Nobelpreis für Medizin: Sieg für die Grundlagenforschung

Ihre Methode ermöglicht es, die Tiefen des Gehirns zu erforschen. Für diese Leistung erhalten Peter Hegemann, Georg Nagel und Karl Deisseroth nun den Nobelpreis.

Er habe schon fast nicht mehr daran geglaubt, dass die Optogenetik doch endlich durch den Nobelpreis ausgezeichnet wird, sagt Markus Rothermel, Professor für Neurophysiologie und Optogenetik am Universitätsklinikum Magdeburg der taz am Telefon. Die Optogenetik hat als Methode die Neurowissenschaften revolutioniert. Mit ihr hat man eine Art lichtempfindlichen Schalter gefunden, mit dem einzelne Neurone an- und ausgeschaltet werden können.

Erst durch sie können Rothermel und viele weiteren Forschungsteams weltweit heute wirklich anfangen, das Gehirn und seine einzelnen Neuronen zu verstehen; wo Aufmerksamkeit entsteht, wie Nervenzellen Erinnerungen oder Gefühle formen. Diese Möglichkeit hat die Forschungswelt besonders drei Wissenschaftlern zu verdanken, die nun am Montag den Medizin-Nobelpreis erhielten: Peter Hegemann, Georg Nagel, beides Professoren in Deutschland und Karl Deisseroth, von der US-Universität Stanford.

Bereits in den vergangenen Jahren wurde die Optogenetik für den Nobelpreis gehandelt. Und imer wieder sollten zunächst andere Forschungsbereich gewürdigt werden. Und überhaupt brauchten die Forschenden einen langen Atem, bis ihre Erkenntnisse wirklich Anerkennung erhalten sollten.

Neugier und etwas Glück

Entscheidend für den Durchbruch waren, ganz klassisch eigentlich für die Forschung, Neugier und etwas Glück. Angefangen hat der Fachbereich nämlich gar nicht in der Neuobiologie. Es war die Grünalge Chlamydomonas, fündig in Pfützen, Teichen und Seen, die das Interesse von Peter Hegemann geweckt haben. Sie hat einen roten Augenfleck und kann sich immer dahin bewegen, wo die Lichtverhältnisse zur Photosynthese am besten sind.

Das ermöglicht ein Photorezeptor im Augenfleck, der dem menschlichen Sehpigment Rhodopsin ganz ähnlich ist. Das Algenrhodopsin ist in die Zellmembran eingebaut, die Barriere, die die Zelle zur Außenwelt abgrenzt und es bildet einen Kanal. Fällt Licht darauf öffnet sich der Kanal, der positiv geladene Teilchen von der einen auf die andere Seite durchschleust und so eine elektrische Spannung erzeugt. Ganz ähnlich funktionieren auch die Kanäle im Gehirn, die Neuronen aktivieren und Signale übertragen.

Doch an die lichtempfindlichen Ionenkanäle wollten viele For­schungs­kol­le­g*in­nen lange nicht glauben. Erst 2002 gelang Peter Hegemann und zusammen mit Georg Nagel, der zu der Zeit Forschungsgruppenleiter am Frankfurter Max-Planck-Institut für Biophysik war, zusammen der Durchbruch gelang. Sie konnten zeigen, dass der Kanal tatsächlich in Millisekunden elekritsche Signale auslöste.

Ihre Ergebnisse interessiert auch den US-amerikanischen Neurowissenschaftler und Psychiater Karl Deisseroth. Ihm gelingt es schließlich den lichtempfindlichen Kanal in Neuronen und später sogar in das Gehirn einer lebendigen Maus einzubauen, indem er die entsprechenden Gene für den Lichtkanal einbrachte. Und tatsächlich: Abhängig von Licht können plötzlich Neuronen an- oder ausgeschaltet werden.

Ein echter Blick ins Gehrin

Ihre Methode ermöglicht endlich einen echten Blick ins Gehirn und Antworten auf die Fragen: Wie entstehen Erinnerungen, wie bilden sich Emotionen und wie entsteht Aufmerksamkeit. An letzterem forscht Markus Rothermel am Uniklinikum Magdeburg. Bis heute weiß man immer noch nicht, wie das Gehirn eigentlich funktioniert. Auch, weil die einzelnen Komponenten, die kleinen elektrischen Einheiten namens Neuronen nicht im Einzelnen angesteuert werden konnten.

Die Methoden waren schlicht grob: Elektrische Impulse stimulierten immer nur Bereiche und darin alle Neuronen, wobei diese ganz unterschiedlichen Funktionen haben können. So können in einem Bereich Neurone liegen, die Nervensignale aktiv weitersenden und andere, die es abblocken.

Daher konnten Forschende lange Zeit nur Korrelationen aufstellen, aber keine Kausalität nachweisen. Sie wussten: Wenn sich ein Versuchstier oder Mensch so verhält, sehen wir in dem Bereich eine Aktivität. So konnte zum Beispiel Rothermels Arbeitsgruppe wissen, dass die Region, die sie untersuchen im Gehirn wichtig für aufmerksamkeitsabhängige Prozesse ist.

Aber lange konnten sie nicht beweisen, dass die Aktivität einer bestimmten Neuronenart in diesem Bereich des Gehirns dazu führt, dass ein Versuchstier sich in einer bestimmten Weise verhält. Durch die Optogenetik geht genau das. Dabei können die Forschenden genau programmieren, in welchen Nervenzellen die lichtempfindlichen Kanäle aktiv sind und diese Zellen gezielt manipulieren.

Durch Optogenetik wieder sehen können

Auch in der klinischen Anwendung ist das möglich, weiß Johannes Vierock. Er hat die vielen Erfolge ganz nah bei Peter Hegemann erlebt. Angefangen im Bachelorstudium hat er von 2009 bis 2022 in seinem Labor gearbeitet, schließlich bis zum Doktor. Nun arbeitet er zu Anwendungen bei Seh- und Hörverlust als Professor an der Uniklinik Göttingen.

Bereits die letzten Jahre hätten die anderen im Feld immer wieder darauf geschielt, ob Hegemann den Anruf vom Nobelkomitee bekäme. Nun seien alle, die in diesem Feld weltweit zusammenarbeiteten sehr aufgeregt. „Besonders schön“, findet er, „dass der Nobelpreis den Fokus auf die Grundlagenforschung legt.“ Er zeigt, dass es sich lohnt, sich mit den kleinsten Sachen zu beschäftigen und der ganzen Welt.“

Denn die Entdeckung wurde in einem Bereich gefunden, der wirklich nicht auf Neuroforschung schließen lässt. Mit der Frage, wie Algen das Licht wahrnehmen. „Dass diese Alge mal eine Rolle fürs Gehirn spielen würde, das hätte niemand gedacht“, sagt er. Und auch nicht dass durch sie, wie 2021 erstmals gezeigt, erblindete Menschen wieder rudimentär Sehen könnten. Dass da noch mehr geht, daran forscht nun Viereck weiter. Und auch in Bereich von Parkinson, Schizophrenie und Epilepsie könnte in Zukunft die Technik womöglich mal eine Rolle spielen.

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