נובל רפואה 2021: על חישת טמפרטורה ומגע

הפרס יוענק לדייויד ג'וליוס (Julius) מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנציסקו ולארדם פטפוטיאן (Patapoutian) ממכון סקריפס בקליפורניה על גילויים שאיפשרו להבין את פעילותם שת התאים האחראים על חישת חום ומגע ומעבירים את המידע למוח. הפרס השנה יוענק על גילוי הקשר בין תעלות יונים לחישת טמפרטורה ומגע. תעלות אלה הן חלבונים השמורים היטב באבולוציה, וקיימים אף אצל חסרי חוליות, שם התגלו לראשונה בידי החוקר הישראלי ברוך מינקה מהאוניברסיטה העברית בירושלים. חלבונים אלו פועלים על ידי הולכה של חלקיקים טעונים בשם יונים ושינוי המתח החשמלי של קרום התא בתגובה לשינויים בטמפרטורה. שינויים אלו מפעילים את התגובה העצבית שמגיעה למוח ועוזרת לנו לזהות אותם. התעלות מצויות בקרומי תאים בעור שלנו ובמקומות נוספים רבים בגוף. יש כמה סוגים של תעלות כאלו, שחשות טמפרטורות בטווחים שונים ומסייעות לנו להבדיל בין חום של יום אביבי נעים לקפה רותח. אפשר גם להפעילן באמצעות אלכוהול ומולקולות שנותנות תחושת חריפות כמו קפסאיצין - החומר הפעיל בפלפל חריף. זו הסיבה שאנחנו מרגישים תחושת חום עזה כשאנחנו אוכלים סחוג. תעלות יוניות הן למעשה חלבונים בעלי צורה גלילית הנטועים בתוך קרום התא, ומשמשים להולכת אטומים בעלי מטען חשמלי (יונים) של נתרן, אשלגן, סידן ועוד. כל תעלה מעבירה יונים מסוימים, וכן משפיעה על הדלי המתחים בין פנים התא לסביבתו החיצונית, ומאפשר העברה של אותות עצביים. יש סוגים של תעלות יונים, הממלאות תפקידים מרכזיים בהולכה העצבית, בפעילות השרירים ועוד. לתעלות שונות יש מנגנוני פתיחה וסגירה מגוונים, שמאפשרים שליטה באות העצבי בהתאם לגירויים שונים. שני הזוכים זיהו שני סוגים של תעלות כאלה, עם מנגנוני פתיחה שונים, אחד רגיש לטמפרטורה והשני ללחץ מכני, לשתיהן תפקידים חשובים בזיהוי גירויים מהסביבה. דיוויד ג'וליוס מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנציסקו השתמש בקפסאיצין לזהות תאים שמופעלים בתגובה לחום ומשם בודד את הגן שמקודד לתעלה בשם TRPV1 שאחראית על תחושת חום גבוה. בהמשך הוא גילה גם את התעלה שאחראית על חישת קור, TRPM8, שמופעלת בידי המולקולה מנטול. תעלה זו אחראית בין השאר לתחושת הקרירות בפה כשאנחנו לועסים מסטיק מנטה. פטפוטיאן גילה תעלות יוניות שמשמשות לתחושת מגע. הוא השתמש בתרבית של תאים רגישים למגע, שבאמצעות הנדסה גנטית שינו החוקרים את מבנה תעלות היונים שלהם. הוא גילה שני גנים, להם קרא PIEZO1 ו- PIEZO2 אשר חשובים לתחושת המגע. מביירות לסטוקהולם, דרך לוס אנג'לס ג'וליוס נולד ב-1955 בניו יורק, וקיבל דוקטורט ב-1984 מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי. ב-1989 התקבל כחוקר באוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו, שם הוא פרופסור עד היום. ב-1996 השלים דוקטורט בביולוגיה במכון הטכנולוגי של קליפורניה. הוא זכה בפרסים רבים על עבודתו ביניהם פרס קאוולי ב-2020 (יחד עם פאטאפוליאן), פרס שו ב-2010, פרס גיירדנר ב-2017 ופרס ה-Breakthrough award בשנת 2020. פטפוטיאן נולד ב-1967 בלבנון, ובעקבות המלחמה שם היגרה משפחתו לארצות הברית. ב-1986 הוא קיבל את הדוקטורט ב-1996 מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (קאלטק ), ולאחר מכן המשיך לפוסט דוקטורט באוניברסיטת קליפורניה בסן-פרנסיסקו. משנת 2000 הוא חוקר במכון סקריפס בקליפורניה.