Наша редакция обратилась с просьбой к ученым НАН Беларуси прокомментировать значимость отмеченных научных трудов и рассказать об их развитии в Академии наук.

ОСОБЫЕ РЕЦЕПТОРЫ

Лауреатами Нобелевской премии в области медицины или физиологии в 2021 году стали Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян – за открытие рецепторов температуры и осязания. Внимание исследователей привлекли два типа ионных каналов, расположенных на сенсорных нейронах (TRPV и PIEZO2).

Перебрав множество вариантов генов, кодирующих рецепторы, обеспечивающие температурную или тактильную чувствительность, они раскрыли особенности молекулярных механизмов восприятия прикосновений и боли. Почему данный шаг в науке так важен?

Укол иглы, легкое прикосновение перышка, капли мороженого или горячего чая воспринимаются как отдельные ощущения, потому что они обнаруживаются дискретными сенсорными нейронами. Воспаление или повреждение нервов могут нарушить это сенсорное кодирование и привести к болевым состояниям даже в ответ на безобидное воздействие. Ардем Патапутян выяснил, что потеря на сенсорных нейронах механочувствительных ионных каналов PIEZO2 приводит к неспособности различать прикосновения и/или сопровождается развитием болевых ощущений. Кроме того, данный канал детектирует степень растяжения мочевого пузыря, действуя как сенсор мочевыделительной функции. В результате исследований открыт новый класс датчиков, которые реагируют на механические раздражители в коже и внутренних органах.

Для медицинских приложений активация ионных каналов TRP (Transient Receptor Potential) ваниллоид-подобными соединениями давно и широко используется. Так, применяемые для лечения болей в области поясницы мази, содержащие капсаицин (алкалоид жгучих перцев), одновременно и разогревают, и снимают боль. В исследованиях сотрудников Института физиологии НАН Беларуси установлено, что в условиях моделирования воспалительного процесса скорость передачи болевых ощущений по капсаицин-чувствительным волокнам зависит от концентрации токсинов. Выявлено, что капсаицин-чувствительные волокна блуждающего нерва передают сигналы об изменении внутрижелудочного давления, микроциркуляции в подслизистом слое желудка, уровне секреции кислоты и бикарбонатов в желудке в структуры головного мозга.

Дэвид Джулиус обнаружил, что капсаицин не только обеспечивает восприятие острой пищи как «горячей», но благодаря активации TRPV1-TRPV3 передает информацию в головной мозг, которая и формирует у нас ощущение повышения температуры. Ардем Патапутян установил, что эти ионные каналы по-разному устроены и реагируют на определенные диапазоны температур в ответ на капсаицин. В итоге в нервных окончаниях кожи идентифицировали высокочувствительные датчики, которые реагируют на изменение температуры.

Исследование молекулярной структуры ионных каналов и принципов передачи сигналов позволит воссоздать или имитировать работу сенсоров с целью детекции или коррекции ряда заболеваний, а также повышения адаптационных резервов организма. Раскрытие принципов функционирования соматосенсорной системы перспективно для развития принципиально новых биомедицинских приложений и различных аспектов гибридных технологий и робототехники.

TRPV1 – неселективный катионный канал активируется при воздействии: температуры (t >43 °C); эндогенными и экзогенными ваниллоидами, медиаторами воспаления липидной природы, а также токсинами растений и животных; при изменении pH внеклеточной среды (pH<6,0).

Светлана ПАШКЕВИЧ,

заведующая лабораторией нейрофизиологии Института физиологии НАН Беларуси

МОДЕЛИРОВАНИЕ КЛИМАТА ЗЕМЛИ

Нобелевскую премию по физике в этом году присудили Клаусу Хассельману, Сюкуро Манабэ и Джорджу Паризи за результаты в двух на первый взгляд кажущихся различными областях исследования. Однако они имели общую цель: выявить скрытые закономерности в сложных хаотических системах, чтобы описать и спрогнозировать их поведение.

Одной из сложнейших систем, с которой когда-либо приходилось иметь дело ученым, является климат Земли. Лауреаты Нобелевской премии 2021 года стояли у истоков создания моделей общей циркуляции атмосферы и океана. Именно они заложили основу современных климатических моделей, благодаря которым стало возможным разрабатывать достаточно точные прогнозы будущего климата Земли, а также проводить численные эксперименты по исследованию процессов взаимодействия атмосферы, суши и океана. Профессор Манабэ одним из первых (в 1960-х годах) обратил внимание всего мирового сообщества на проблему повышения глобальной температуры из-за увеличивающейся концентрации угле- кислого газа в атмосфере и оценил последствия такого потепления для нашей планеты. Глобальные климатические модели, созданные под руководством профессоров Манабэ и Хассельмана, позволили с точностью описать и спрогнозировать ключевые особенности современного глобального потепления: нагрев тропосферы и охлаждение стратосферы, различие потеплений в северном и южном полушариях Земли, рост уровня мирового океана, учащение экстремальных погодных явлений и др.

Сегодня численные климатические модели повсеместно используются не только в научных целях, но и для оценок региональных последствий изменения климата с целью предотвращения и адаптации к ним на уровне государств. В нашей стране расчеты будущих климатических изменений выполняются в Институте природопользования НАН Беларуси. Данные расчеты базируются на использовании ансамбля глобальных и региональных климатических моделей последнего поколения с наиболее детальным пространственным и временным разрешением. Составляемые в институте климатические прогнозы дают необходимую информацию для оценок уязвимости отраслей национальной экономики и разработки адаптационных мер к долгосрочным изменениям климата.

Помимо этого в институте ведутся работы по учету в климатических прогнозах малоизученных естественных факторов изменения климата (солнечной активности, океанических течений, атмосферных аэрозолей, обменных атмосферно-биосферных потоков и др.), способных как ускорять, так и замедлять глобальное и региональное потепление, а также существенным образом влиять на облачность и атмосферные осадки в различные периоды года. Дело в том, что несмотря на значительный прогресс, достигнутый в области моделирования климата, разброс проекций будущих его изменений со времен простых энергобалансовых моделей, разработанных еще в 1960–1970-х годах, почти не уменьшается. Это говорит о недостаточности понимания всей совокупности внутренних и внешних факторов в климатической системе. Рост глобальной температуры, в отличие от концентрации парниковых газов в атмосфере, не происходит по экспоненте, он имеет циклы, скачки и паузы, то есть сложным образом флуктуирует. Эти флуктуации обусловлены процессами, не связанными с эмиссией парниковых газов, и именно их поиском и описанием следует заниматься в первую очередь.

Сергей ЛЫСЕНКО,

директор Института природопользования НАН Беларуси