David Julius, de la Universidad de California en San Francisco, y Ardem Patapoutian, del Instituto Scripps, en La Jolla (EEUU), asistieron el pasado 21 de septiembre a la ceremonia de los premios Fronteras, celebrada en Bilbao.

Ambos investigadores recibieron el Premio Fronteras por descubrir nuevas familias de sensores que nos permiten percibir la temperatura, el dolor y la presión. Como explica el acta del jurado, estos estímulos “forman parte de nuestro sentido del tacto, quizás el menos comprendido de los cinco sentidos humanos. Julius y Patapoutian han desvelado las bases moleculares y neuronales para las sensaciones térmicas y mecánicas”.

Patapoutian, que inició su carrera en Estados Unidos tras llegar como refugiado huyendo de la guerra en Líbano, su país de origen, dijo en Bilbao, en su discurso de aceptación: “Yo no podría haber ni imaginado, como refugiado del Líbano en Estados Unidos, que iba a dedicarme a la ciencia. Tal vez debido a mi pasado intento no dar nada por supuesto, y me considero un privilegiado por ser científico”.

Distinguir caricias de pinchazos

Discurso de Ardem Patapoutian

Patapoutian también explicó que su investigación ayuda a entender cómo el cuerpo distingue entre una caricia y un pinchazo. Habló de la “última frontera” en biología de los sentidos: “Recibimos hoy el reconocimiento por identificar receptores que nuestro cuerpo emplea para percibir las fuerzas físicas ¿Cómo percibimos estímulos de la dimensión física, como la temperatura y la presión? Estos sentidos nos ayudan a distinguir entre una suave brisa y el pinchazo de un cactus. También nos indican cuándo nos ha subido la presión sanguínea o cuándo tenemos la vejiga llena. Es una cuestión fundamental de la biología de los sentidos, la última frontera que queda por describir. Empezamos a investigar por amor a la ciencia pura, pero estamos descubriendo repercusiones médicas inesperadas en áreas como el dolor, la hipertensión, la aterosclerosis y la osteoporosis”.

De la percepción del picante a nuevos analgésicos

Discurso de David Julius

David Julius, por su parte, narró en su discurso el recorrido de cómo la investigación de la percepción del picante puede conducir al desarrollo de nuevos analgésicos: “¿Qué tipos de moléculas permiten a las fibras nerviosas responder a factores físicos, como el calor y el frío, o a sustancias químicas irritantes, como el ácido? Y si esas moléculas existen, ¿cómo se alteran sus propiedades tras agresiones fisiológicas, como la inflamación o el daño nervioso, que propician el dolor crónico?

… nos planteamos dos sencillas preguntas: (i) ¿Qué mecanismos moleculares específicos nos permiten percibir el picante “calor” de la guindilla o el “frescor” de la menta?, y (ii) ¿cómo se relacionan esos mecanismos con nuestras sensaciones normales de temperatura y dolor? Las respuestas llevaron al descubrimiento de los canales iónicos activados por el calor y el frío (TRPV1 y TRPM8, respectivamente), que (…) validan la fibra nerviosa sensorial como diana racional y selectiva para desarrollar novedosos analgésicos”.

“El valor de entender cómo percibimos el mundo”

Entrevista con Ardem Patapoutian, XIII Premio Fronteras del Conocimiento en Biología y Biomedicina

El neurocientífico Óscar Marín, director del Centro de Trastornos del Neurodesarrollo en King’s College London (Reino Unido) y secretario del jurado de los premios Fronteras, destacó la noche del fallo de los Fronteras, en febrero de 2021, el “gran valor que supone entender, desde un punto de vista fundamental, cómo percibimos el mundo”.

“Aunque todavía no hayamos visto aplicaciones prácticas de estos descubrimientos, su potencial es tan enorme que no nos cabe duda de que es un hito transformador que merece ser reconocido”, añadió Marín. “Entender cómo nuestro cuerpo es capaz de percibir los cambios de temperatura o la presión es conceptualmente tan significativo que sorprende que no lo supiéramos hasta hace tan poco o, mejor dicho, que solo conociéramos la parte del circuito nervioso que procesa esta información pero no los sensores moleculares que utiliza. Es uno de esos hallazgos en los que resulta difícil intuir todo el alcance que puede llegar a tener en cuanto a aplicaciones, aunque ya se esté trabajando en algunas, como la gestión del dolor crónico y el control de la presión arterial”.

De los compuestos alucinógenos a la investigación del dolor

Entrevista con David Julius, XIII Premio Fronteras del Conocimiento en Biología y Biomedicina

David Julius empezó a investigar las bases moleculares del dolor movido por su curiosidad por las plantas medicinales y los compuestos alucinógenos. “Las plantas se defienden generando sustancias que producen dolor a sus predadores, y se nos ocurrió explotar estas herramientas para tratar de entender la sensación de dolor a escala molecular”, explicó cuando se le concedió el premio Fronteras.

Trabajos previos apuntaban a una relación entre la sensación de dolor y la capsaicina, la molécula responsable de que la guindilla pique. Julius decidió centrarse en la percepción de esta molécula, y logró identificar la proteína que permite a las células detectarla, su receptor. El “momento emocionante” -dijo Julius- llegó al descubrir que esa proteína también responde al calor: “Calentar las células provocaba la activación intensa del receptor de la capsaicina”.

