Sociedad

Los premios Nobel que rompieron la barrera entre el mundo y nuestro cerebro

David Julius y Ardem Patapoutian han sido galardonados por desentrañar cómo percibimos la temperatura y el tacto

David Julius y Ardem Patapoutian, Premio Nobel de Fisiología y Medicina 2021 conjunto "por sus descubrimientos de los receptores de la temperatura y el tacto"
NIKLAS ELMEHED © NOBEL PRIZE OUT
04/10/2021
David Julius y Ardem Patapoutian, Premio Nobel de Fisiología y Medicina 2021 conjunto "por sus descubrimientos de los receptores de la temperatura y el tacto" NIKLAS ELMEHED © NOBEL PRIZE OUT 04/10/2021NIKLAS ELMEHED © NOBEL PRIZE OUTREACH NIKLAS ELMEHED © NOBEL PRIZE OUT

Los sentidos nos mienten. Hace tiempo que sabemos (y aún mucho más que sospechamos) que el mundo que nos rodea no es idéntico a aquello que nuestro cerebro reconstruye. ¿Cómo iba a serlo? Una serie de barreras separan a nuestros procesos cognitivos del mundo exterior y, cuando interiorizamos algo, hay detalles que se pierden, al igual que cuando tenemos que traducir un texto de un idioma a otro. Ahí afuera el color son ondas con diferentes frecuencias, los olores son moléculas y el sonido compresiones del aire que nos rodea. Esta incapacidad para acceder directamente a la realidad sin pasar por el incómodo intermediario que son nuestros sentidos ha traído de cabeza a multitud de grandes pensadores desde los tiempos más remotos. ¿De qué podemos fiarnos?

Filosóficamente el problema tiene una gran enjundia, pero científicamente podemos abordar algunos detalles cruciales como, por ejemplo, de qué modo conseguimos traducir una realidad externa a nuestro cuerpo en una serie de impulsos eléctricos que nuestro cerebro es capaz de interpretar. Y este es, precisamente, el motivo por el que los investigadores David Julius y Ardem Patapoutian han ganado el premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2021. Han dado cuenta de los mecanismos que nos permiten percibir el mundo, concretamente el tacto y el calor.

Thomas Perlmann, Secretary of the Nobel Assembly and the Nobel Committee, announces the winners of the 2021 Nobel Prize in Physiology or Medicine David Julius and Ardem Patapoutian (seen on the screen) during a press conference at the Karolinska Institute in Stockholm, Sweden October 4, 2021. T TT News Agency/Jessica Gow via REUTERS ATTENTION EDITORS - THIS IMAGE WAS PROVIDED BY A THIRD PARTY. SWEDEN OUT. NO COMMERCIAL OR EDITORIAL SALES IN SWEDEN. FOTO: TT NEWS AGENCY via REUTERS

De las drogas a la medicina

Aunque el descubrimiento pueda parecer banal, tras él se esconde una complejidad y relevancia enormes, suficientes como para haberles valido a Julius y Patapoutian, no solo el Premios Nobel, sino los Premios Fronteras del Conocimiento de la Fundación BBVA, en los cuales, pudimos hablar con uno de los galardonados: David Julius. Para abrir boca, Julius nos reveló que a él no siempre le interesó la ciencia. “Mis asignaturas de ciencia en la escuela eran horribles, muy aburridas. Con el tiempo empecé a interesarme por la relación entre la gente y las drogas. ¿Cómo las descubrimos? ¿Cómo llegó la sociedad a utilizar peyote en sus rituales? Alucinógenos, anestésicos… me parecían fascinantes. Era un nexo entre la antropología y la química y fue eso, de forma indirecta, lo que me hizo ganar interés en la neurociencia y la farmacología. ¿Cómo podemos explicar científicamente el funcionamiento de esos remedios tradicionales?”.

David Julius durante entrevista a razón de los premios de la Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento. FOTO: Fundación BBVA

Con esta pregunta en mente, David se doctoró en neurofisiología y, desde entonces, ha centrado sus trabajos en el estudio de la temperatura. Gracias a ello, descubrió que el calor y el frío, átomos que vibran más o menos rápido respectivamente, son detectados por receptores que hay en nuestras células, o dicho de una forma más sencilla: existen moléculas especialmente preparadas para activarse ante los cambios de temperaturas y estimular así un pulso eléctrico que viajará por nuestros nervios hasta el cerebro, donde percibiremos propiamente la sensación de calor o frío.

