Páginas vistas en total

sábado, 16 de octubre de 2021

Los pimientos sirvieron para ganar el Premio Nobel

Los dos ganadores ex aequo del premio Nobel de Fisiología o Medicina 2021. Dominio público.
En el siglo XVII, el filósofo René Descartes imaginó unos hilos que conectaban diferentes partes de la piel con el cerebro. Gracias a ellos, pensaba, un pie que tocaba una hoguera enviaba una señal mecánica al cerebro (Figura 1).

Gracias entre otros a las investigaciones de Ramón y Cajal (Premio Nobel de 1906 por su descubrimiento de las neuronas), casi tres siglos después de Descartes dos neurólogos descubrieron la existencia de neuronas sensoriales especializadas que registran cambios en nuestro entorno. Joseph Erlanger y Herbert Gasser recibieron el Premio Nobel en 1944 por su descubrimiento de diferentes tipos de fibras nerviosas sensoriales que reaccionan a distintos estímulos, por ejemplo, en las respuestas al tacto.

Desde entonces, se ha demostrado que las células nerviosas están altamente especializadas para detectar y transducir diferentes 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.

Figura 1. En esa publicación. que incluye el dibujo adjunto, el filósofo René Descartes imaginó cómo el calor envía señales mecánicas al cerebro.

Antes de los descubrimientos de David Julius y Ardem Patapoutian, nuestra comprensión de cómo el sistema nervioso percibe e interpreta el entorno contenía una pregunta fundamental sin resolver: ¿cómo se convierten la temperatura y los estímulos mecánicos en impulsos eléctricos en el sistema nervioso?

Trabajando independientemente, dos investigadores, David Julius y Ardem Patapoutian, descubrieron los receptores que nos permiten sentir los cambios de temperatura (Julius) y de presión (Patapoutian), lo que les ha valido para recibir ex aequo el premio Nobel de Fisiología (Medicina) de 2021.

Los neurorreceptores

Asociados a la piel, distribuidos a diferentes profundidades y en localizaciones estratégicas, disponemos de unos cinco millones de estructuras especializadas denominadas neurorreceptores. Se trata de terminaciones de neuronas sensitivas que constituyen nuestro sistema somatosensorial, responsable de muchas sensaciones diferentes, incluida la temperatura, el tacto, la posición y el movimiento del cuerpo, el dolor y el picor. En ese sistema complejo, los neurorreceptores son las proteínas encargadas de enviar y detectar neurotransmisores, sustancias químicas que permiten la comunicación entre neuronas.

Podríamos decir que en los efectos combinados de nuestro sistema somatosensorial radica la conexión con el mundo que nos rodea. Los descubrimientos hechos por Julius y Patapoutian han servido para resolver algunas cuestiones relacionadas con los mecanismos que hacen que determinados estímulos se convierten en señales nerviosas a nivel molecular.

Mientras que las investigaciones de Ardem Patapoutian en el instituto de investigación Scripps de California han logrado identificar los genes Piezo1 y Piezo2 responsables de codificar las proteínas del mismo nombre que responden a la presión y son fundamentales para nuestro sentido del tacto, trabajando con algo tan prosaico como los pimientos Julius y sus colaboradores han logrado descubrir los mecanismos fisiológicos de nuestro sentido térmico.

Un poco de picante

La sensación que llamamos “picante” es la respuesta de nuestro sistema nervioso a la presencia de una molécula, la capsaicina, que almacenan los pimientos (Capsicum anuum) y particularmente sus variedades más picantes conocidas como “chiles picosos” en México y “guindillas” en España, para que los mamíferos evitemos comerlos, pero que no afecta a otros animales, sobre todo a las aves, que, completamente insensibles a la ardiente molécula, son las encargadas en la naturaleza de esparcir las semillas de los pimientos

Figura 2. Las proteínas de canal iónico TRPV1 y TRPM8 son termorreceptores que funcionan como compuertas que permanecen cerradas o abiertas en función de la temperatura. La capsaicina fue utilizada como inductora del mecanismo de apertura y cierre. Elaboración propia.