Siguió la búsqueda del receptor del frío recurriendo esta vez al mentol, asociado a la sensación de frescor. Fue, de nuevo, un acierto: el receptor para el mentol y la baja temperatura es el mismo, y “lo más fascinante es que es muy parecido al de la capsaicina y el calor”.

Julius ha identificado además el receptor del compuesto picante wasabi, que también se activa con los efluvios de la cebolla -de ahí el llanto- y con el veneno del escorpión. Hoy se sabe que está implicado en el dolor asociado a la inflamación, lo que puede ayudar a entender cómo algunas lesiones provocan un dolor persistente que puede cronificarse.

Presión en la piel y las arterias

El descubrimiento del receptor de la capsaicina se publicó en 1997. Ardem Patapoutian, un inmigrante armenio que dejaba atrás una guerra en Líbano, también había empezado por entonces a estudiar la percepción sensorial. Ambos galardonados coincidieron en la Universidad de California en San Francisco. Inicialmente competidores, su investigación pasó pronto a ser complementaria, puesto que se centraba en receptores distintos.

Patapoutian advirtió que el tacto es el único sentido en que una señal física, como la presión, se traduce a moléculas, el lenguaje químico que comprende el cuerpo. Como él mismo explica, “al investigar sobre los nervios que nos hacen sentir el tacto y el dolor nos dimos cuenta de que hacen algo insólito: perciben fuerzas físicas, como las mecánicas. Se sabe muy poco sobre cómo el cuerpo traduce estas señales físicas al lenguaje químico”.

Patapoutian y su grupo encontraron células que, cultivadas en el laboratorio, reaccionan eléctricamente al ser presionadas con una pipeta; después buscaron los genes implicados en esa respuesta, anulando uno a uno los genes candidatos y observando si las células dejaban de responder a la presión. Tras casi un año de medidas, en 2009 identificaron el gen Piezo1, llamado así por el término griego para presión. Siguió el hallazgo de Piezo2. Y se abrió así una avenida de investigación que no ha dejado de ampliarse, la mecanobiología, “un campo emergente que integra biología, ingeniería y física”, explica el acta de los Fronteras.

En pocos años se han publicado centenares de trabajos sobre los Piezo. Se activan con la tensión, la fuerza mecánica del estiramiento, e intervienen en multitud de sistemas, desde el excretor -para alertar de que la vejiga urinaria está llena- hasta el circulatorio, para regular la presión en los vasos sanguíneos.  “Su importancia para la salud va más allá del sentido del tacto”, subraya el acta de los Fronteras.

Ha sido una sorpresa, ha admitido Patapoutian: “Sabíamos que había proteínas implicadas en la percepción del dolor, el tacto, la audición o la presión sanguínea, pero nadie sabía que una sola familia, los receptores Piezo1 y Piezo2, explicaría todos estos procesos”.

Hoy se sabe que Piezo2 detecta los roces en la piel -las caricias-, y alerta de la inflamación tras una quemadura solar. También es clave en la propiocepción, la capacidad de sentir la posición relativa de las partes del cuerpo, “un sentido al que no prestamos atención porque no lo podemos apagar”, ha dicho Patapoutian, pero del que dependemos para sostenernos en pie, aprender a caminar o tocar un instrumento musical.

“Cada vez más nos damos cuenta de que la mecanobiología desempeña un papel importante en procesos que van desde la división celular hasta la audición, el tacto y el dolor. Hemos descubierto solo la punta del iceberg de esta ciencia nueva”, ha afirmado Patapoutian.

17 Premios Fronteras han ganado posteriormente el Nobel

Tras la concesión del galardón de la Academia Sueca en Medicina a David Julius y Ardem Patapoutian, son ya 17 los galardonados con Premios Fronteras del Conocimiento que posteriormente han ganado un Nobel.

Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna, Nobel de Química en 2020, fueron galardonadas con el Fronteras de  Biomedicina en 2017. También en esta última edición, el Premio Nobel en Economía recayó en Paul Milgrom y Robert Wilson, anteriores ganadores del Fronteras en Economía, Finanzas y Gestión de Empresas en 2013 y 2016, respectivamente.

En 2019, se concedieron cuatro Premios Nobel a investigadores que anteriormente habían sido reconocidos con un Fronteras: Abhijit Banerjee y Esther Duflo en Economía (Fronteras 2008 en Cooperación al desarrollo) y Didier Queloz y Michel G. E. Mayor en Física (Fronteras 2011 en Ciencias Básicas). En ediciones anteriores, Shinya Yamanaka y James P. Allison, ambos Fronteras en Biomedicina, fueron distinguidos con el Nobel en Medicina en 2012 y 2018, respectivamente; y Robert J. Lefkowitz, Fronteras en Biomedicina, obtuvo el Nobel de Química en 2012. En Economía, Finanzas y Gestión de Empresas tres premiados Fronteras recibieron más tarde el Nobel de Economía: Lars Peter Hansen (2013), Jean Tirole (2014) y Angus Deaton (2015). Por último, William Nordhaus, Premio Fronteras en Cambio Climático en la X edición, recibió el Nobel de Economía 2018.