Obje nagrade je dobio za otkriće molekularnih mehanizama osjećaja toplote i hladnoće. Julius sada živi i radi u sjevernoj Kaliforniji, u San Franciscu, ali njegovo porijeklo – New York, Brooklin – odaje njegov ugodan i šarmantan naglasak.
Mnogo toga dobrog počinje od dobrog nastavnika
David Julius je rođen 1955. u Brooklinu, New York. Kao što to često biva, interesovanje za nauku mu je usadio dobar nastavnik, koji je njega i njegove vršnjake tjerao da misle konstruktivno i kritički. Taj nastavnik se zvao Herb Isaacson, i bio je igrač bejzbola koji je postao nastavnik fizike u Abraham Lincoln High School u Coney Island u Brooklinu koju je Julius pohađao.
„Gospodin Isaacson nam je zadavao probleme, više poput zagonetki koje smo trebali ponijeti kući i riješiti za zabavnu i opuštenu raspravu sljedeći dan. To nas je sve potaknulo da damo sve od sebe kako bismo došli do najboljih odgovora kako bismo mogli sudjelovati u raspravi. G. Isaacson je također bio vrlo zabavan i karizmatičan tip pa su ga studenti voljeli i poštovali te su ga željeli uključiti“ sjeća se Julius i nastavlja: „Također nije pravio razliku između djevojčica i dječaka u razredu te je očekivao i poticao sve da sudjeluju. Zapravo, poznajem kolegicu l ovdje na UC San Francisco, koja je također bio student na satu fizike gospodina Isaacsona. Ona se prisjeća istog pozitivnog i ohrabrujućeg iskustva“.
Julius se također osvrđe i na Sjedinjene Države kao zemlju mogućnosti za imigrante: „Moji su roditelji prva generacija Amerikanaca. Pohađali su javne škole i stekli prvorazredno visoko obrazovanje na koledžu Brooklyn bez školarine, pokazujući ono što neki od nas još uvijek njeguju kao američki kredo otvorenih granica i mogućnosti za sve“.
Privučen eksperimentalnom stranom nauke
David Julius je studirao osnovne studije na prestižnom Massachusetts Institute of Technology (MIT) gdje se zaljubio u rad u laboratoriji.
„Volio sam raditi eksperimente. Volio sam o njima razmišljati, ali onda sam shvatio da želim koristiti ruke i taj rad mi je bio nešto kao hobi. Mislim da je to – dizajniranje eksperimenata i onda razmišljanje o tome kako da to funkcioniše, mislim da me je to zaista inspirisalo da se bavim eksperimentalnom naukom“, sjeća se Julius.
Za njega je bavljenje naukom bila i svojevrsna avantura, oslobađajuće iskustvo koje je prihvatio, zamijenivši sigurnost sa više nezavisnim životnim stilom. To prihvatanje neizvjesnosti, tako karakteristične za naučnu zajednicu, u kojoj mnogo toga ovisi o pronalaženju grantova i gdje „sigurnih pozicija“ zapravo nema, vodilo ga je od MIT, gdje je radio na mehanizmima replikacije DNK i transportnim RNK, preko Berkeleya na peptidima i feromonima, pa do University California San Francisco, na kojem je i došao do spoznaja o mehanizmima djelovanja receptora usljed kojih osjećamo vrućinu, hladnoću, odnosno čili i mentol.
Jedno vrijeme je kao mladi istraživač, između dodiplomskog i MA diplomskog studija, čak proveo u Bordeauxu, gdje je, kako kaže „počeo cijeniti činjenicu da su naučnici privilegovani da pripadaju internacionalnoj zajednici“, naglašavajući važnost diverziteta, inkluzije, multukulturalnosti u akademskoj zajednici te važnu potrebu za gradnjom kontakata i izlaganju drugačijim kulturama i okruženju.
Kapsaicin: zašto su čili papričice ljute i zašto stvaraju osjećaje toplote i bola
David Julius želio je identificirati metu kapsaicina, ljutog sastojka čili paprike, jer je vjerovao da bi to moglo pružiti temeljni uvid u mehanizme boli, pošto ova molekula uzrokuje stvaranje osjećaja topline i druge senzacije, ali se nije razumjelo kako to kapsaicin čini. „Radoznao sam i želim znati kako stvari funkcionišu“, dodaje Julius.
On i njegovi saradnici stvorili su biblioteku od miliona fragmenata komplementarne DNK (cDNA) koji odgovaraju genima izraženim u osjetilnim neuronima koji mogu reagovati na bol, toplinu i dodir i pomoću te „biblioteke“ identificirali prvi iz porodice proteina klase jonskih kanala koji reaguje na kapsaicin. Imali su sreće: naime, da je receptor bio pod kontrolom više gena, taj lov bi bio više poput traženja igle u plastu sijena i vjerovatnoća pronalaženja proteina i gena bi bila drastično manja.
Juliusova karijera vođena je akutnom sviješću o hitnoj kliničkoj potrebi za novim lijekovima koji bi mogli efikasno liječiti bol bez nuspojava i potencijala ovisnosti opioidnih lijekova.
