Dos bioquímicos ganaron el Premio Nobel de Medicina 2021 por sus investigaciones sobre cómo nuestro cerebro percibe el dolor, el calor, el frío o el tacto.
Parece una capacidad tan básica que pasa por alto incluso en la comunidad científica.
Pero nuestra capacidad para sentir el dolor, calor, el frío y el tacto es esencial para la supervivencia y sustenta nuestra interacción con el mundo que nos rodea.
En nuestra vida diaria damos por sentadas estas sensaciones, pero ¿cómo se inician los impulsos nerviosos para que se puedan percibir la temperatura y la presión?
Los bioquímicos David Julius y Ardem Pataputian fueron galardonados conjuntamente con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2021 por sus investigaciones que representan un adelanto considerable en el entendimiento de cómo nuestro cerebro percibe esas sensaciones.
¿Quién es David Julius?
El primer ganador del Premio Nobel de Medicina 2021 es David Julius, bioquímico considerado pionero del análisis molecular de los nociceptores.
Julius es profesor y presidente del Departamento de Fisiología y Cátedra Morris Herzstein de Biología y Medicina Molecular en Universidad de California San Francisco (UCSF).
Para comprender cómo las señales responsables de la temperatura y la sensación de dolor se transmiten por circuitos neuronales al cerebro, Julius y su laboratorio de UCSF han aprovechado una variedad de sustancias nocivas producidas por animales y plantas.
Las sustancias examinadas incluyen
- toxinas de las tarántulas y las serpientes coralinas
- capsaicina, la molécula que produce el «calor» en los chiles
- y los productos químicos subyacentes a la acritud del rábano picante y el wasabi.
Pero dentro de estas sustancias, la capsaicina, un compuesto picante de los chiles que induce una sensación de ardor, fue clave para identificar un sensor en las terminaciones nerviosas de la piel que responde al calor.
Así es como nuestro cerebro percibe el calor y los alimentos picantes
La investigación del Dr. Julius es fascinante porque toma un alimento tan común en nuestra cultura como lo es el chile, y lo analiza a nivel genético para entender cómo nuestro cerebro percibe el dolor, calor y los alimentos picantes.
En la última parte de la década de 1990, David Julius hizo un adelanto significativo al identificar cómo el compuesto químico capsaicina causa la sensación de ardor que sentimos cuando entramos en contacto con los chiles.
Ya se sabía que la capsaicina activaba las células nerviosas causando sensaciones de dolor, pero la forma en que esta sustancia química ejercía esta función era un acertijo sin resolver.
Julius y sus colaboradores crearon una biblioteca de millones de fragmentos de ADN correspondientes a genes que se expresan en las neuronas sensoriales que pueden reaccionar al dolor, el calor y el tacto.
Los investigadores plantearon la hipótesis de que la biblioteca incluiría un fragmento de ADN que codifica la proteína capaz de reaccionar con la capsaicina.
Expresaron genes individuales de esta colección en células cultivadas que normalmente no reaccionan a la capsaicina.
Después de una búsqueda laboriosa, se identificó un solo gen que podía hacer que las células fueran sensibles a la capsaicina. ¡Se había encontrado el gen para la detección de capsaicina!
A este gen receptor de capsaicina recién descubierto se le denominó más tarde TRPV1.
Cuando Julius investigó la capacidad de la proteína para responder al calor, se dio cuenta de que había descubierto un receptor sensible al calor que se activa a temperaturas que se perciben como dolorosas.
¿Quién es Ardem Patapoutian?
El segundo ganador del Premio Nobel de Medicina 2021 es Ardem Patapoutian es un biólogo molecular y neurocientífico nacido en Líbano y nacionalizado estadounidense.
Patapoutian es profesor de Neurociencia en el Instituto Médico Howard Hughes y es investigador en Scripps Research en California.
Patapoutian se dio a conocer por identificar los receptores que detectan la presión, el mentol y la temperatura.
¿Cómo percibe nuestro cerebro la presión y el tacto?
Patapoutian originalmente se había propuesto investigar esta pregunta fundamental.
Pero preguntas simples llevaron a descubrimientos muy complejos, que continúan hoy.
Resulta que esos sensores de presión mecánicos controlan una amplia gama de necesidades biológicas, que van mucho más allá del dolor de un pellizco o el placer de una caricia.
Estos mecanismos sensoriales de presión están involucrados también en la forma en que una célula se comunica con otra, cómo sentimos nuestro cuerpo en el tiempo y el espacio, cómo se mueven nuestros órganos y más.
“La mecanosensación es la forma en que las células se comunican entre sí por la fuerza”, dice Patapoutian.
“No sabíamos la importancia de los sensores de presión para el cuerpo hasta que los encontramos por primera vez.
La Presión arterial: la hipertensión se ve afectada, así como la plenitud de la vejiga. Hablamos de una llave que abre una puerta que da a una habitación. Estos receptores son la clave para comprender la biología y varias enfermedades«, agrega Patapoutian.
Descubrimiento por «silenciar» genes
Patapoutian y sus colaboradores identificaron por primera vez una línea celular que emitía una señal eléctrica mensurable cuando se pinchaban células individuales con una micropipeta.
El equipo investigador asumió que el receptor activado por fuerza mecánica es un canal iónico y en un paso siguiente se identificaron 72 genes candidatos que codifican posibles receptores.
Estos genes se inactivaron uno a uno para descubrir el gen responsable de la mecanosensibilidad en las células estudiadas.
Después de una ardua búsqueda, Patapoutian y sus colaboradores lograron identificar un solo gen cuyo silenciamiento hizo que las células se volvieran insensibles a los pinchazos con la micropipeta.
Fue así como el equipo liderado por el Dr. Patapoutian había descubierto un canal de iones mecanosensibles nuevo y completamente desconocido y se le dio el nombre de Piezo1, después de la palabra griega para presión (píesi).
A través de su similitud con Piezo1, se descubrió un segundo gen y se denominó Piezo2.
Patapoutian encontró que las neuronas sensoriales expresan altos niveles de Piezo2.
Estudios posteriores establecieron firmemente que los Piezo1 y Piezo2 son canales iónicos que se activan directamente al ejercer presión sobre las membranas celulares.
La intensa investigación en curso que se originó a partir de los descubrimientos galardonados con el Premio Nobel de Medicina 2021 se centra en dilucidar sus funciones en una variedad de procesos fisiológicos.
Este conocimiento se está utilizando para desarrollar tratamientos para una amplia gama de enfermedades, incluido el dolor crónico.
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