Guindillas y calor

Para medirlo, Julius aisló la capsaicina, la molécula responsable de la sensación de picor y ardor que producen las guindillas y buscó cómo interactuaba esta con nuestras células. Para ello, el científico tomó distintos fragmentos del ADN encargado de producir los receptores que hay en la superficie de las células sensibles a estas sensaciones e hizo que se expresaran en diferentes células, produciendo cultivos diferentes para cada misterioso receptor. Exponiendo a estos cultivos a la capsaicina, observó que uno respondía, deduciendo que eran precisamente sus receptores los que debían unirse a la esta molécula, desencadenando el impulso eléctrico que nuestro cerebro acabaría interpretando como calor.

No obstante, el mismo Julius advierte que “Si bien hemos podido identificar dónde se une la capsaicina, el caso de la temperatura es mucho más difícil y probablemente afecte a más de una parte de ese receptor. Tienen cierta relación, pero no son lo mismo.” Sea como fuere, encontraron el receptor y lo llamaron TRPV1. Empleando métodos similares, Julius unió fuerzas con el otro premiado, Ardem Patapoutian, para encontrar el receptor sensible al mentol (TRPM8), una molécula que desencadena una sensación de frescor. No obstante, el trabajo de Patapoutian no termina aquí. De hecho, sus premios atienden a sus descubrimientos en materia de tacto y no tanto de temperatura.

Nobel Committee member Patrik Ernfors explains the 2021 Nobel Prize in Physiology or Medicine during a press conference at the Karolinska Institute in Stockholm, Sweden October 4, 2021. TT News Agency/Jessica Gow via REUTERS ATTENTION EDITORS - THIS IMAGE WAS PROVIDED BY A THIRD PARTY. SWEDEN OUT. NO COMMERCIAL OR EDITORIAL SALES IN SWEDEN. REFILE - CORRECTING DATE FOTO: TT NEWS AGENCY via REUTERS

El sentido más importante

Patapoutian es un científico libanés doctorado biología molecular y neurociencia. Su trabajo, en parte independiente, pero paralelo al de Julius, ha orbitado el sentido del tacto. El primer paso de su equipo fue encontrar una célula que se excitaba eléctricamente cuando la apretaban ligeramente. Sabiendo esto, los investigadores enumeraron 72 posibles genes implicados en la producción de receptores sensibles a la presión. Inactivándolos uno a uno, pudieron dar con el gen responsable y llamaron a su receptor Piezo1, descubriendo posteriormente un segundo gen y receptor llamado Piezo2.

Todos estos receptores acaban jugando su papel en la percepción del dolor. La presión excesiva y las temperaturas extremas desencadenan la nocicepción, que así se llama. Y, aunque parezca mentira, el tacto sigue siendo el sentido menos entendido de todos los que tenemos. En palabras de David Julius: “En cierto modo este sentido es el más crítico para nuestra supervivencia, por lo que estamos ante una paradoja. Sabemos muy poco de él, aunque mayormente por las dificultades técnicas que implican estudiarlo”.

Cuando una mutación nos incapacita para sentirlo, es cuando entendemos lo cruciales que son para la supervivencia. “Un niño que no sienta dolor puede arañarse los ojos con la arena de un parque y, en lugar de parar, seguir restregándose las manos, raspándose la córnea. Otros juegan con lapiceros y se atraviesan con ellos la mano, todo porque no sienten dolor y no entienden por qué han de evitarlo.” Y entonces, ¿por qué sabemos tan poco sobre cómo funciona? Para Julius está claro que es más fácil estudiar un ojo o un oído, que están bien localizados en el cuerpo, que una miríada de terminaciones nerviosas dispersas por la piel y la mucosa de todo un organismo. Una complicación a la cual añade que “con el dolor tenemos que atender a cómo detectamos sustancias químicas, temperatura, presión, mientras que, para la visión o el olfato, el mecanismo subyacente es siempre el mismo a pesar de la variedad de longitudes de onda y aromas.

La Jolla (United States), 04/10/2021.- An undated handout photo provided by the Howard Hughes Medical Institute, Scripps Research shows Ardem Patapoutian of the Howard Hughes Medical Institute, Scripps Research, in La Jolla, United States, issued 04 October 2021. Ardem Patapoutian along with David Julius of the University of California, San Francisco, have won the 2021 Nobel Prize in Physiology or Medicine for their discovery of receptors for temperature and touch. (Estados Unidos) EFE/EPA/SANDY HUFFAK/ HOWARD HUGHES MEDICAL INSTITUTE/ SCRIPPS RESEARCH HANDOUT EDITORIAL USE ONLY/NO SALES FOTO: SANDY HUFFAK/ HOWARD HUGHES MEDI EFE

¿Y esto para qué sirve?

