Allgemein, Medizin, Nobelpreis

Wie nehmen wir Temperatur und Druck wahr? {Physiologie Nobelpreis 2021}

Stellen wir uns mal vor, es schneit gerade draußen, wir machen eine kleine Schneeballschlacht und nachdem unsere Hände kalt geworden sind, gehen wir ins Haus, drücken die Tür auf, streicheln die Katze und kochen uns einen heißen Tee, an dem wir uns fast die Finger verbrennen, weil er so warm ist. Dann essen wir zum Aufwärmen noch ein scharfes Curry und verbrennen uns wieder, aber doch irgendwie anders…
Warum erzähle ich euch die Geschichte? Weil die beiden diesjährigen Nobelpreisträger in Medizin oder Physiologie sich genau mit den Vorgängen im Körper beschäftigt haben, die hier wichtig waren! Genauer gesagt: Wie spüren wir eigentlich, ob etwas heiß oder kalt ist und wie fühlen wir Druck an der Haut, wie beim Streicheln der Katze, beim Laufen oder beim Umarmen? Wie wird Essen „scharf“? Oder ganz konkret: Wie „erfahren“ die Nerven davon? Das alles sind Vorgänge, die so fundamental sind, dass man viel zu selten darüber nachdenkt, wie sie eigentlich funktionieren. Genau das haben David Julius und Ardem Patapoutian herausgefunden!

Durch die Forschung der beiden können wir nun deutlich besser verstehen, wie genau die Wahrnehmung und damit die Verbindung zwischen unseren Sinnesorganen und der Umgebung funktionieren.

Warum brennen Chilis?

David Julius hat dafür Capsaicin aus Chilis benutzt, um Sensoren an den Nervenenden der Haut zu entdecken, die auf diese Art von Schärfe reagieren. Inspiriert wurde er dazu übrigens von einem Supermarktbesuch, bei dem er all die Chilisaucen sah und sich überlegte, wie genau der Körper sie wohl wahrnimmt.
Capsaicin war Ende der 1990er bereits bekannt dafür, Nervenzellen zu stimulieren und eine Schmerzreaktion auszusenden. Julius und seine Kollegen legten daraufhin eine große Sammlung von DNA – Fragmenten von Nervenzellen an. Sie nahmen an, dass das das DNA – Fragmentent – konkret ein Protein, was auf das Capsaicin reagiert – bereits in dieser Bibliothek enthalten war. Die Aufgabe war nun, genau dieses zu finden!
Nach langer Laborarbeit fanden sie tatsächlich dieses eine Protein, was auf die Schärfe der Chili reagierte. Und nicht nur das: Sie konnten außerdem zeigen, dass das Protein TRPV1 nicht nur auf Capsaicin, sondern allgemein auf Hitze reagiert, die als schmerzhaft wahrgenommen wird.
Ausgehend von dieser Entdeckung suchte die Gruppe um Julius weiter und fand schließlich (genau wie, aber unabhängig von Ardem Patapoutian) den Rezeptor TRPM8, der auf Kälte reagiert. Die Forschung von Julius auf diesem Gebiet war der Startschuss für viele andere Labore, ähnliche Rezeptoren zu suchen und zu finden, die auf unterschiedliche Temperaturen reagieren.

Julius fand heraus, welches Gen für die Wahrnehmung von Hitze zuständig ist, dafür benutzte er zuerst die Schärfe aus Chilischoten

Wie fühlen wir Druck?

Ardem Patapoutian wiederum untersuchte Zellen, die auf Druck reagieren, was zur Entdeckung einer ganzen Klasse von Sensoren führte, die auf mechanische Reize reagieren.
Andere Wissenschaftler hatten bereits mechanische Sensoren in Bakterien gefunden, aber wussten nicht, wie Menschen Druck spüren. Patapoutian und seine Kollegen identifizierten zunächst eine Zelllinie, bei denen ein elektrisches Signal ausgegeben wurde, wenn eine einzelne Zelle von ihnen mit einer Pipette angestupst wurde. Sie extrahierten anschließend 72 Gene, von denen sie glaubten, dass eines davon das gesuchte sein könnte, was den Druck tatsächlich „wahrnimmt“. Nach und nach deaktivierten sie jedes einzelne davon und beobachteten die Reaktion. Im Jahr 2009 war es dann soweit und sie hatten das gesuchte Gen gefunden! Dieser Ionenkanal wurde Piezo1 genannt – nach dem griechischen Wort für Druck. Kurz danach wurde auch noch ein weiteres Gen gefunden, das ebenfalls für die Wahrnehmung des Drucks zuständig war. Dieses wurde Piezo2 genannt. Durch weitere Tests konnten die ForscherInnen vom Sripps Reserach in La Jolla, Kalifornien, nachweisen, dass diese beiden Gene tatsächlich die gesuchten Ionenkanäle waren, die Druck wahrnehmen und diese Information an die Nerven weitergeben.
Wichtig am Verständnis ist auch, dass „Druck“ sich nicht nur auf Berührung von Außen bezieht, sondern auch innerhalb des Körpers werden auf diese Weise viele wichtige Mechanismen geregelt, beispielsweise der Blutdruck, der Eisenwert im Blut wird damit überwacht, aber auch so etwas wie Blasendruck.

