Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 2021 được trao cho David Julius và Ardem Patapoutian vì những khám phá của họ về đầu dò nhiệt và cơ học.
Đặt vấn đề
Câu hỏi làm thế nào chúng ta cảm nhận thế giới vật chất thông qua cảm giác soma (cảm giác cơ thể về xúc giác, đau đớn, nhiệt độ, rung động và nhận thức) đã thu hút nhân loại trong nhiều thiên niên kỷ.
Trong nửa đầu thế kỷ 20, rõ ràng là nhiệt độ và áp suất kích hoạt các loại dây thần kinh khác nhau trên da.
Tuy nhiên, danh tính của các đầu dò phân tử chịu trách nhiệm phát hiện và chuyển đổi nhiệt, lạnh và cảm ứng thành các xung thần kinh trong hệ thần kinh cảm giác vẫn còn là một bí ẩn cho đến khi khám phá được trao giải Nobel năm nay.
Công trình đột phá
David Julius mong muốn xác định mục tiêu tế bào của capsaicin, thành phần cay nồng của ớt, vì ông tin rằng điều này có thể cung cấp những hiểu biết cơ bản về cơ chế gây đau.
Ông đã sử dụng thư viện cDNA từ các tế bào thần kinh cảm giác trong một chức năng sàn lọc để tìm kiếm một gen, có thể tạo độ nhạy với capsaicin cho các tế bào bình thường không phản ứng.
Quá trình sàn lọc đã xác định một cDNA mã hóa một kênh ion mới (hiện nay được gọi là TRPV1), một kênh ion được kích hoạt bởi nhiệt độ trên 43°C, thuộc họ kênh ion thế năng thụ thể nhất thời (transient receptor potential ion channels).
Điều quan trọng, TRPV1 được chứng minh là được kích hoạt bởi nhiệt độ gây ra đau đớn.
Sau khi phát hiện ra TRPV1, David Julius và Ardem Patapoutian đã độc lập thực hiện một bước tiến quan trọng khác với việc phát hiện ra TRPM8, một thụ thể nhạy cảm với lạnh có liên quan.
Thụ thể này được xác định bằng cách sử dụng tinh dầu bạc hà, đây là hợp chất làm mát được tìm thấy trong bạc hà.
Một số thụ thể TRP bổ sung sau đó đã được xác định và cho thấy có khả năng truyền thông tin nhiệt trong hệ thống thính giác. Do đó, khám phá về TRPV1 của David Julius đã mở ra cánh cửa cho sự hiểu biết phân tử về quá trình nhiệt hóa.
Ardem Patapoutian đã sử dụng một chức năng sàn lọc của các gen ứng cử viên được biểu hiện trong một dòng tế bào cảm ứng cơ học để xác định các kênh ion được kích hoạt bởi các kích thích cơ học.
Hai kênh ion được kích hoạt cơ học, được đặt tên là PIEZO1 (một kênh ion nhạy cảm cơ học) và PIEZO2 (rất cần thiết cho xúc giác), đã được xác định và thể hiện đại diện cho một loại kênh ion hoàn toàn mới hoạt động như cảm biến cơ học.
Quan trọng hơn, Patapoutian cũng chứng minh rằng PIEZO2 là chất dẫn truyền cơ học chính trong các dây thần kinh soma và cần thiết cho nhận thức của chúng ta về xúc giác và nhận thức.
Trong công việc tiếp theo, ông đã phát hiện ra vai trò trung tâm của PIEZO1 và PIEZO2 đối với nhiều chức năng sinh lý bổ sung như điều chỉnh huyết áp, hô hấp và kiểm soát bàng quang.
Công trình của hai người đoạt giải đã mở ra một trong những bí mật của tự nhiên bằng cách giải thích cơ sở phân tử để cảm nhận nhiệt, lạnh và lực cơ học, những yếu tố cơ bản cho khả năng cảm nhận của chúng ta.
Kết luận
Những khám phá đột phá về kênh TRPV1, TRPM8 và PIEZO của những người đoạt giải Nobel năm nay đã cho phép chúng ta hiểu cách cảm nhận nhiệt, lạnh và lực cơ học và chuyển hóa thành các xung thần kinh giúp chúng ta nhận thức và thích nghi với thế giới xung quanh.
và khả năng nhận biết. Ảnh: Mattias Karlén
Các kênh TRP là trung tâm cho khả năng cảm nhận nhiệt độ của chúng ta. Kênh PIEZO2 cung cấp cho chúng ta khả năng cảm ứng và nhận thức.
Các kênh TRP và PIEZO cũng đóng góp vào nhiều chức năng sinh lý bổ sung tùy thuộc vào nhiệt độ cảm nhận hoặc các kích thích cơ học.
Tại sao nghiên cứu vấn đề này?
Nghiên cứu này giải thích một số cách mà chúng ta cảm nhận được môi trường của mình. Hiểu được cơ thể chúng ta cảm nhận những thay đổi về nhiệt độ và áp suất như thế nào cũng giúp phát triển phương pháp điều trị giảm đau, một số bệnh ung thư và hen suyễn.
Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé.
Tham khảo Nobel Prize, Compound Interest và RTBF.
Thông tin thêm
David Julius, 65 tuổi, giáo sư tại Đại học California, đã sử dụng capsaicin, một hợp chất chủ yếu trong ớt gây ra cảm giác nóng, để xác định một cảm biến ở các đầu dây thần kinh trên da phản ứng với nhiệt.
Ardem Patapoutian, giáo sư tại Scripps Research ở California, sinh năm 1967, đã sử dụng các tế bào nhạy cảm với áp suất để khám phá ra một loại cảm biến mới phản ứng với các kích thích cơ học trong da và các cơ quan nội tạng.
