Los científicos David Julius y Ardem Patapoutian han sido galardonados de forma conjunta con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina 2021 por sus «descubrimientos de los receptores de la temperatura y el tacto».

Julius ha utilizado la capsaicina, un compuesto picante del chile que induce una sensación de ardor, para identificar un sensor en las terminaciones nerviosas de la piel que responde al calor. Patapoutian ha usado 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 pusieron en marcha intensas actividades de investigación que permitieron aumentar rápidamente nuestra comprensión de cómo nuestro sistema nervioso percibe el calor, el frío y los estímulos mecánicos. Los galardonados identificaron eslabones críticos que faltaban en nuestra comprensión de la compleja interacción entre nuestros sentidos y el entorno», explica el Instituto Karolinska (Suecia) en un comunicado.

Joseph Erlanger y Herbert Gasser recibieron el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1944 por su descubrimiento de diferentes tipos de fibras nerviosas sensoriales que reaccionan a estímulos distintos, por ejemplo, en las respuestas al tacto doloroso y no doloroso.

Desde entonces, se ha demostrado que las células nerviosas están altamente especializadas en la detección y transducción de distintos 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 los estímulos térmicos y mecánicos en impulsos eléctricos en el sistema nervioso.

David Julius: la clave está en los chiles

Julius nació en 1955 en Nueva York. Fue contratado por la Universidad de California en San Francisco en 1989, donde ahora es profesor. A finales de los 90, vio la posibilidad de realizar grandes avances al analizar cómo el compuesto químico capsaicina provoca la sensación de ardor que sentimos al entrar en contacto con los chiles.

Ya se sabía que la capsaicina activaba las células nerviosas que provocan la sensación de dolor, pero la forma en que esta sustancia química ejercía realmente esta función era un enigma sin resolver. Julius y sus colaboradores crearon una biblioteca de millones de fragmentos de ADN correspondientes a los 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 codificaría la proteína capaz de reaccionar a la capsaicina.

Expresaron genes individuales de esta colección en células cultivadas que normalmente no reaccionan a la capsaicina. Tras una laboriosa búsqueda, se identificó un único gen capaz de hacer que las células fueran sensibles a la capsaicina. Se había encontrado el gen de la capsaicina. Otros experimentos revelaron que el gen identificado codificaba una nueva proteína de canal iónico, y este receptor de capsaicina recién descubierto recibió posteriormente el nombre de TRPV1. Cuando Julius investigó la capacidad de la proteína para responder al calor, se dio cuenta de que había descubierto un receptor sensor de calor que se activa a temperaturas percibidas como dolorosas.

El descubrimiento del TRPV1 por parte de David Julius fue el avance que permitió comprender cómo las diferencias de temperatura pueden inducir señales eléctricas en el sistema nervioso.

Ardem Patapoutian

Patapoutian nació en 1967 en Beirut (Líbano). En su juventud, se trasladó de un Beirut devastado por la guerra a Los Ángeles y se doctoró en 1996 en el Instituto Tecnológico de California en en Pasadena. Desde el año 2000, es científico en Scripps Research, donde ahora es profesor.

Mientras se desarrollaban los mecanismos de la sensación de temperatura, seguía sin estar claro cómo los estímulos mecánicos podían convertirse en nuestros sentidos del tacto y la presión. Los investigadores ya habían encontrado sensores mecánicos en las bacterias, pero los mecanismos que subyacen al tacto en los vertebrados seguían siendo desconocidos. Patapoutian quería identificar los esquivos receptores que se activan con los estímulos mecánicos.

Junto con sus colaboradores, identificó por primera vez una línea celular que emitía una señal eléctrica medible cuando se pinchaban células individuales con una micropipeta. Se asumió que el receptor activado por la fuerza mecánica es un canal iónico y en un siguiente paso se identificaron 72 genes candidatos que codifican posibles receptores.

Estos genes se inactivaron uno a uno para descubrir el gen responsable de la mecanosensibilidad en las células estudiadas.

Tras una ardua búsqueda, Patapoutian y sus colaboradores lograron identificar un único gen cuyo silenciamiento hacía que las células fueran insensibles a los pinchazos con la micropipeta.