Os humanos confiam nos nossos sentidos para nos falar sobre o mundo. Em que direção fica essa cachoeira? É dia ou noite? Esses alimentos são frescos ou estragados?
Anton Eine / EyeEm via Getty Images – The Conversation
Essas perguntas são mais difíceis de responder se nossos sistemas sensoriais puderem ‘ t detectar o som de água corrente, o brilho do luar ou o odor de leite estragado. Antes desta semana, o Comitê Nobel de Fisiologia ou Medicina reconheceu avanços importantes em nossa compreensão de como as sensações são detectadas em três sistemas sensoriais: audição, visão e olfato.
Agora, o Comitê Nobel concedeu o prêmio deste ano em medicina a dois cientistas que avançaram em nossa compreensão desse processo de detecção de “somatossensibilização”, o sentido responsável pelas percepções do tato , temperatura, vibração, dor e propriocepção – a capacidade do corpo de sentir seus próprios movimentos e posição no espaço.
Em 4 de outubro de 2021, David Julius, professor de fisiologia da a University of California, San Francisco, e Ardem Patapoutian, um neurocientista do Howard Hughes Medical Institute and Scripps Research, receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina por seu trabalho pioneiro na identificação de proteínas que o corpo usa para detectar temperatura e pressão. Esses dois cientistas lideraram equipes que desvendaram etapas importantes nos processos pelos quais a temperatura e a pressão são reconhecidas pelas células sensoriais e convertidas em sinais que podem ser interpretados pelo cérebro como percepções como calor, frio ou textura.
Minha própria pesquisa há muito tempo se concentra na compreensão desses tipos de processos no que se refere aos sentidos do olfato e do paladar. Usando as ferramentas da biologia molecular e da neurociência – não muito diferente de algumas das empregadas por Julius e Patapoutian – meus colaboradores e eu estamos trabalhando para entender como os receptores de cheiro e sabor nos permitem detectar as diversas substâncias químicas que compõem odores e sabores.
O trabalho de Julius e Patapoutian expandiu enormemente as visões dos cientistas de como o sistema nervoso decifra o mundo externo e interno ao nos apresentar a classes inteiramente novas de receptores sensoriais. Suas descobertas geraram percepções críticas e inovadoras sobre a fisiologia da temperatura, dor e sensação de toque.
Trazendo o calor
A investigação científica é uma tentativa de responder a perguntas sobre processos que as pessoas observam na natureza. Alguns dos maiores avanços vêm de assumir uma nova perspectiva – e aplicar novas técnicas a – uma questão há muito estudada.
O caminho para a descoberta de um receptor sensor de calor por Julius e colegas começou com uma simples observação que muitas pessoas fizeram durante uma refeição – que a pimenta pode causar queimaduras, sensação dolorosa. Na verdade, costumamos descrever os alimentos picantes como sendo “quentes”, mesmo que a comida em si seja fria. Muitas plantas, incluindo chiles, ervas e especiarias, produzem compostos que podem ser irritantes quando encontrados em excesso, mas adicionam complexidade aos alimentos com moderação.
Nociceptores são neurônios sensoriais especiais que transmitem dor informações, incluindo dor de níveis de calor potencialmente prejudiciais. Os cientistas que estudam a dor sabiam há anos que a capsaicina – a substância química dos chiles responsável pela percepção do calor – ativa os nociceptores. No entanto, o mecanismo pelo qual isso ocorre ainda era desconhecido quando Julius e seus colegas resolveram o problema em meados da década de 1990.
A inovação importante do grupo Julius foi usar a própria capsaicina como uma ferramenta para isolar o receptor sensorial que detecta a capsaicina, feito que relataram em 1997. Para fazer isso, eles testaram milhares de diferentes proteínas produzidas por neurônios sensoriais de roedores até encontrarem uma que respondesse à capsaicina e seus primos químicos. Como previsto, essa proteína também respondeu a altas temperaturas, indicando que era o sensor de calor há muito procurado nesses neurônios.
Essa proteína, chamada TRPV1, foi a primeira de uma grupo de proteínas relacionadas descobertas pelo laboratório de Julius e outros grupos que respondem a diversos produtos químicos vegetais e diferentes temperaturas. Por exemplo, a proteína TRPM8 é ativada tanto pelo frio quanto pelo mentol, a substância química que causa a sensação de resfriamento da menta, enquanto a proteína TRPA1 é ativada pelos compostos pungentes encontrados no alho.
