# Как перец чили и мята помогли открыть молекулярные тайны осязания Источник: https://www.youtube.com/watch?v=9EBJNvrx60I Канал: World Science Festival Опубликовано: 08.10.2021 --- В октябре 2021 года мир узнал имена новых лауреатов Нобелевской премии по физиологии или медицине — ими стали Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян. В рамках специального выпуска World Science Festival физик-теоретик Брайан Грин обсудил с учеными их путь к открытию, которое позволило человечеству понять, как наше тело переводит физические ощущения (тепло, холод, давление) в универсальный язык нервных импульсов. ## 🌶️ От «химической антропологии» к молекулам боли [[JUMP:04:48]] Дэвид Джулиус начал свой путь в науке с интереса к тому, как природные токсины и растения влияют на нервную систему человека. Его привлекала область, которую он сам называет «химической антропологией» [06:48]. Исследования начались с изучения галлюциногенов, таких как мескалин из кактуса пейот, и того, как человечество на протяжении веков использовало эти вещества в ритуальных и медицинских целях [06:07]. Главной целью Джулиуса стало понимание соматосенсорной системы, в частности, чувства боли. До его работ механорецепция и терморецепция считались наименее изученными областями по сравнению со зрением или обонянием [09:48]. ### Прорыв с помощью перца чили Чтобы изучить тепловую чувствительность, Дэвид Джулиус пошел нестандартным путем: он перевел физическую проблему (тепло) в химическую плоскость, используя капсаицин — активный компонент острого перца [12:36]. * **Методология:** В лаборатории Джулиуса была создана библиотека кДНК (комплементарной ДНК) из нейронов, чувствительных к боли [18:00]. * **Эксперимент:** Ученые внедряли эти гены в клетки почек (HEK293), которые в обычном состоянии не реагируют на перец [15:30]. * **Результат:** После скрининга тысяч генов был обнаружен один единственный ген, ответственный за формирование ионного канала. Этот рецептор получил название **TRPV1** [13:02]. Джулиус отмечает, что успех эксперимента был связан с определенной долей удачи: если бы за чувствительность к капсаицину отвечал комплекс из нескольких генов, вероятность успеха при использовании их метода снизилась бы экспоненциально [15:55]. ## 🧊 Парадокс эволюции: почему мята «холодит» [[JUMP:26:35]] Одним из самых удивительных открытий стало то, что рецептор TRPV1, найденный с помощью перца чили, оказался чувствительным и к реальному физическому теплу. По мнению Джулиуса, это «акцедент эволюции» [22:09]: растения выработали капсаицин, чтобы отпугивать млекопитающих (белок, оленей), воздействуя на их болевые рецепторы, изначально предназначенные для защиты от ожогов. Интересные факты о терморецепции: * Птицы практически нечувствительны к капсаицину, что позволяет им поедать перец и разносить семена [23:26]. * Аналогичным образом был открыт рецептор холода **TRPM8**. Для его поиска использовали ментол — вещество из мяты, которое вызывает ощущение прохлады [27:13]. * Разные виды животных используют схожие механизмы по-разному: например, у плодовых мушек рецепторы, родственные нашим «васаби-рецепторам» (TRPA1), отвечают за восприятие тепла [30:42]. Дэвид Джулиус утверждает, что понимание структуры этих каналов (в частности, через криоэлектронную микроскопию) критически важно для создания новых обезболивающих, которые могли бы блокировать боль без побочных эффектов, характерных для опиоидов [33:03]. ## 🖐️ Ардем Патапутян и поиски «профессионального» датчика давления [[JUMP:43:49]] Ардем Патапутян, родившийся в Ливане и переехавший в США в возрасте 18 лет, сосредоточил свои усилия на механических силах. Если Дэвид Джулиус изучал «химическое тепло», то Патапутян искал механизм, благодаря которому мы чувствуем прикосновение одежд к коже или давление в мочевом пузыре [44:18]. Проблема поиска механорецепторов заключалась в их сложности: ученые долго не могли найти конкретные белки, которые открываются под действием физического растяжения мембраны. ### Эксперимент «Кандидат №72» Ардем Патапутян применил редукционистский подход, изучая клетки в пробирке, которые выдавали электрический сигнал при нажатии на них пипеткой [47:42]. * Команда выделила около 300 генов-кандидатов, которые потенциально могли кодировать ионные каналы. * Постдок Бертран Косте (Bertrand Coste) поочередно отключал эти гены один за другим (метод loss-of-function). * Целый год работа приносила только отрицательные результаты. Лишь на **72-м кандидате** клетка перестала реагировать на давление [48:23]. Найденные белки получили название **PIEZO1** и **PIEZO2** (от греческого *píesi* — давление) [52:00]. ## 🏗️ Архитектура чувств: как работают PIEZO-каналы [[JUMP:50:39]] В ходе интервью Ардем Патапутян продемонстрировал 3D-модель рецептора PIEZO. Это один из самых крупных известных ионных каналов в организме человека. * **Структура:** Белок состоит из трех идентичных субъединиц и имеет форму лопасти пропеллера [50:52]. * **Механизм:** Рецептор буквально «вмять» в клеточную мембрану. Когда мембрана растягивается под давлением, «лопасти» пропеллера меняют конфигурацию, открывая пору в центре для прохождения ионов [51:17]. * **Универсальность:** Патапутян обнаружил, что точно такие же белки есть у растений. В корнях растений они помогают чувствовать твердость почвы и огибать препятствия (например, камни) [51:58]. По словам Патапутяна, PIEZO2 отвечает не только за осязание, но и за проприоцепцию — способность чувствовать положение своего тела в пространстве с закрытыми глазами [55:41]. Люди с мутациями в этом гене лишены чувства касания, но, что удивительно, продолжают чувствовать острую боль (например, от пореза или удара молотком), что указывает на существование еще не открытых «датчиков боли» [55:56]. ## 🧠 Боль как эмоция и «симуляция» мозга [[JUMP:56:08]] Оба ученых сошлись во мнении, что наше восприятие мира — это не прямая «фотография» реальности, а сложная интерпретация или симуляция, созданная мозгом для выживания [58:47]. Ардем Патапутян приводит в пример процесс мочеиспускания: реальное давление создается в мочевом пузыре, но человек ощущает необходимость пойти в туалет совсем в другом месте. Это способ мозга заставить нас действовать [58:35]. Он определяет боль не просто как электрический сигнал, а как «эмоцию» [56:23]. Дэвид Джулиус добавил, что когнитивный и эмоциональный компоненты боли критически важны для формирования памяти [34:50]. Без ощущения страдания и «внутреннего переживания» боли мы бы совершали одни и те же опасные действия снова и снова, даже если бы срабатывал защитный спинальный рефлекс. ## 🎓 Советы молодым ученым: как найти «Sweet Spot» [[JUMP:35:56]] В завершение беседы Брайан Грин попросил нобелевских лауреатов дать советы тем, кто только начинает свой путь в науке. 1. **Дэвид Джулиус:** «Не занимайтесь тем, что вам не интересно только ради грантов» [36:49]. Он призывает молодых ученых не бояться рисковать и выделять часть ресурсов на «сумасшедшие» идеи, которые могут изменить ландшафт науки [38:34]. 2. **Ардем Патапутян:** Важно найти «золотую середину» (sweet spot) между важностью вопроса и наличием инструментов для его решения [1:03:24]. Он считает, что браться за вопрос сознания сейчас преждевременно, так как у нас нет инструментов для его изучения, в то время как механизмы осязания были готовы к открытию именно в последнее десятилетие [1:02:59].