Godine 1997. Juliusova laboratorija na UC San Francisco klonira i karakterizira TRPV1 koji je receptor za kapsaicin, hemikaliju u čili papričicama koja ih čini ljutim. Kapsaicin prvo čini da osjećamo toplinu, a u većim koncentracijama izaziva i bol. Ovo otkriće je pomoglo u razumijevanju molekularnih osnova bola.
Otkrili su da TRPV1 također otkriva toplinu odnosno da taj protein omogućava termocepciju. TRPV1 je dio velike porodice strukturno povezanih jonskih kanala TRP (skraćenica za transient receptor potential). Životinje kojima nedostaje TRPV1 gube osjetljivost na štetnu toplinu i kapsaicin. „Zapravo, ovi proteini, koji su jonski kanali zna površini naših ćelija nam omogućavaju da osjetimo toplinu i kreiraju signal koji će na kraju mozak obraditi tako da se sklonimo od izvora ove senzacije koja može ošteti naša tkiva“, objašnjava on.
Kada ne bismo osjetili toplotu, ne bismo se ni sklanjali od nje ako je prekomjerna, nego bismo se opekli.
„Bol je jedna od najvažnijih senzacija. Ako ne bismo imali bol, ne bismo se mogli zaštititi“, ističe Julius.
Zapravo, vrlo je interesantno to kako su neke biljke razvile molekule koje tjeraju napasnike da ne jedu plod, i kako se baš ta osobina dopala ljudima te zapravo uzgajamo ove biljke i radimo vještačku selekciju kako bismo proizveli ljuće varijetete.
Juliusova fascinacija molekulama iz biljaka životinja, molekulama poput mentola i kapsaicina, dovela ga je do toga da ih koristi kao podražaje ne bi li otkrio kako one stvaraju senzacije hladnoće i toplote koje su nam tako poznate. Prije ovih molekula, Julius se bavio i prirodom djelovanja psilocibina iz psilocibinskih halucinogenih gljiva te LSD-a na receptore u ljudskom organizmu.
Juliusova laboratorija također je klonirala i karakterizirala TRPM8 (CMR1) i TRPA1, oba člana iste superporodice proteina TRP. Pokazali su, kao i Patapoutianova laboratorija nezavisno, da TRPM8 detektira mentol i niže temperature, odnosno, radi suprotno od TRPV1. Neki drugi proteini iz ove porodice odgovorni su za recepciju vanilina, drugi se aktiviraju molekulama iz začina poput alicina iz bijelog luka te kamfora ili wasabija.
Kako jonski kanali omogućavaju osjet toplote i senzaciju ljutine čili papričica
TRP su kationski kanali koji, kada su otvoreni, dopuštaju pozitivno nabijenim jonima kao što su natrijum i kalcijum da pređu plazma membranu ćelija. To funkcioniše jer neuroni održavaju ionsku neravnotežu koja im daje ukupni negativni naboj u poređenju s vanjskim okruženjem. Kao rezultat toga, kada se otvori TRP natrij i kalcij ulaze u ćeliju, smanjujući negativni naboj ili polarizaciju. Dovoljno jaka depolarizacija može pokrenuti akcijski potencijal, koji omogućuje komunikaciju jednog neurona s drugim.
Molekularne osnove ovog osjećaja toplote su sve do otkrića spomenutih jonskih kanala bile slabo proučene. Rješavanje misterije kako ovaj protein zapravo živim bićima, pa i nama omogućava osjet toplote – ili čili papričica, bio je jedna od stvari kojima se posvetila njegova laboratorija.
„Kanal TRPV1 sastoji se od četiri identična proteina, ili podjedinice, koje se spajaju kako bi formirale kompleks u obliku kraofne na površini membrane senzornog neurona. Kada se kapsaicin veže na kanal, konformacijske promjene duž središnje pore proširuju 'rupu krofne' i na vrhu i na dnu kako bi se olakšao protok jona natrijuma i kalcijuma u ćeliju“, objašnjava Julius za Glas Amerike.
Zašto je važno proučavanje osjeta?
„Razlog zašto mislim da je ovo interesantno za sve je to što naš osjetilni sistem nama govori kako doživljavamo svijet. Sve ove stvari uzimamo zdravo za gotovo. Kada pogledamo boje, kažemo – ovo je lijepo, plavo, ružičasto, šta već. Kada pomirišemo neki parfem, kažemo miriše poput ruža. Ili dodirnemo vruću peć ili popijemo nešto hladno i znamo da je to vruće ili hladno, ali ne razmišljamo o tome zašto je to tako i ne cijenimo to“, govori Julius za Glas Amerike.
Razumijevanje toga kako osjećamo svijet oko sebe je put razumijevanja načina i kako spoznajemo svijet, jer je naša spoznaja dobrim dijelom zasnovana na čulima i iskustvu.
„Problem je što dosta ljudi zapravo ne zna postaviti pitanje zašto to radimo i kako to radimo. Za svakag ko radi na osjetilnom sistemu, proučavanje ovoga je put ka odgovorima na fundamentalna pitanja“.