La capsaicina interactúa químicamente con una proteína llamada TRPV1 que reside en la membrana de ciertas neuronas, cuya consecuencia es que, cuando la proteína detecta capsaicina, la neurona se excita y envía una señal al cerebro, donde genera una sensación de dolor. En la boca, las moléculas de la familia TPRV son termorreceptores y nociceptores del dolor por abrasión. Los diferentes receptores (TPRV-1, 2, etcétera) se activan en distintos rangos de temperatura.

De ahí procede la sensación de ardor que sentimos al morder variedades de pimientos ricos en capsaicina y otras moléculas afines que almacenan las plantas más picantes del mundo: el cerebro cree que la boca arde. Y como esta sensación es independiente del sistema sensorial que regula el sabor, la sensación se combina de múltiples formas con los sabores clásicos (ácido, amargo, dulce, etcétera) dando gran variedad de sabores picantes.

Y es que en nuestra boca hay miles de receptores para el dolor y otras sensaciones. De ellos unos 10 000 son receptores gustativos. Como esos receptores están situados unos junto a otros en la lengua, a veces mezclamos sensaciones. Por ejemplo, cuando describimos el sabor de una guindilla diciendo que nos «quema» la lengua, estamos diciendo la verdad: en nuestro cerebro la capsaicina inerva las mismas neuronas que se activan cuando tocas un cuerpo a 335 grados. Básicamente, nuestro cerebro nos dice que tenemos la lengua metida en una estufa.

Pese a ello, seguimos tomando picante porque su ingesta nos hace felices. Cuando ingerimos capsaicina, la hipófisis segrega endorfinas en el torrente sanguíneo. Las endorfinas son las mismas hormonas estrechamente emparentadas con los opiáceos que se liberan cuando comemos o mantenemos relaciones sexuales, proporcionándonos una sensación de placer. Sin embargo, como ocurre con cualquier tipo de calor, rápidamente este puede hacerse primero incómodo y luego insoportable.

El conocimiento de estos mecanismos fisiológicos, neurológicos y bioquímicos que hoy constituyen lecciones elementales en las facultades de Medicina y Biología, se debe a las investigaciones del doctor David Julius y su equipo en la Universidad de California. Comenzaron a trabajar en los termorreceptores en la década de 1990, centrándose en la capsaicina. Aunque ya sabía que esta molécula activaba las células nerviosas que causaban sensaciones de dolor, intentaban descubrir qué sensores en las terminaciones nerviosas realmente responden al calor de este compuesto.

Utilizando ARN de neuronas humanas cultivadas en laboratorio, crearon una biblioteca de millones de cadenas de ADN que correspondían a genes en las neuronas sensoriales que reaccionan al dolor, al calor y al tacto (Figura 2). La investigación culminó cuando finalmente identificaron un solo gen que era responsable de hacer que las neuronas fueran sensibles a la capsaicina. El gen codifica la construcción de una proteína, la TRPV1 (Receptor de potencial transitorio V1), que funciona como una compuerta que abre y cierra el paso de iones, haciendo que percibamos el calor de la capsaicina como doloroso.

Este fue el primero de muchos más termorreceptores que Julius y su equipo han descubierto. El descubrimiento de la proteína TRPV1 fue un gran avance que permitió profundizar en la investigación sobre cómo la temperatura induce señales eléctricas en el sistema nervioso. Esa línea hizo que, utilizando mentol (el alcohol extraído de varias especies de Mentha), identificaran más tarde el TRPM8, un receptor que se activa con el frío que notamos al saborear un caramelo de menta.

La importancia de estos sensores

Los mamíferos somos los únicos animales que tenemos la capacidad de generar y mantener la temperatura corporal interna. Si nuestra temperatura sanguínea cae por debajo de 27 ºC, nuestro estado es crítico. Por eso es esencial para la supervivencia poder detectar los cambios de temperatura en nuestro entorno con objeto de mantener la temperatura corporal adecuada. Nos dicen que debemos abrigarnos si hace frío o no tocar la puerta caliente del horno caliente para no quemarnos.

El descubrimiento de los termorreceptores en nuestro sistema nervioso significa que ahora sabemos cómo se detectan los cambios en la temperatura de nuestro entorno. Descubrir los receptores que detectan el calor (TRPV1) y el frío (TRPM8) significa que se puede ahondar en la investigación sobre medicamentos destinados tratar la inflamación, la picazón, el dolor y la alodinia por frío.