Durch geziehltes Genausschalten konnte Patapoutian die Gene finden, die auf Druck reagieren.

Und die Frage, die immer bei Grundlagenforschung gestellt wird: Wofür brauchen wir das nun? Der Körper weiß doch, wie die Sinne funktionieren, schon lange, bevor wir das wussten…
Das stimmt natürlich. Mal abgesehen von der üblichen „Es ist halt trotzdem immer schön, zu wissen, wie die Vorgänge genau funktionieren. Menschen sind neugierig!“ – Antwort, gibt es aber auch noch die andere: Eben nicht bei allen Menschen funktionieren diese Sinneswahrnehmungen reibungslos. Bei manchen Menschen werden permanent falsche Nervenimpulse ausgelöst, so gibt es beispielsweise chronische Krankheiten, bei denen die Betroffenen dauerhaft Schmerzen wie bei einem starken Sonnenbrand haben. Oder Menschen, die keine Wahrnehmung von Berührungen haben, können oft niemals richtig laufen lernen, weil sie nicht spüren, wie die Füße den Boden berühren. Verstehen wir nun, wie diese Impulse ausgelöst werden, kann es möglich werden, Medikamente zu entwickeln, um diesen Menschen zu helfen.
Eine der ganz großen Herausforderungen dabei ist, dass die Medikamente tatsächlich dort helfen, wo sie sollen, aber nicht andere Rezeptoren angreifen. Weil diese so fundamental wichtig für uns sind, muss man hier besonders aufpassen.

Die Wahrnehmung von Temperatur und Druck sind so fundamental, dass uns oft gar nicht klar ist, wie wichtig sie sind!

Noch mal konkret: Wofür haben die beiden den Nobelpreis bekommen?
David Julius hat Capsaicin aus Chilis benutzt, um Sensoren an den Nervenenden der Haut zu entdecken, die auf diese Art von Schärfe reagieren. Ardem Patapoutian wiederum untersuchte Zellen, die auf Druck reagieren, was zur Entdeckung einer ganzen Klasse von Sensoren führte, die auf mechanische Reize reagieren. Durch die Forschung der beiden können wir nun deutlich besser verstehen, wie genau die Wahrnehmung von Temperatur und Druck und damit die Verbindung zwischen unseren Sinnesorganen und der Umgebung funktionieren.

Ausblick

Für Ardem Patapoutian ist es das tiefere Verständnis von Berührung, Blutdruck und Blasendruck. Vor allem forscht er weiter daran, an welchen Stellen, diese Druckrezeptoren ebenfalls wirken, ohne, dass wir das bis jetzt wissen. So nutzen beispielsweise auch Immunzellen die gleichen Rezeptoren, um zu entscheiden, wie sie mit anderen Zellen umgehen. Auch die Frage, wie man den Eisenspiegel im Blut regulieren kann, soll weiter untersucht werden.

Und die Frage aller Fragen: Wie haben Julius und Patpoutian die Neuigkeiten erfahren?

