Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2021

El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2021 fue otorgado conjuntamente a David Julius y Ardem Patapoutian "por sus descubrimientos de receptores para la temperatura y el tacto".

Nuestra capacidad para sentir el 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? Esta cuestión ha sido resuelta por los premios Nobel de este año.

David Julius utilizó capsaicina, un compuesto picante de los chiles que induce una sensación de ardor, para identificar un sensor en las terminaciones nerviosas de la piel que responde al calor. Ardem Patapoutian utilizó células sensibles a la presión para descubrir una nueva clase de sensores que responden a estímulos mecánicos en la piel y los órganos internos.

Estos descubrimientos revolucionarios lanzaron intensas actividades de investigación que llevaron a un rápido aumento en nuestra comprensión de cómo nuestro sistema nervioso percibe el calor, el frío y los estímulos mecánicos. Los galardonados identificaron los eslabones faltantes críticos en nuestra comprensión de la compleja interacción entre nuestros sentidos y el medio ambiente.

¿Cómo percibimos el mundo?

Uno de los grandes misterios que enfrenta la humanidad es la cuestión de cómo percibimos nuestro entorno. Los mecanismos subyacentes a nuestros sentidos han provocado nuestra curiosidad durante miles de años, por ejemplo, cómo los ojos detectan la luz, cómo las ondas sonoras afectan nuestro oído interno y cómo los diferentes compuestos químicos interactúan con los receptores en nuestra nariz y boca generando el olfato y el gusto.

También tenemos otras formas de percibir el mundo que nos rodea. Imagínese caminar descalzo por el césped en un caluroso día de verano. Puedes sentir el calor del sol, la caricia del viento y las briznas individuales de hierba debajo de tus pies. Estas impresiones de temperatura, tacto y movimiento son esenciales para nuestra adaptación al entorno en constante cambio.

En el siglo XVII, el filósofo René Descartes imaginó hilos que conectaban diferentes partes de la piel con el cerebro. De esta forma, un pie tocando una llama abierta enviaría una señal mecánica al cerebro (Figura 1).

Los descubrimientos posteriores revelaron la existencia de neuronas sensoriales especializadas que registran cambios en nuestro entorno. Joseph Erlanger y Herbert Gasser recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1944 por su descubrimiento de diferentes tipos de fibras nerviosas sensoriales que reaccionan a distintos estímulos, por ejemplo, en las respuestas al tacto doloroso y no doloroso.

Desde entonces, se ha demostrado que las células nerviosas están altamente especializadas para detectar y transducir diferentes tipos de estímulos, lo que permite una percepción matizada de nuestro entorno; por ejemplo, nuestra capacidad para sentir diferencias en la textura de las superficies a través de las yemas de los dedos, o nuestra capacidad para discernir tanto el calor agradable como el doloroso.

Antes de los descubrimientos de David Julius y Ardem Patapoutian, nuestra comprensión de cómo el sistema nervioso percibe e interpreta nuestro entorno aún contenía una pregunta fundamental sin resolver: ¿cómo se convierten la temperatura y los estímulos mecánicos en impulsos eléctricos en el sistema nervioso?

¡La ciencia se calienta!

En la última parte de la década de 1990, David Julius de la Universidad de California, San Francisco, EE. UU., Vio la posibilidad de grandes avances al analizar 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 compañeros de trabajo 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. Julius y sus colegas 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 (Figura 2). ¡Se había encontrado el gen para la detección de capsaicina!

Otros experimentos revelaron que el gen identificado codificaba una nueva proteína de canal iónico y este receptor de capsaicina recién descubierto se 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 (Figura 2).

Figura 3 Patapoutian utilizó células mecanosensibles cultivadas para identificar un canal iónico activado por fuerza mecánica. Después de un arduo trabajo, se identificó Piezo1. Basado en su similitud con Piezo1, se encontró un segundo canal de iones (Piezo2).