в Американском университете Бейрута. В 1986 году эмигрировал в США. Окончил Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе, в 1990 году получил степень бакалавра в области цитологии и биологии развития, а в 1996 году — степень доктора философии в Калифорнийском технологическом институте. Будучи аспирантом, Патапутян работал с Луи Райхардтом в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. В 2000 году он стал доцентом в Научно-исследовательском институте Скриппса. В период с 2000 по 2014 год он дополнительно работал в Исследовательском фонде Novartis. С 2014 года Патапутян работает исследователем в Медицинском институте Говарда Хьюза (HHMI).
Патапутян изучает передачу сигнала. Он внес значительный вклад в идентификацию новых ионных каналов и рецепторов, которые активируются температурой, механической энергией или увеличением объёма клетки. Патапутян и его коллеги смогли показать, что эти ионные каналы играют выдающуюся роль в ощущении температуры, в ощущении прикосновения, в проприоцепции, в ощущении боли и в регуляции сосудистого тонуса. В более поздних работах используются методы функциональной геномики для идентификации и характеристики механочувствительных ионных каналов (механотрансдукция).
Согласно Google Scholar, у Патапутяна индекс Хирша 68, согласно Scopus — 63 (по состоянию на май 2020 года). Он является членом Американской ассоциации содействия развитию науки с 2016 года, членом Национальной академии наук с 2017 года и Американской академии искусств и наук с 2020 года. В 2017 году Патапутян получил премию У. Олдена Спенсера, в 2019 году — премию Розенстила, в 2020 году — премию Кавли в области нейробиологии и премию BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award в области биомедицины.
В 2021 году Патапутян стал лауреатом Нобелевской премии по физиологии или медицине вместе с Дэвидом Джулиусом.
Дырка для ионов
«Это очень важные открытия, — комментирует член-корреспондент РАН, руководитель лаборатории Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН Павел Балабан. — В частности, пьезорецепторы участвуют во многих жизненно важных физиологических процессах. Это древние и очень консервативные механизмы. Они существуют даже у растений, которым была посвящена недавняя статья Ардема Патапутяна. Ученые определили структуру ионных каналов и как они работают. По сути ионный канал — это часть мембранного рецептора, это некая дыра, через которую проходят различные ионы. Как правило, эта дыра закрыта, но при определенном воздействии, например давлении, пространственная структура рецепторов меняется, и канал открывается. В него проникают ионы, меняющие потенциал нервного окончания, возникает импульс, идущий в соответствующий отдел мозга. Ионный канал обычно состоит из четырех белковых молекул, которые соединяются в кольцо, они сидят в мембране, выпуская концы наружу и внутрь. В зависимости от того, какие молекулы соединились, они пропускают определенный ион». От типа воздействия на организм активируются различные соединения молекул.
«По сути ионный канал — это часть мембранного рецептора, это некая дыра, через которую проходят различные ионы. Как правило, эта дыра закрыта, но при определенном воздействии, например давлении, пространственная структура рецепторов меняется, и канал открывается»
По словам Павла Балабана, эти открытия действительно прорывные, поскольку дают не только фундаментальное понимание работы нервной системы, но и определенные мишени для практического воздействия. Практически при любой патологии реагируют рецепторы, управляющие ионными каналами. Знание мишеней — это потенциальная возможность управления каналами. К примеру, известно, что в эпилептическом очаге температура как минимум на один градус выше. Можно подавлять активность генов, включая торможение эпилептического припадка. Во многих лабораториях ведутся исследования, как можно использовать знания об открытых рецепторах для создания, например, новых анальгетиков и других лекарственных средств, а также методов воздействия на механизмы нервной системы, связанные со многими физиологическими функциями.
С чувством жжения
Мы воспринимаем эти ощущения как должное, потому что чувствуем их каждую секунду, держим ли мы в руках чашку горячего кофе или идем босиком по траве, случайно прикасаемся к плите или увязаем в холодном сугробе, просто прикасаемся кончиками пальцев к щеке ребенка или к клавиатуре компьютера, чувствуем внезапную головную боль. Во второй половине 1990-х годов Дэвид Джулиус анализировал, как химическое вещество капсаицин, известный нам по жгучему перцу чили, вызывает чувство жжения, жара и боли. Джулиус с коллегами стали шерстить библиотеку генов, кодирующих нейроны, чтобы затем обнаружить белок, реагирующий на капсаицин. После кропотливых поисков такой ген был идентифицирован. Дальнейшие исследования показали, что этот ген кодирует белок ионного канала. Он был назван TRPV1. Было показано, что этот рецептор чувствителен к теплу капсаицина и воспринимается как болезненное жжение. Открытие Джулиусом TRPV1 стало прорывом, позволившим узнать, как разница температур может вызывать электрические сигналы в нервной системе. В его лаборатории были открыты и другие рецепторы семейства TRP, в частности так называемый ментоловый рецептор — TRPM8. Считается, что он реагирует не только на холод вещества из листьев перечной мяты, но и на холодный воздух.
Во второй половине 1990-х годов Дэвид Джулиус анализировал, как химическое вещество капсаицин, известный нам по жгучему перцу чили, вызывает чувство жжения, жара и боли
Ардем Патапутян сделал свои открытия сравнительно недавно, в 2010 году. Он искал те датчики, которые активируются в ответ на механические раздражения. Патапутян и его команда изучали клетки, в которых измерялся электрический сигнал в ответ на протыкание этих клеток микропипеткой. Ученые предполагали, что рецептор, управляющий процессом, представляет собой ионный канал клеточной мембраны. Им удалось идентифицировать ген, «молчание» которого делало клетки нечувствительными к прикосновению пипетки. Новый механочувствительный канал получил название PIEZO1 (от греч. piezō — давлю). Позже был открыт и схожий с первым канал PIEZO2. Эксперименты подтверждали, что оба канала активируются в результате давления на клеточные мембраны. Дальнейшие исследования показали, что PIEZO2 играет критическую роль в восприятии положения тела. Любое движение, простая ходьба инициируют сплошной поток сенсорной информации для координации и управления конечностями и всего тела даже с закрытыми глазами и в темноте. Выяснилось также, что оба канала важны для многих других физиологических процессов, включая артериальное давление и контроль дыхания.
Любое движение, простая ходьба инициируют сплошной поток сенсорной информации для координации и управления конечностями и всего тела даже с закрытыми глазами и в темноте. Выяснилось также, что оба канала важны для многих других физиологических процессов, включая артериальное давление и контроль дыхания
nobelprize.org
От наших чувств к рецепторам
Когда мы идем босиком по росе, то ощущаем одновременно тепло солнца, дыхание ветра, чувствуем текстуру травы, ее температуру и влажность. Когда залезаем в ванную с температурой выше 43 °C, то тут же выскакиваем из воды — горячо! От леденца с ментолом во рту становится холодно, а еда с перцем всегда согревает. Почему так происходит? Каким образом наш организм реагирует на окружающую среду? Это одна из великих загадок, с которой сталкивается человечество, отмечается в пресс-релизе Нобелевского комитета.
Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян проводили свои исследования в США независимо друг от друга и ответ искали в области молекулярной биологии. Джулиус из Калифорнийского университета сосредоточился на реакции человеческих клеток на температуру и после продолжительных экспериментов с острым перцем чили (а точнее, веществом капсаицин) отыскал в мембране клеток человека своеобразный «датчик тепла» — рецептор TRPV1, особый чувствительный белок, который похожим образом реагирует на повышенную температуру и жгучий вкус. В опытах было установлено, что мыши-мутанты с дефицитом TRPV1 меньше реагируют на горячее и, кроме того, у них снижена способность воспринимать боль, вызванную воспалениями и онкологическими болезнями.
Дэвид Джулиус посвятил около 20 лет жизни изучению этих рецепторов: исследовал их механизмы, трехмерное устройство, определил 3D-структуру и указал на применение. Сегодня рецептор TRPV1 — один из самых знаменитых в этой области. Он сам и связанные с ним ионные каналы уже сегодня могут служить в медицине: они являются целями для разработки новых обезболивающих препаратов.
Другой нобелевский лауреат — уроженец Ливана армянского происхождения Ардем Патапутян, который много лет работает в Калифорнии в Институте Скриппса, — исследовал рецепторы осязания. Он и его команда провели долгие поиски и отсмотрели большой список генов-кандидатов, ответственных за механическое воздействие, прежде чем смогли идентифицировать единственный ген, чье подавление сделало клетки нечувствительными к прикосновениям. Так был открыт новый и совершенно неизвестный механочувствительный ионный канал, получивший название Piezo1 (от греческого слова, обозначающего давление). Благодаря сходству с Piezo1 был открыт второй ген, названный Piezo2.
