Diterangkan: Nobel untuk menguraikan sains sentuhan

David Julius dan Ardem Patapoutian mengenal pasti mekanisme di mana pengesan sentuhan berkomunikasi dengan sistem saraf. Apakah implikasi penyelidikan mereka untuk perubatan?

Saintis Amerika David Julius (Kiri) dan Ardem Patapoutian.

Lima deria yang melaluinya manusia melihat dan mengalami dunia di sekelilingnya diketahui umum. Mekanisme dalaman di dalam tubuh manusia yang melaluinya kita menyedari, dan bertindak balas terhadap cahaya, bunyi, bau dan rasa telah difahami dengan baik selama beberapa dekad. Pemahaman tentang cara kita merasakan melalui sentuhan - persepsi panas atau sejuk, perahan atau ketegangan atau rasa sakit fizikal - telah lama dielakkan saintis.

Sehingga David Julius dan Ardem Patapoutian, bekerja secara bebas di Amerika Syarikat, membuat beberapa siri penemuan pada akhir 1990-an dan awal 2000-an untuk mengetahui pengesan sentuhan dalam badan kita dan mekanisme yang melaluinya mereka berkomunikasi dengan sistem saraf untuk mengenal pasti dan bertindak balas. kepada sentuhan tertentu. Untuk penyelidikan terobosan mereka, yang masih diteruskan, Julius yang berusia 66 tahun dan Patapoutian berusia 54 tahun diisytiharkan sebagai pemenang bersama Hadiah Nobel dalam Fisiologi 2021 pada hari Isnin.

Nobel Fisiologi adalah yang pertama dalam sains yang diumumkan. Hadiah Nobel dalam Fizik akan diumumkan pada hari Selasa, diikuti dengan hadiah dalam Kimia sehari kemudian.

Penderia

Julius dan Patapoutian telah dianugerahkan hadiah itu untuk penemuan mereka tentang reseptor untuk suhu dan sentuhan . Ringkasnya, mereka menemui penderia molekul dalam tubuh manusia yang sensitif kepada haba, dan tekanan mekanikal, dan membuatkan kita berasa panas atau sejuk, atau sentuhan objek tajam pada kulit kita.

Penderia buatan sudah biasa di dunia hari ini. Termometer ialah penderia suhu yang sangat biasa. Di dalam bilik, meja atau katil tidak akan dapat melihat perubahan suhu walaupun ia terdedah kepada haba, tetapi termometer akan melihatnya. Begitu juga, dalam tubuh manusia, semua molekul tidak merasakan haba apabila mereka terdedah kepadanya. Hanya protein yang sangat spesifik yang melakukannya, dan menjadi tugas mereka untuk menyampaikan isyarat ini kepada sistem saraf, yang kemudiannya mencetuskan tindak balas yang sesuai. Para saintis tahu bahawa sensor sedemikian mesti wujud, tetapi tidak dapat mengenal pasti mereka sehingga Julius menemui reseptor haba pertama.

Ia adalah penemuan yang sangat asas. Pengenalpastian reseptor haba oleh Julius pada akhir 1990-an datang melalui penelitian yang sangat membosankan terhadap ratusan gen untuk kepekaan mereka terhadap suhu. Hari ini, kami mempunyai komputer dan model yang sangat cekap yang boleh mengurangkan kerja, dan mempercepatkan proses, tetapi pada masa itu banyak penyelidikan yang teliti diperlukan. Penemuan pertama itu membawa kepada pengenalpastian beberapa reseptor lain. Sama seperti terdapat reseptor yang sensitif kepada haba, ada yang lain yang dapat merasakan kesejukan. Dan yang lain, yang boleh merasakan tekanan. Kami kini mengetahui beberapa perkara ini, kata Dipanjan Roy, seorang saintis saraf di Pusat Penyelidikan Otak Kebangsaan di Manesar.

Mekanismenya

Keupayaan manusia untuk merasakan haba, atau sejuk, dan tekanan tidak jauh berbeza daripada kerja banyak pengesan yang kita kenali. Pengesan asap, sebagai contoh, mengeluarkan penggera apabila ia merasakan asap melebihi ambang tertentu. Begitu juga, apabila sesuatu yang panas, atau sejuk, menyentuh badan, reseptor haba membolehkan laluan beberapa bahan kimia tertentu, seperti ion kalsium, melalui membran sel saraf. Ia seperti pintu pagar yang terbuka atas permintaan yang sangat khusus. Kemasukan bahan kimia di dalam sel menyebabkan perubahan kecil dalam voltan elektrik, yang diambil oleh sistem saraf.

Terdapat spektrum keseluruhan reseptor yang sensitif kepada julat suhu yang berbeza. Apabila terdapat lebih banyak haba, lebih banyak saluran terbuka untuk membenarkan pengaliran ion, dan otak dapat melihat suhu yang lebih tinggi. Perkara yang sama berlaku apabila kita menyentuh sesuatu yang sangat sejuk, kata Aurnab Ghose, ahli sains saraf di Institut Pendidikan dan Penyelidikan Sains India di Pune.

Ghose berkata bahawa reseptor ini sensitif bukan sahaja kepada sentuhan luaran, tetapi boleh mengesan perubahan suhu atau tekanan di dalam badan juga.

Nobel untuk fisiologi atau perubatan

Apabila suhu badan kita menyimpang dari tahap optimum, contohnya, berlaku tindak balas. Badan berusaha untuk kembali ke suhu optimum, atau teras,. Itu berlaku hanya kerana reseptor haba dapat merasakan perubahan suhu, dan sistem saraf cuba memulihkannya, katanya.

Tetapi bukan itu sahaja. Apabila pundi kencing kita penuh, contohnya, tekanan dalam pundi kencing meningkat. Perubahan dalam tekanan ini dirasai oleh reseptor tekanan dan disampaikan kepada sistem saraf yang mewujudkan dorongan ini untuk melegakan diri sendiri. Perubahan dalam tekanan darah dirasai dengan cara yang sama, dan tindakan pemulihan dimulakan... Itulah sebabnya penemuan reseptor ini sangat asas kepada pemahaman kita tentang cara badan kita berfungsi, kata Ghose.

Implikasi terapeutik

Kejayaan dalam fisiologi sering menghasilkan peningkatan dalam keupayaan untuk melawan penyakit dan gangguan. Yang ini tiada bezanya. Seperti yang dinyatakan oleh Sneha Shashidhara, seorang PhD dalam neurosains kognitif, pengenalpastian reseptor ini membuka kemungkinan untuk mengawal fungsinya. Sebagai contoh, terdapat reseptor yang membuatkan kita berasa sakit. Jika reseptor ini boleh ditindas, atau dibuat kurang berkesan, orang itu akan berasa kurang kesakitan.

Sakit kronik hadir adalah beberapa penyakit dan gangguan. Terdahulu, pengalaman kesakitan adalah misteri. Tetapi apabila kita memahami lebih banyak reseptor ini, ada kemungkinan kita memperoleh keupayaan untuk mengawalnya sedemikian rupa sehingga rasa sakit dikurangkan, katanya.

Ghose berkata, sebenarnya penyelidikan dalam bidang ini sudah pun dijalankan. Ada kemungkinan bahawa ubat tahan sakit generasi akan datang akan berfungsi dengan cara ini, katanya, sambil menambah bahawa terdapat beberapa implikasi terapeutik lain juga, termasuk campur tangan yang mungkin berguna dalam rawatan penyakit seperti kanser atau diabetes.

Surat berita| Klik untuk mendapatkan penerangan terbaik hari ini dalam peti masuk anda

Kongsi Dengan Rakan Anda: