Ishmail Abdus-Saboor był zafascynowany różnorodnością świata przyrody już jako chłopiec dorastający w Filadelfii. Zafascynowały go spacery na łonie natury, na które uczęszczał pod okiem swojego nauczyciela z trzeciej klasy, pana Moore’a. „Musimy wchodzić w interakcję z dziką przyrodą i widzieć zwierzęta w ich naturalnym środowisku” – wspomina. Abdus-Saboor sprowadził także menażerię stworzeń – kotów, psów, jaszczurek, węży i ​​żółwi – do swojego trzypiętrowego domu, a swoje kieszonkowe zaoszczędził na zakupie magazynu, w którym uczył się o żółwiach. Kiedy dorośli pytali go, kim chce zostać, gdy dorośnie, „Powiedziałem, że chcę zostać naukowcem” – odpowiedział. „Zawsze podnosiłem brwi”.

Abdus-Saboor nie odstępował od tego celu. Dziś jest profesor nadzwyczajny nauk biologicznych w Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behaviour Institute na Uniwersytecie Columbia, gdzie studiuje jak mózg określa czy dotyk skóry jest bolesny czy przyjemny. „Chociaż to pytanie ma fundamentalne znaczenie dla ludzkiego doświadczenia, jego wyjaśnienie z zadowalającymi szczegółami molekularnymi pozostaje zagadkowe” – powiedział. Ponieważ skóra jest naszym największym narządem zmysłów i głównym kanałem kontaktu z otoczeniem, może zawierać wskazówki dotyczące leczenia schorzeń, od przewlekłego bólu po depresję.

Aby znaleźć te wskazówki, Abdus-Saboor bada układ nerwowy w każdym miejscu na osi skóra-mózg. Nie skupia się wyłącznie na skórze ani na mózgu, jak robi to wielu innych. „Łączymy te dwa światy” – powiedział. Dodał, że podejście to wymaga opanowania dwóch zestawów technik, przeczytania dwóch zestawów literatury i uczestnictwa w dwóch zestawach spotkań naukowych. „To daje nam wyjątkową przewagę” – powiedział. Doprowadziło to do papier rozpoznawczy opublikowany w zeszłym roku w Komórka który rozplanował cały obwód neuronowy dla przyjemnego dotyku.

Abdus-Saboor był także pionierem nowa ilościowa miara bólu na myszach – narzędzie, które on i jego zespół zaadaptowali do gromadzenia dowodów na międzypokoleniowe dziedziczenie uzależnienia od opioidów. Wyniki jego badań na gryzoniach wskazują, że nadmierne używanie opioidów przez rodziców może zmienić ekspresję genów w sposób, który naraża dzieci na ryzyko.

Abdus-Saboor, zdobywca licznych nagród za swoje osiągnięcia, został powołany do klasy inauguracyjnej Instytutu Medycznego Howarda Hughesa Naukowcy Freemana Hrabowskiego w maju ubiegłego roku. Nagroda zapewnia w ciągu dziesięciu lat do 8.6 miliona dolarów wschodzącym gwiazdom badaczy rozpoczynających karierę, których laboratoria wspierają różnorodność i włączenie społeczne.

Quanta rozmawiał z Abdusem-Saboorem o jego skłonności do rozpoczynania nauki od nowa, chwili eureki danio pręgowanego i nadziejach związanych z nowo importowaną kolonią nagich kretoszczurów. Wywiady zostały skrócone i zredagowane dla przejrzystości.

Czy gdy byłeś dzieckiem, rodzice wspierali Twoje zainteresowanie naukami ścisłymi?

Z pewnością tak. Zacząłem dostawać zwierzęta w prezencie urodzinowym, bo widzieli, jak bardzo jestem nimi zafascynowany. Szybko do liceum. W dziewiątej klasie rodzice pozwolili mi zająć trzecie piętro naszego domu na potrzeby całorocznego projektu Science Fair, który realizowałem z wyróżnieniem z biologii. Wszędzie miałem setki raków. Moi rodzice nie są naukowcami, ale bardzo wspierali moje eskapady i przygody w sferze naukowej.

Co robią twoi rodzice?

Moja mama jest dyrektorem finansowym w firmie księgowej. Mój tata był aktuariuszem, zanim przeszedł na emeryturę. Więc możliwe, że odziedziczyłem skłonność do matematyki. Aby przybliżyć ból zwierzęcia, wykonujemy modelowanie statystyczne w celu skondensowania jego cech behawioralnych w jedną, łatwą do odczytania skalę. Mój tata przychodzi na niektóre moje wykłady i chociaż biologia często go przerasta, bardzo ekscytuje się matematyczną częścią mojej pracy.

Jak studia wpłynęły na Twoją karierę?

Uczęszczałem do historycznie czarnej uczelni, North Carolina A&T. Pochodzę z rodu ludzi, którzy studiowali na tego rodzaju uniwersytetach. Moi rodzice studiowali na Uniwersytecie Howarda. Podobnie moja ciocia. Wujek studiował w stanie Wirginia, a mój dziadek na Uniwersytecie Lincolna. Nie wiem, czy miałam wybór, jak tylko studiować na którejś z tych uczelni.

Mimo to uważam, że była to mądra decyzja. Zwiększyło moją pewność siebie, gdy zobaczyłam, że ludzie wyglądający jak ja naprawdę dobrze sobie radzą. Kultura uczelni ma charakter pielęgnujący, a nie konkurencyjny. Członkowie wydziału troszczą się o Ciebie. Uczniowie współpracują ze sobą i chcą, aby wzajemne sukcesy odnosiły sukcesy.

Robiłeś badania na studiach?

Tak. Wiedziałem, że doświadczenie badawcze jest ważne, więc przez pierwszy miesiąc na kampusie chodziłem od drzwi do drzwi, prosząc wykładowców o możliwości prowadzenia badań. Zatrudniono mnie do pracy na fermie trzody chlewnej. To zabawne, bo nie jem wieprzowiny, ale badałem, czy zmiana diety świń wpływa na smak ich mięsa.

Flirtowałem wtedy z myślą o zostaniu weterynarzem. Tak więc na drugim roku pracowałam w szpitalach weterynaryjnych zajmując się sterylizacją, kastracją i czyszczeniem zwierząt. Wtedy zdałem sobie sprawę, że nie było tego dreszczyku emocji, który czułem jako dziecko w kontaktach z nauką. Nie zakochałam się w tej pracy.

Ale pomiędzy pierwszym a ostatnim rokiem studiów pracowałem w laboratorium biologii molekularnej na Uniwersytecie Pensylwanii i zapaliła się żarówka. Pomyślałem: „Wow, ludziom płacą za myślenie o wielkich pomysłach i próbę znalezienia rozwiązań problemów ważnych dla ludzkiego zdrowia”. Pamiętam, jak mówiłem rodzicom: „To jest to. Chcę zdobyć doktorat. w biologii molekularnej.”

Co skłoniło Cię do studiowania przyjemności i bólu?

To była trochę kręta droga. Zdobyłem doktorat. na Uniwersytecie Pensylwanii badający szlak molekularny u glisty, który bierze udział w rozwoju komórkowym. Geny białek tego szlaku są zmutowane w co najmniej 30% ludzkich nowotworów. Moja praca pokazała, jak te szlaki kontrolują podstawowy typ i kształt komórki. Byłem pierwszym w tym laboratorium, który badał tę ścieżkę, więc musiałem zbudować wiele narzędzi od podstaw. To był temat przez całą moją karierę: lubię wyznaczać nowe kierunki.

Następny kurs, który zaplanowałeś, zaprowadził cię do neurologii. Dlaczego?

Wydawało się, że neurobiologia przeżywa swój złoty wiek. Ludzie z różnych dziedzin spotykali się, aby badać mózg, wydawało się jednak, że wciąż jest więcej pytań niż odpowiedzi, więc mam szansę wywrzeć wpływ. Zająłem się neuronauką sensoryczną po części ze względu na jej logiczną prostotę: receptory w skórze zostają aktywowane, a następnie po serii przekaźników w jakiś sposób dochodzi do percepcji w mózgu. Spośród układów zmysłów dotyk jest najmniej zbadany. Niektóre z najważniejszych pytań są nadal otwarte.

