Ощущения температуры и давления возникают в мозге, но сначала туда должен поступить сигнал. Сигнал передается по волокнам — отросткам нервных клеток. Как это происходит в общем виде, выяснили еще в середине XX века. Однако сигналы бывают разные, поэтому еще нужно было понять, что запускает те или иные из них. Применительно к температуре и давлению этим вопросом занимались американцы Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян (Патапутян родился не в США, а в Ливане и имеет армянские корни).

В 1990-х годах Дэвид Джулиус пытался разобраться, как клетки кожи реагируют на капсаицин — то самое вещество, которое придает жгучему перцу остроту. Для этого он и его коллеги выделили участки ДНК, которые «включаются» в клетках, чувствительных к боли, жару и прикосновению. После долгой и кропотливой работы они определили ген TRPV1, делающий клетку восприимчивой к капсаицину.

Позже оказалось, что этот ген отвечает за белок — ионный канал. Такие каналы служат чем-то вроде ворот в клеточных мембранах: через них входят или выходят ионы (или остаются там, где были, если канал закрыт). От соотношения положительно и отрицательно заряженных ионов внутри и снаружи мембраны зависит электрический потенциал, а изменение этого потенциала и заставляет клетки передавать сигнал. Как обнаружил Джулиус, канал, кодируемый геном TRPV1, размыкается при контакте с капсаицином, но также и под действием жара (поэтому-то перец кажется жгучим).

Далее Джулиус и Ардем Патапутян независимо друг от друга стали экспериментировать с ментолом и нашли рецептор TRPM8, который также реагирует на холод. Затем были найдены и другие рецепторы, чувствительные к температуре.

Тем временем Патапутяну не давала покоя другая загадка: как возникает сигнал о прикосновении. Надавив микропипеткой на отдельные клетки, они принялись исследовать те из них, в которых заметили электрическую активность. Предполагалось, что и тут ключевую роль играет какой-то ионный канал.

Группа Патапутяна отобрала 72 гена-кандидата и проверяла, по очереди их «выключая». В конце концов, без одного из них, Piezo1, клетки перестали воспринимать давление. Затем был найден другой, Piezo2, без которого у животных вдобавок нарушается восприятие движения и положения частей тела в пространстве. Белки, кодируемые обоими генами, и вправду ионные каналы.

Открытия Джулиуса и Патапутяна позволили понять, как жар, холод и механическое воздействие вызывают нервные импульсы, которые позволяют не потеряться в мире вокруг нас. Исследования в этой области продолжаются, на их основе уже разрабатывают лечение, в том числе терапию хронической боли.

Поскольку в медицине все внимание приковано к COVID-19, присуждение премии Джулиусу и Патапутяну стало неожиданностью. С другой стороны, Нобелевская неделя вообще редко оправдывает ожидания. К тому же еще остается премия по химии, которой тоже могут отметить что-то, связанное с пандемией.

Марат Кузаев