Позже выяснилось, что Piezo2 играет также ключевую роль в критически важном восприятии положения и движения тела. Оба открытых канала Piezo регулируют такие важные физиологические процессы, как артериальное давление, дыхание и контроль мочевого пузыря. Впоследствии независимо друг от друга Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян использовали ментол для идентификации TRPM8 — рецептора, который, как было доказано, активируется холодом
Проще говоря, они нашли ответ на вопрос, почему мятные конфетки имеют прохладный вкус
Впоследствии независимо друг от друга Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян использовали ментол для идентификации TRPM8 — рецептора, который, как было доказано, активируется холодом. Проще говоря, они нашли ответ на вопрос, почему мятные конфетки имеют прохладный вкус.
В целом революционные открытия рецепторов TRPV1, TRPM8 и каналов Piezo позволили нам понять, как тепло, холод и механическая сила рождают нервные импульсы, через которые человек имеет возможность воспринимать окружающий мир и адаптироваться к нему. Эти знания станут фундаментом для разработки новых методов лечения широкого спектра заболеваний. В том числе это может помочь людям с редкой мутацией, которые не ощущают боль и не реагируют на температуру.
Победу Дэвида Джулиуса и Ардема Патапутяна можно было предугадать, так как в 2020 году они получили еще одну авторитетную награду — премию Кавли, которую часто называют «преднобелевской премией».
Новости Севастополя
-
В Севастополе одобрили концепцию второй очереди парка Победы
-
На какие суммы предлагают штрафовать в Севастополе за недопуск в укрытия
-
Власти Севастополя предупреждают горожан о лжеработниках городских служб
-
Подпольные игровые клубы в Севастополе обыграли горожан на 63 млн рублей
-
У севастопольского пляжа Инжир горит лес
-
На проспекте Октябрьской Революции в Севастополе станет теснее
-
В Севастополе медикам и раненым бойцам вручили ордена и медали
-
В Севастополе представили проект обновления главной набережной
-
ДИЗО Севастополя судится с застройщиком из-за арендной платы — пока себе в минус
-
В телефоне севастопольского пенсионера нашли огромный архив детского порно
Метки
Рассеянный склероз
антитела
артериальное давление
вирус
гормоны
грыжа живота
стоматология
СПИД
Материнство и Детство
инфекции
Севастополь
красота
выставка
РАС
статистика
экспресс-тест
молодость
панкреатит
международный день
больницы
детская поликлиника
зож
рейтинг
мозг
кардиология
день здоровья
лечение
искуство
аллергия
сердце
анализы
биполярное расстройство
синдром Дауна
паллиативная помощь
иммунитет
БАДы
конъюнктивит
грипп
еда
Материнство
ПЦР
диагностика
рак
проктолог
медицина
Питание
витамины
Метеочувствительность
акушерство
бесплатно
Спорт
ангелы
эволюция
мороз
с бодрым утром
здоровье
Сон
холестерин
ногти
зарядка
прививка
польза и вред
бактерии
льготы
ВИЧ
коронавирус
диабет
лекарства
туберкулез
ИФА
лор
женское здоровье
зрение
профилактика
острый перец
масло
дети
переохлаждение
Гипертония
морщины
молоко
аминокислоты
стресс
COVID-19
мужское здоровье
мужчины
школьники
здоровое питание
Беременность
хоспис
вакцинация
погода
бессонница
ожирение
аутизм
ковид
солнечные дети
ортопедия
протезирование
онкология
Горячая наука
Во второй половине 1990-х в Университете Калифорнии в Сан-Франциско Дэвид Джулиус увидел огромные перспективы в применении алкалоида капсаицина в исследованиях того, как возникает чувство жжения. Что послужило тому причиной — жаркое калифорнийское солнце, изрядно напёкшее голову учёному на местных пляжах, или обилие мексиканских закусочных и индийских ресторанов вокруг кампуса, где неизменно все блюда были приправлены большой дозой острейшего перца чили, — науке осталось неизвестно.
В то время уже было установлено, что капсаицин возбуждает нервные клетки через болевые ощущения, но вот как именно — пока оставалось неясным. Как известно, любой процесс в клетке реализуется за счёт каких-либо белков. Чтобы произвести эти белки, определённые гены должны активироваться — с них будет считана матричная РНК, а на её основе в рибосомах из аминокислот уже будут собраны необходимые белковые макромолекулы.