Il Nobel che spiega come le cellule recepiscono gli stimoli

Ardem Patapoutian e David Julius sono stati insigniti del premio Nobel per la fisiologia e la medicina. Perché? Qual è stato il loro contributo? Proviamo a capirlo insieme. Per farlo, partiamo dalla percezione dell’ambiente che ci circonda e di noi stessi. Se ci riflettiamo, questa percezione è ciò che imprescindibilmente caratterizza la nostra esperienza di vita: in una giornata al mare, noi sentiamo il vento sulla pelle, il caldo del sole sul viso, e se abbiamo la sfortuna di urtare i tentacoli di una medusa, il bruciore che questi ci causano è un allarme immediato che richiama la nostra attenzione sul pericolo. Magari, tornati sulla spiaggia, per consolarci potremmo assaggiare qualcosa di piccante e sorseggiare qualcosa di fresco – foglie di menta – per aumentare la sensazione di ristoro. Ecco, queste sono tutte sensazioni che in noi evocano in modo immediato esperienze vitali del nostro ambiente; e a rifletterci, siamo costantemente immersi in questo mondo percettivo. Sensazioni piacevoli associate a comportamenti vantaggiosi, e spiacevoli associate a pericoli e danni, sono una guida di base che non richiede cognizione, per cavarcela nel mondo complesso in cui viviamo; e proprio perché non richiedono cognizione (almeno non nel senso di processo cosciente), l’equivalente di questo tipo di sensazioni è condiviso da tutti gli organismi viventi, persino da quelli unicellulari (protozoi e batteri sono in grado di fuggire stimoli irritanti, come un acido o temperature elevate).

Se è agevole comprendere come la percezione di stimoli come questi sia vantaggiosa per ogni organismo vivente, è molto più difficile immaginare quale sia il meccanismo che ne permette l’esistenza. Come fa un protozoo o la nostra pelle a percepire una temperatura elevata? Come mai sentiamo il sapore piccante, il fresco del mentolo o uno stimolo doloroso? Di certo, se c’è percezione a livello di cellule, quello che deve avvenire è che qualche stimolo ambientale sia intercettato da un meccanismo preciso e provochi un cambio dello stato interno della cellula, cioè una reazione allo stimolo. Devono quindi esistere dei sensori in grado di reagire agli stimoli esterni, causando poi il cambio dell’ambiente intracellulare in un modo che provochi una reazione appropriata. 

Le cellule non hanno lingua, non hanno pelle, non hanno mani: come fanno a percepire piccante, mentolo, calore, pressione? Ecco: questa è precisamente la domanda a cui il lavoro di Patapoutian e Julius ha dato un’importante risposta. In sostanza, i sensori delle cellule sono proteine specializzate, chiamate canali ionici perché si comportano da microscopici canali, che possono essere aperti o chiusi, per far fluire ioni (in questo caso di carica positiva) all’interno della cellula. Lo stato di apertura o chiusura di questi canali può essere determinato da stimoli quali la temperatura o il legame con molecole corrispondenti al gusto di piccante o altri stimoli ancora; così per esempio il canale ionico caratterizzato dai due ricercatori, la proteina chiamata TRPV1, si apre o chiude in presenza di alta temperatura o quando lega la capsaicina, la molecola corrispondente al gusto di piccante dei peperoncini. Quando il canale ionico si apre o si chiude, cambia il flusso di ioni (per esempio ioni calcio) fra l’interno e l’esterno della cellula, ciò significa che cambia il livello di quello ione all’interno della cellula. Potremmo dire che l’interno della cellula diventa più o meno “salato”; e questo a sua volta è un cambiamento di stato che comporta la modifica della forma e delle funzioni di una moltitudine di diverse proteine intracellulari, cioè degli attuatori della risposta della cellula, oppure, nel caso, il cambiamento di potenziale elettrico di un neurone (perché gli ioni sono carichi, e quindi la loro quantità interna ed esterna alla cellula determina una differenza di potenziale elettrochimico fra interno ed esterno della membrana della cellula, come in un microscopico condensatore).

Ecco perché, quindi, Patapoutian e Julius sono stati premiati: non perché hanno capito come mai la minestra nel piatto scotta, un pizzicotto crea dolore, la ’nduja calabrese è saporita e le mentine ci rinfrescano, ma perché hanno reso possibile immaginare come ogni cellula può percepire stimoli dannosi o utili fra quelli più importanti, con ciò guadagnando un vantaggio darwiniano notevolissimo e radicando la base per comportamenti complessi di adattamento dell’individuo a quanto accade nel mondo che lo circonda.