Jak nadrabiałeś braki wiedzy?

Na początku nie miałem pewności co do mojego braku formalnego wykształcenia. Jako postdoc nigdy nie brałem udziału w zajęciach z neurologii. Na spotkaniach i rozmowach z neurologami często stwierdzałem, że nie nadążam. Nie znałem żargonu. Ale spotykałem się regularnie z Michaela Nusbauma, dyrektora ds. badań biomedycznych w Penn, po tym, jak poprosiłem go, aby został moim mentorem. Któregoś dnia w swoim biurze zaproponował mi korepetycje z neurologii. Przez dwie godziny tygodniowo przez ponad rok omawialiśmy artykuły z neurologii, począwszy od lat 1970. i 1980. XX wieku. W ten sposób nauczyłem się neurobiologii. Ośmieliło mnie to powiedzieć: „OK, jestem neurobiologiem”.

Jestem Afroamerykaninem. Mikey Nusbaum to biały Żyd z Nowego Jorku. Czasami ludzie, którzy najbardziej Cię wspierają, mogą nie mieć bezpośredniego związku z Tobą i Twoją kulturą.

Jak wymyśliłeś skalę bólu?

Ze względu na moją pracę w bólu cofnąłem się o krok. Jeśli mielibyśmy wykorzystać myszy do badania bólu i potencjalnie opracować nowe leki przeciwbólowe, musielibyśmy najpierw odpowiedzieć na pytanie: skąd wiemy, że zwierzę odczuwa ból? Tradycyjnie badacze sprawdzają, jak często zwierzę wycofuje łapę pod wpływem bodźca, ale zwierzęta poruszają łapami z różnych powodów. A ponieważ nie było standaryzacji, różne laboratoria decydowały, że ten sam bodziec jest nieszkodliwy, bolesny lub bardzo bolesny, w zależności od eksperymentu. Powiedziałem więc: „Musimy opracować zupełnie nowy system”.

Skąd wziąłeś na to pomysł?

Pomysł wziąłem od Michaela Granato, neurolog z Penn, którego laboratorium znajdowało się blisko naszego. Badał akustyczną reakcję zaskoczenia u larw pręgowanego pręgowanego. Poszedłem na spotkanie laboratoryjne, na którym Roshan Jain, wówczas postdoc w laboratorium Granato, a obecnie wykładowca w Haverford College, mówił o wykorzystaniu szybkiej wideografii do rejestrowania ruchów reakcji, które są zbyt szybkie, aby można je było dostrzec gołym okiem. Zdałem sobie sprawę, że moglibyśmy zastosować to samo podejście do zarejestrowania ruchów zwierzęcia w odpowiedzi na bodziec skórny i wykorzystać te ruchy do przybliżenia bólu zwierzęcia. To otworzyło zupełnie nowy świat.

Gdybym nie poszedł na to spotkanie z naukowcem zajmującym się rybami zebry, nigdy bym nie wpadł na ten pomysł. Nadal chodzę na wykłady i słucham, jak ludzie mówią o robakach, muchach, rybach, drożdżach, bakteriach – co tylko chcesz – bo może nauczę się czegoś, co będę mógł wykorzystać w naszej pracy. Wstyd współczesnej nauki polega na tym, że każdy jest nadmiernie skupiony na swoim systemie, swoim podejściu, swoim organizmie, swojej dyscyplinie. Może stłumić innowacje, jeśli ludzie nie są wszechstronnie przeszkoleni i nie wychodzą poza swoją strefę komfortu.

Jak powiązałeś ruchy myszy z jej doświadczeniem, aby stworzyć skalę do pomiaru bólu?

