Der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2026 würdigte drei Wissenschaftler, die zur Entwicklung der Optogenetik beigetragen haben. Dieses Forschungsgebiet ermöglicht es Forschern, die Aktivität bestimmter Gruppen von Nervenzellen in einem intakten Gehirn mithilfe von Licht zu steuern. Die Preisträger sind Karl Deisseroth, Peter Hegemann und Georg Nagel.
Die Bedeutung der Technik liegt darin, dass sie ein grundlegendes Problem der Hirnforschung angeht: Wird eine Zellgruppe entfernt oder ein Nervengebiet geschädigt, kann sich das Gehirn anpassen oder es können Entwicklungsveränderungen auftreten. Dadurch wird es schwieriger, die ursprüngliche Funktion dieser Zellen zu bestimmen. Die Aktivierung oder Hemmung von Zellen im selben Tier und zu bestimmten Zeitpunkten ermöglicht dagegen eine unmittelbarere Prüfung des Zusammenhangs zwischen Zellaktivität und Verhalten.
Von einer einzelligen Alge zu einem neuronalen Werkzeug
Der wissenschaftliche Weg begann mit der Untersuchung einer einzelligen Alge namens Chlamydomonas, die sich dank eines lichtempfindlichen Flecks auf das Licht zubewegt. Peter Hegemann und seine Kollegen zeigten, dass ein Lichtblitz einen schnellen Einstrom von Ionen in die Zelle auslöst, und identifizierten anschließend Gene, die mit dieser Reaktion verbunden sind. In Zusammenarbeit mit Georg Nagel stellte sich heraus, dass die von diesen Genen produzierten Proteine Kanäle öffnen, die beim Auftreffen bestimmter Lichtwellenlängen den Durchtritt positiv geladener Ionen ermöglichen.
Diese Proteine wurden später als Channelrhodopsine bekannt. Nagel zeigte, dass die Gene, die für sie kodieren, in verschiedenen Systemen funktionieren können – von Froschembryonen bis hin zu kultivierten menschlichen Zellen. Außerdem zeigte er, dass ihre Aktivierung in den Nervenzellen des Wurms C. elegans dessen Verhalten verändern kann.
Was hat Deisseroth hinzugefügt?
Karl Deisseroth und sein Team an der Stanford University entwickelten die Nutzung dieser Proteine in Nervenzellen weiter und zeigten, dass der dadurch ausgelöste Ionenstrom in Nervenimpulse umgewandelt wird. Außerdem wurden Kanäle identifiziert, die auf unterschiedliche Wellenlängen reagieren, darunter Varianten, die den Eintritt negativ geladener Chloridionen ermöglichen und dadurch die Aktivität der Zellen hemmen, statt sie zu aktivieren.
Damit die Technik bei sich frei bewegenden Tieren eingesetzt werden kann, entwickelte das Team kleine Lichtquellen und flexible Lichtfasern, die im Gehirn platziert werden können. Werden diese Instrumente mit Genen verbunden, die in bestimmten Zelltypen aktiv sind, können Forscher testen, wie sich die Aktivierung oder Abschaltung dieser Zellen auf Gedächtnis, Schlaf, Sozialverhalten und andere Verhaltensweisen auswirkt.
Warum ist diese Nachricht wichtig?
Die Optogenetik ist längst keine begrenzte Laborleistung mehr, sondern zu einem breit eingesetzten Werkzeug in der neurowissenschaftlichen Forschung geworden. Die Quelle verweist auf Experimente, in denen damit die Mechanismen der Gedächtnisspeicherung und die Signale untersucht wurden, die Mäuse aus dem Schlaf wecken. Außerdem wurden mithilfe der Technik die Rollen spezialisierter Zellen im Fürsorgeverhalten gegenüber Jungtieren entschlüsselt. In einer begrenzten klinischen Anwendung wurden Channelrhodopsine eingesetzt, um bei einem Patienten, der an einer Form der Blindheit leidet, bei der Stäbchen- und Zapfenzellen geschädigt sind, einen Teil der Lichtwahrnehmung wiederherzustellen.
Auch die Grenzen sind klar: Die Technik bedeutet keine vollständige Kontrolle über das Gehirn, sondern zielt auf bestimmte Zellgruppen ab, nachdem geeignete Gene eingebracht und ein Lichtsystem eingesetzt wurden. Viele ihrer Anwendungen befinden sich weiterhin im Forschungsstadium, während das genannte klinische Beispiel eine begrenzte Möglichkeit, nicht jedoch eine umfassende Behandlung der Blindheit belegt.
Der Preis unterstreicht zudem die weiter reichende Bedeutung der Grundlagenforschung. Dieser Weg begann mit der Frage, wie sich eine Alge auf das Licht zubewegt – ohne unmittelbares Anwendungsziel – und führte schließlich zu einem Werkzeug, das die Erforschung des Gehirns neu gestaltet und Forschungswege mit Bedeutung für Gesundheit und Technik eröffnet hat.