Pues, aunque no lo parezca, estos estudios son cruciales para muchos pacientes. David Julius nos recuerda que “A veces es muy difícil diagnosticar el dolor y puede mantenerse tiempo después de que una herida sane. Es muy difícil convencer a la gente, incluso a los médicos, de que realmente existe este sufrimiento. Puedes tener dolor y que la gente no te crea y, por eso, desarrollar métodos más objetivos para diagnosticar el dolor puede marcar la diferencia.” Y, aunque nos deja clara su utilidad, no pierde la oportunidad de romper una lanza a favor de la ciencia básica, aquella que no busca directamente ser aplicada: “Siempre es bueno recordarnos que, aunque es importante pensar en cómo mejorar la salud y la calidad de vida, muchas veces todo eso llega inspirado por estudios que solo mueve la curiosidad”. Y es que, como dice el propio Julius: Hay veces donde necesitamos enfocar los problemas de forma más directa, pero creo que fundar la investigación en la curiosidad más básica es indispensable.”

QUE NO TE LA CUELEN:

  • Las apuestas de la comunidad científica apuntaban a que el Nobel de Fisiología o Medicina de 2021 lo ganarían las tecnologías de ARN mensajero que han hecho posibles las vacunas para el SARS-CoV-2. Sin embargo, los candidatos del Nobel se consideran cuando han sido propuestos un buen número de veces, teniendo en cuenta que este proceso puede durar años y que el plazo fue cerrado el 1 de febrero, hacía poco probable que esta tecnología hubiera reunido suficientes nominaciones para ganar este año. Sin embargo, el comité ha declarado que, aunque “este descubrimiento no está relacionado con el COVID, durante el último año nos hemos distanciado socialmente y hemos olvidado el tacto y el calor de un abrazo.” Han ganado, precisamente, los receptores que hacen posible esa sensación.
  • Rara vez se concede el premio Nobel a una investigación reciente. Las nominaciones han de sucederse durante años hasta acumular una buena cantidad y que un investigador se considere formalmente como candidata al premio.

REFERENCIAS (MLA):

  • Caterina MJ, Schumacher MA, Tominaga M, Rosen TA, Levine JD, Julius D. The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway. Nature 1997:389:816-824.
  • Tominaga M, Caterina MJ, Malmberg AB, Rosen TA, Gilbert H, Skinner K, Raumann BE, Basbaum AI, Julius D. The cloned capsaicin receptor integrates multiple pain-producing stimuli. Neuron 1998:21:531-543.
  • Caterina MJ, Leffler A, Malmberg AB, Martin WJ, Trafton J, Petersen-Zeitz KR, Koltzenburg M, Basbaum AI, Julius D. Impaired nociception and pain sensation in mice lacking the capsaicin receptor. Science 2000:288:306-313
  • McKemy DD, Neuhausser WM, Julius D. Identification of a cold receptor reveals a general role for TRP channels in thermosensation. Nature 2002:416:52-58
  • Peier AM, Moqrich A, Hergarden AC, Reeve AJ, Andersson DA, Story GM, Earley TJ, Dragoni I, McIntyre P, Bevan S, Patapoutian A. A TRP channel that senses cold stimuli and menthol. Cell 2002:108:705-715
  • Coste B, Mathur J, Schmidt M, Earley TJ, Ranade S, Petrus MJ, Dubin AE, Patapoutian A. Piezo1 and Piezo2 are essential components of distinct mechanically activated cation channels. Science 2010:330: 55-60
  • Ranade SS, Woo SH, Dubin AE, Moshourab RA, Wetzel C, Petrus M, Mathur J, Bégay V, Coste B, Mainquist J, Wilson AJ, Francisco AG, Reddy K, Qiu Z, Wood JN, Lewin GR, Patapoutian A. Piezo2 is the major transducer of mechanical forces for touch sensation in mice. Nature 2014:516:121-125
  • Woo S-H, Lukacs V, de Nooij JC, Zaytseva D, Criddle CR, Francisco A, Jessell TM, Wilkinson KA, Patapoutian A. Piezo2 is the principal mechonotransduction channel for proprioception. Nature Neuroscience 2015:18:1756-1762