Najpierw sprawdziliśmy, że bodziec uważany za nieszkodliwy, taki jak dotyk miękkiego pędzla do makijażu, aktywował neurony dotykowe w skórze zwierzęcia, a ukłucie skóry igłą aktywowało neurony bólowe. Następnie rejestrowaliśmy ruchy zwierzęcia w reakcji na każdy bodziec. W przypadku bólu zwierzę krzywiło się, szybko cofało łapę i energicznie nią potrząsało. Każdemu rodzajowi ruchu, szybkości cofania i liczbie drgań łapy podaliśmy wartość liczbową. Następnie nadaliśmy każdej liczbie wagę liczbową, wartość własną, opartą na tym, jak ważna jest dana cecha dla poziomu bólu, a następnie połączyliśmy ważone wartości w jedną ilościową miarę bólu.

Jak widzisz wykorzystanie tego nowego narzędzia?

Są dwie rzeczy, którymi jesteśmy bardzo podekscytowani. Jednym z nich jest badanie zmienności genetycznej jako przyczyny bólu. Globalna populacja ludzka ma bardzo zróżnicowaną wrażliwość na ból. Część z tego ma podłoże społeczno-kulturowe, ale część jest w DNA. Na przykład ludzie, którzy w ogóle nie odczuwają bólu, mają mutacje genetyczne leżące u podstaw tej cechy. W moim laboratorium wykorzystaliśmy naszą skalę bólu do pomiaru wrażliwości na ból około 20 różnych szczepów myszy. Zidentyfikowaliśmy myszy, które słabo reagują na ból i inne, które są nadwrażliwe. Używamy metod mapowania genetycznego, aby znaleźć nowe geny, które mogą leżeć u podstaw wrażliwości na ból.

Jesteśmy również bardzo podekscytowani tym, jak mózg kontroluje przejście od bólu ostrego do przewlekłego. Używamy naszej skali bólu do pomiaru poziomu bólu u myszy, a następnie wykonujemy migawkę aktywności mózgu myszy za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego. Codziennie obrazujemy zwierzęta, aby znaleźć wzorce aktywności mózgu, które leżą u podstaw przejścia od bólu ostrego do przewlekłego. Gdy je znajdziemy, możemy spróbować je zmienić, aby zmienić przebieg bólu przewlekłego. Interesują nas zarówno emocjonalne, jak i zmysłowe komponenty tego bólu.

Czy uczyłeś się dotyku, który również nie jest bolesny?

Tak, w naszym ostatnim Komórka papieru, przeszliśmy od skóry do mózgu, aby wyjaśnić, dlaczego niektóre formy dotyku dają satysfakcję.

To niesamowite, że nie zrobiono tego wcześniej.

Molekularne badania dotyku są wciąż w powijakach. Cechy molekularne różnych klas neuronów dotykowych zostały zidentyfikowane dopiero pod koniec XXI wieku. Od tego czasu wiele uwagi poświęcono dotykowi różnicującemu, czyli rodzajowi dotyku używanemu do odróżnienia ćwiartki od dziesięciocentówki na podstawie tekstury. Dotyk społecznego głaskania był bardzo słabo zbadany.

Jak rozpoczął się ten projekt?

David Andersongrupa z Kalifornijskiego Instytutu Technologii podała w 2013 roku, że niektóre komórki skóry reagują na delikatny dotyk. Nie powiązali jednak tych komórek z żadnym naturalnym zachowaniem ani nie powiązali ich z mózgiem. Przeczytałem artykuł i postanowiłem spróbować wypełnić te luki. Na ostatnim roku studiów postdoktorskich zmodyfikowałem genetycznie myszy tak, aby miały neurony delikatnego dotyku, które reagowały na niebieskie światło. Mój plan polegał na stymulacji neuronów niebieskim światłem i zobaczeniu, co zrobią myszy.

Kiedy w 2018 roku założyłem własne laboratorium, byliśmy gotowi na rozpoczęcie tych eksperymentów. Wciąż pamiętam dzień, w którym studenci przyszli do mojego biura, aby pokazać mi, co znaleźli. To był taki moment eureki. Kiedy aktywowaliśmy neurony przez skórę na grzbietach myszy, zwierzęta zachowywały się tak, jakby je w tym miejscu głaskano. To zapoczątkowało cały projekt. Przeprowadziliśmy znacznie więcej testów behawioralnych i prześledziliśmy ścieżkę dotyku społecznego od skóry, przez rdzeń kręgowy, aż do ośrodków nagrody w mózgu.

Czy odkrycie tej ścieżki „skóra do mózgu” ma jakieś implikacje medyczne?

Tak, skóra jest dobrym celem terapeutycznym. Jest łatwo dostępny i stanowi bezpośrednią drogę do tej części mózgu, która sprawia, że ​​czujemy się dobrze. Co by było, gdybyśmy mogli włączyć te neurony za pomocą kremu do skóry, aby poprawić zdrowie psychiczne – powiedzmy, aby zrównoważyć szkody spowodowane izolacją społeczną lub leczyć stany lękowe lub depresję? Kiedy w grudniu wygłosiłem wykład na ten temat, obecni na sali psychiatrzy i neurofarmakolodzy byli bardzo entuzjastycznie nastawieni do potencjału terapeutycznego.

Masz kolonię nagich kretoszczurów. Co z nimi robisz?

Nagie kretoszczury pochodzą z Afryki Wschodniej. Żyją pod ziemią i są zasadniczo ślepe, w dużym stopniu polegają na dotyku, a do poruszania się po norach i interakcji używają włosków przypominających wąsy. Dotyk zajmuje obszar mózgu trzy razy większy niż u innych ssaków. Wierzymy, że dotyk jest ważny dla kształtowania ich wspólnej struktury społecznej.

Nas też one interesują, bo kretoszczury nie odczuwają niektórych form bólu. Na przykład nie wykazują reakcji bólowej na cząsteczkę kapsaicyny, aktywny składnik ostrej papryki, która jest dość bolesna dla większości ssaków. Mają w skórze receptory reagujące na kapsaicynę, więc stawiam hipotezę, że zwierzęta mają szlaki mózgowe, które łagodzą ból. Jeśli uda nam się znaleźć i wykorzystać te sygnały, być może znajdziemy nowy sposób blokowania bólu.

Jakie przeszkody natury naukowej, społecznej czy kulturowej musiałeś pokonać jako młody badacz?

Ogólnie rzecz biorąc, miałem szczęście, że miałem mentorów i współpracowników wszystkich ras, narodowości i płci, którzy we mnie wierzyli i mnie wspierali. Miałem więcej szczęścia niż inne niedostatecznie reprezentowane mniejszości, które pracowały w naprawdę trudnych warunkach i z tego powodu nie ma ich tutaj dzisiaj.

To powiedziawszy, nie przeszedłem bez szwanku. Policja uniwersytecka zatrzymała mnie i nękała, ponieważ uważała, że ​​nie pasuję do kampusu. Zatrzymano mnie we własnym budynku i wezwano władze. Większość innych czarnych naukowców, których znam, miała bardzo podobne doświadczenia. Takie rzeczy dzieją się nie tylko na uniwersytecie, ale także w okolicy, w której mieszkam, a kiedy mają miejsce, nie czują się dobrze i mogą powodować złość i frustrację. Ale zawsze miałem grupę ludzi, którzy mnie wspierali i pomogli mi przetrwać stosunkowo niewiele razy w mojej karierze, kiedy doświadczyłem tego rodzaju jawnego rasizmu.

Czy masz radę dla początkujących czarnych naukowców?

Niebo jest granicą. Nie bądź zgorzkniały, jeśli rozejrzysz się i nie zobaczysz wielu ludzi wyglądających jak ty, ponieważ to się zmienia. Otaczaj się dobrymi ludźmi. Czasami ci ludzie będą wyglądać jak Ty, ale nie zdziw się, jeśli niektórzy z Twoich największych zwolenników nie będą. Bądź otwarty i nawiązuj właściwe kontakty.

I nie niszcz własnych marzeń. Potrzebujemy ludzi ze wszystkich środowisk i środowisk, ponieważ mamy przed sobą trudne problemy. Zachęcam czarnych naukowców i każdą osobę zainteresowaną tą pracą: jeśli kochasz ją i masz pasję, zrób to.