Optogenetik-Pioniere mit dem Nobelpreis geehrt
Die Nobelversammlung am Karolinska-Institut in Stockholm hat am Montag den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2026 an Karl Deisseroth, Peter Hegemann und Georg Nagel verliehen. Die drei Wissenschaftler erhalten die Auszeichnung für ihre Entdeckungen zu lichtgesteuerten Ionenkanälen und für die Entwicklung der Optogenetik, eines experimentellen Verfahrens, mit dem Forschende lebende Nervenzellen mit Licht steuern können. Deisseroth ist Professor für Bioengineering, Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften an der Stanford University in Kalifornien. Hegemann forscht an der Humboldt-Universität zu Berlin, Nagel ist Professor an der Universität Würzburg. Ihre Arbeit begründete Methoden, die heute in Forschungslabors weltweit eingesetzt werden, um neuronale Schaltkreise mit Millisekunden-Genauigkeit zu kartieren.
Von einzelligen Algen zu lebenden Schaltkreisen
Die wissenschaftliche Grundlage begann mit Untersuchungen an Chlamydomonas, einer einzelligen grünen Alge, die Lichtquellen wahrnimmt und auf sie zuschwimmt. Während ihrer Arbeit am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt charakterisierten Nagel und Hegemann das Channelrhodopsin-2, ein lichtempfindliches Protein im Augenfleck der Alge. Das Molekül fungiert als Ionenkanal, der sich bei Lichteinfall öffnet und positive Ionen in die Zelle strömen lässt. Die Forscher überprüften diesen Mechanismus, indem sie die für das Protein kodierende Boten-RNA in Frosch-Oozyten injizierten und die daraus resultierenden elektrischen Ströme maßen. Nagel tat sich später mit Alexander Gottschalk zusammen, heute an der Goethe-Universität Frankfurt, um das Protein in Fadenwürmer einzubringen und zu beobachten, ob Lichtimpulse die körperliche Bewegung steuern können.
Alexander Gottschalk beschrieb den Moment, in dem das Licht eine Bewegung in der Kulturschale auslöste.
Es zuckte tatsächlich in der Kulturschale, als man das Licht einschaltete, und da war klar: Oh, das funktioniert!
- Hegemann und Nagel identifizieren Channelrhodopsin-2 in Chlamydomonas am Max-Planck-Institut
- Die Injektion von Boten-RNA in Froschzellen bestätigt messbare elektrische Ströme bei Beleuchtung
- Nagel und Gottschalk bringen das lichtempfindliche Protein in Fadenwürmer ein, um die Bewegung zu steuern
- Deisseroth nutzt virale Vektoren, um mikrobielle Opsine in Mäusehirnzellen einzuschleusen
- Die Nobelversammlung in Stockholm verleiht dem Trio den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin
Steuerung des Säugetiergehirns und medizinische Forschung
Deisseroth übertrug die Algenentdeckung in die Säugetierbiologie, indem er Gene für lichtempfindliche Opsine in harmlose Viren verpackte. Diese viralen Transportsysteme schleusen die genetischen Anweisungen in gezielt ausgewählte Neuronengruppen ein, sodass die Zellen die Ionenkanäle bilden. Treffen Strahlen blauen Lichts auf sie, öffnen sich die Kanäle und lassen positive Ionen einströmen, wodurch elektrische Impulse entstehen, die der natürlichen Hirnaktivität gleichen. Diese Technik ersetzte ältere elektrische Stimulationsmethoden, die große Hirnregionen erregten, ohne bestimmte Zelltypen auszuwählen. Die Optogenetik hat Wissenschaftlern geholfen, neuronale Schaltkreise zu analysieren, die Angst, Sucht, Durst, Nahrungsaufnahme, den zirkadianen Rhythmus, die Fieberentstehung und Schmerz regulieren. Sie hat auch die Laborforschung zu neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen vorangebracht, darunter Parkinson, Epilepsie, Depression, Schizophrenie und experimentelle Therapien zur Wiederherstellung des Sehvermögens.
Die Optogenetik ist ein Motor der Entdeckung. Sie wird genutzt, um komplexe Systeme auf der fundamentalen Ebene der Zellen zu untersuchen.
Psychiatrische Erkenntnisse und Ankündigungen aus dem Labor
Jenseits der Molekulartechnik führt Deisseroth eine aktive klinische Praxis und behandelt psychiatrische Patientinnen und Patienten – eine Erfahrung, die seine Versuchsplanung in Stanford prägt. Sein Labor führte kürzlich Versuche durch, bei denen die Herzfrequenz mit Licht manipuliert wurde, um zu prüfen, wie die Herzfrequenz kognitive Zustände und Entscheidungswege im Gehirn beeinflusst. Das Nobelkomitee benachrichtigte die Preisträger telefonisch kurz vor der Bekanntgabe um 11:30 Uhr in Stockholm am Montag. Deisseroth erhielt den Anruf am frühen Morgen in Kalifornien und informierte seine Familie zu Hause, während Nagel den Anruf auf einer Terrasse in einem italienischen Dorf entgegennahm, nach einem vorab gegebenen Hinweis eines ehemaligen Studenten.
Nagel äußerte sich zu seiner Reaktion, als er von der Entscheidung des schwedischen Komitees erfuhr.
Es ist ein schönes Gefühl, auch ein bisschen unglaublich. Ich hatte es wirklich nicht erwartet.