In beiden Fällen war es mitten in der Nacht, 2 Uhr, um genau zu sein.
Das Handy von Ardem Patapoutian war auf lautlos gestellt, damit er in Ruhe schlafen kann und so verpasste er zahlreiche Anrufe aus Stockholm – was er natürlich erst später sah. Irgendwie schaffte das Nobelkommittee es aber, seinen 94-jährigen Vater ans Telefon zu bekommen, der wiederum seinen Sohn anrief (weil man bestimmte Anrufe durchlassen kann, selbst, wenn das Telefon eigentlich auf lautlos steht). Und so hörte der neue Nobelpreisträger die Neuigkeiten 2 Minuten vor der offiziellen Pressekonferenz von seinem Vater, was er als ganz speziellen Moment beschreibt. Geschaut hat er anschließend die Bekanntgabe im Bett, noch halb verschlafen.
Und auch David Julius wurde aus dem Schlaf geholt… und zwar ebenfalls nicht von Thomas Perlmann selbst, der normalerweise die frischgebackenen PreisträgerInnen informiert.
Julius wachte auf von einer Textnachricht auf seinem Handy von seiner Schwägerin, die lautete: „Jemand namens Thomas Perlmann hat versucht, dich zu erreichen und ich wollte ihm nicht deine Telefonnummer geben, aber hier ist seine: xyz. Ich habe im Netz nach ihm gesucht und er scheint ein vernünftiger Mensch zu sein.“ Julius rief also in Stockholm an, Perlmann freute sich sehr, von ihm zu hören, war aber praktisch schon auf dem Weg vor die Presse, teilte ihm also nur kurz die Neuigkeiten mit und sagte Julius, er solle ihn bitte in einer halben Stunde noch einmal anrufen. Und wer jetzt glaubt, Julius freute sich, der liegt falsch, denn er glaubte, das Ganze wäre ein großer Prank seiner Freunde oder Familie. Perlmann riet ihm also, sich vor den Computer zu setzen und die offizielle Bekanntgabe zu schauen. Das tat er und daraufhin explodierte sein Telefon fast vor lauter Nachrichten. Darauf erstmal eine Tasse Kaffee…

David Julius wurde 1955 in New Yorn, USA, geboren. Er hat in Berkeley studiert und war als PostDoc an der Columbia University. Er ist seit 1989 in San Francisco Professor.
Ardem Patapoutian wurde 1967 in Beirut, Libanon, geboren. Seine Familie floh aus dem Kriegbegiet, wodurch er am CalTech studieren konnte, als PostDoc war er in San Francisco. Seit 2000 ist er Professor bei Scripps Research in La Jolla, Kalifornien.

Die Nobelvorlesung der beiden wird am 7. Dezember 2021 ab 14 Uhr (CET) übertragen, beispielsweise HIER.

~~~~~~~~~~~~~~~~
Quellen & mehr Informationen:
Press release, Nobelfärsamlingen, nobelprize.org
Scientific Background, Nobelfärsamlingen, nobelprize.org
Interviews mit beiden Preisträgern kurz nach der Bekanntgabe findet man auf dem Nobelpreis – Youtube-Kanal

Press Conference with Ardem Patapoutian, 2021 Recipient of Nobel Prize in Physiology, Scripps Research, veröffentlicht am 04.10.2021

3 Gedanken zu „Wie nehmen wir Temperatur und Druck wahr? {Physiologie Nobelpreis 2021}“

  1. Guten Morgen,
    endlich lese ich mal einen Artikle über Neurowissenschaft, kurz und bündig gut zusammengefasst und dann noch persönlich auf die beiden Nobelpreisträger bezogen!!
    Ich denke, mit dieser `Grundlagenforschung´ eröffnet sich ein weites Feld weiterer Erkenntnisse über unser Verhalten und Fühlen im weitesten Sinne… etc.pp…
    Ich ziehe jetzt gern einen Vergleich zur Virus Pandemie, weil ich es unerträglich finde, dass über alles rein populistisch diskutiert wird und sich dagegen mit dem Virus plus Impfstoff (biologisch) am wenigsten auseinandergesetzt wird.
    Dabei regiert das Covid-Virus unser Land. Und nur wer begreift, wie es biologisch incl. Impfstoff funktioniert, wird sich aus Einsicht richtig verhalten, um es sich nicht einzufangen.
    Ich würde noch gern hinzufügen, dass wir über Barorezeptoren auch das Wetter wahrnehmen, und bei diesen extremen Luftdruckschwankungen geht das vielen `in die Knochen´ und schlägt auf`s Gemüt, um es mal so zu sagen.
    Ich wünsche noch einen angenehmen Restsonntag!
    Jürgen aus Loy (PJP als Blogger)

    Gefällt mir

Ich freue mich auf deinen Kommentar!

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden /  Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden /  Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden /  Ändern )

Verbinde mit %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.