Encontrar o toque
Enquanto Patapoutian e colegas também investigaram esta família de proteínas sensíveis à temperatura, eles logo voltaram sua atenção para outro aspecto da somatossensibilização – o toque.
Mas eles enfrentaram um desafio único: todas as células parecem responder à pressão física. Portanto, a questão passou a ser: como os pesquisadores poderiam diferenciar a função de um sensor de pressão específico dessa resposta mais geral?
Eles fizeram uma abordagem inteligente. Em vez de testar os produtos de genes únicos quanto à capacidade de responder à pressão – uma estratégia que funcionou tão bem para identificar o receptor de capsaicina – Patapoutian e sua equipe silenciaram genes únicos, um por um, em uma célula sensível ao toque até a célula perdeu sua capacidade de responder.
Eles então confirmaram nas células nervosas que duas proteínas relacionadas, chamadas Piezo1 e Piezo2, mediavam as respostas à estimulação física. Mais tarde, o grupo patapoutiano e outros mostraram mais diretamente que as proteínas Piezo são críticas para o próprio toque.
Abrindo portas para novas descobertas científicas
Enquanto Patapoutian e colegas também investigaram esta família de proteínas sensíveis à temperatura, eles logo voltaram sua atenção para outro aspecto da somatossensibilização – o toque.
Mas eles enfrentaram um desafio único: todas as células parecem responder à pressão física. Portanto, a questão passou a ser: como os pesquisadores poderiam diferenciar a função de um sensor de pressão específico dessa resposta mais geral?
Eles fizeram uma abordagem inteligente. Em vez de testar os produtos de genes únicos quanto à capacidade de responder à pressão – uma estratégia que funcionou tão bem para identificar o receptor de capsaicina – Patapoutian e sua equipe silenciaram genes únicos, um por um, em uma célula sensível ao toque até a célula perdeu sua capacidade de responder.
Eles então confirmaram nas células nervosas que duas proteínas relacionadas, chamadas Piezo1 e Piezo2, mediavam as respostas à estimulação física. Mais tarde, o grupo patapoutiano e outros mostraram mais diretamente que as proteínas Piezo são críticas para o próprio toque.
As descobertas de Julius e Patapoutian deram aos pesquisadores sensoriais insights fundamentais sobre como as pessoas interagem com seu mundo. Mas eles quase certamente levarão a avanços médicos importantes também.
Por exemplo, os glóbulos vermelhos também expressam Piezo1, o que pode ajudá-los a mudar de forma para caber através de minúsculos capilares. No entanto, certas mutações no Piezo1 podem levar a glóbulos vermelhos deformados e a um tipo raro de anemia, em que o número de glóbulos vermelhos é reduzido.
Cremes de capsaicina tópicos já são usados por muitos pessoas como tratamentos sem receita para o alívio de dores musculares menores. Mas esta família de proteínas sensoriais de temperatura também pode ser alvos úteis para novos medicamentos destinados ao tratamento da dor crônica debilitante.
As proteínas da família Trp sensíveis à temperatura continuam importantes para a detecção de compostos presentes em uma variedade de plantas comestíveis, como pimenta, hortelã e alho. Para pessoas com olfato ou paladar prejudicado, estimular essas vias pode ajudar a melhorar a palatabilidade dos alimentos que, de outra forma, podem parecer insípidos. A identificação de novos compostos de sabor que visam especificamente essas novas proteínas pode ajudar a aumentar o prazer de comer e beber por milhões de pessoas que experimentam distúrbios de olfato ou paladar, incluindo aqueles causados por COVID-19.
A natureza nos deu uma pista de que um novo mundo da biologia estava esperando para ser descoberto. Julius e Patapoutian apontaram o caminho.
Este artigo foi republicado de The Conversation, um site de notícias sem fins lucrativos dedicado a compartilhar ideias de especialistas acadêmicos. Foi escrito por: Steven D. Munger, Universidade da Flórida .
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Steven D. Munger é professor e vice-presidente do Departamento de Farmacologia e Terapêutica e Diretor do Centro de Olfato e Sabor da Universidade da Flórida. Ele recebe financiamento para pesquisa do Instituto Nacional de Surdez e Distúrbios da Comunicação e do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos. Ele é membro do conselho consultivo da instituição de caridade Fifth Sense, editor-chefe da revista científica “Chemical Senses” e co-editou o livro “Chemosensory Transduction: The Detection of Odors, Tastes and Other Chemostimuli”. Ele é cofundador e CEO da Redolynt, LLC, uma empresa focada no desenvolvimento de testes de olfato e sabor.
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