Medizin-Nobelpreis für drei Pioniere der Optogenetik

Der Nobelpreis für Medizin oder Physiologie geht dieses Jahr an drei Männer “für ihre Entdeckungen zu lichtgesteuerten Ionenkanälen und zur Optogenetik”. Das gab das Karolinska-Institut in Stockholm am Montag bekannt. Die Preisträger sind Karl Deisseroth aus den USA sowie die deutschen Forscher Peter Hegemann und Georg Nagel. Die Auszeichnung ist mit zwölf Millionen Schwedischen Kronen (1,06 Mio. Euro) dotiert. Die erste Vergabe der Nobelpreise jährt sich heuer zum 125. Mal.

“Die Mysterien des Gehirns haben die Menschheit über sehr lange Zeit beschäftigt” und die drei ausgezeichneten Wissenschafter hätten eine Tür dazu geöffnet, erklärte Abdel El Manira vom Nobelkomitee für Medizin und Physiologie bei der Bekanntgabe. Die Optogenetik – eine wissenschaftliche Methode, mit deren Entwicklung auch der an der University of Oxford (Großbritannien) tätige Oberösterreicher Gero Miesenböck (61) vielfach in Verbindung gebracht wird – habe sich zu einem Werkzeug entwickelt, mit dem Ursache und Wirkung mit einer Art “Kippschalter” im Nervensystem untersucht werden können.

Alge als Schlüssel zu Innovation

Der erste Schritt dorthin war in den 1990er-Jahren die Erkenntnis des am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried (Deutschland) arbeitenden Peter Hegemann (71), dass eine sehr einfache Grünalge namens Chlamydomonas über einen relativ einfachen Mechanismus in der Lage ist, in Richtung des einfallenden Lichts zu navigieren, erklärte El Manira. Der heute an der Humboldt-Universität Berlin tätige Hegemann und sein damals am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt arbeitender Kollege Georg Nagel (73) fanden heraus, dass das Kleinstlebewesen das mit einem lichtsensitiven Protein bewerkstelligte, das Kanalrhodopsin (Channelrhodopsin) genannt wurde. Wird dieses mittels Blaulicht angestrahlt, öffnet sich ein Kanal in dem auf der Zelloberfläche der Alge liegenden Protein. Damit war um das Jahr 2000 klar, dass man den lange gesuchten neuronalen Schalter gefunden hatte.

Dass dieser auch wissenschaftlich genutzt werden kann, sei auf Deisseroths (54) Arbeit Anfang der 2000er-Jahre an der Stanford University (USA) zurückzuführen. Er zeigte, dass das Protein tatsächlich zur Kontrolle von genetisch veränderten Nervenzellen (Neuronen) genutzt werden kann. Die Neuronen reagierten in Anwesenheit von Licht tatsächlich sozusagen “auf Zuruf in Millisekunden”. In der Folge wurde auch klar, dass sich über diesen Weg auch Verhaltensweisen in lebenden Organismen gezielt anstoßen lassen. In das Gehirn von Ratten wurde Licht über Glasfaserleitungen geleitet. Die dortigen veränderten Zellen, die Kanalrhodopsin ausbildeten, reagierten darauf und stießen beispielsweise komplexe Verhaltensweisen wie Flucht, Aggression oder Fürsorge an, so El Manira.

Weit angewendete Methode mit vielen Vätern

Die so entwickelte optogenetische Methode wurde daraufhin zu einem Verfahren, das weltweit Aufsehen auf sich zog. Mittlerweile sei es gelungen, “die Funktion von Nervenschaltkreisen zu entschlüsseln, die spezifischen Erinnerungen, Gefühlen und Verhaltensweisen zugrunde liegen”, heißt es. Das sei etwa für das Verstehen von neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen bedeutsam. Forschende würden das Verfahren einsetzen, um etwa das Sehvermögen von Menschen mit Einschränkungen wiederherzustellen. So machten Forschende im Jahr 2021 publik, wie ein damals 58-jähriger Mann, der infolge einer Netzhauterkrankung seit Jahrzehnten blind war, zum Teil wieder optische Reize wahrnehmen konnte. Sie machten bestimmte Nervenzellen in seiner Netzhaut mithilfe eines lichtempfindlichen Proteins wieder lichtempfindlich. Mit einer speziell entwickelten Brille konnte der Patient danach unter anderem Gegenstände erkennen und greifen. Im klinischen Zusammenhang stehe aktuell vor allem die Netzhaut im Fokus der Bemühungen um den Einsatz der Optogenetik. Im Bereich der Grundlagenforschung würden solche Ansätze großteils in Tiermodellen angewendet, hieß es bei der Bekanntgabe.

Im Zusammenhang mit der Methode wurden in den vergangenen Jahren eine ganze Reihe an Forschenden ausgezeichnet. So erhielten 2013 etwa Ernst Bamberg, Edward Boyden, Deisseroth, Hegemann, Miesenböck und Nagel den “Brain Prize” für die “Erfindung und Verfeinerung der Optogenetik”. 2019 ging etwa auch der “Warren Alpert Foundation Prize” neben Miesenböck an Boyden, Deisseroth und Hegemann. Diese Wissenschafter wurden in den vergangenen Jahren immer wieder als eventuelle Nobelpreiskandidaten gehandelt – am Montag wurde dies nun für drei davon zur Realität.

Drei Forscher mit “stärkstem Momentum” auf dem Gebiet

Bei seinen Anrufen mit den Neuigkeiten für die Preisträger habe der Generalsekretär der Nobelversammlung, Thomas Perlmann, einen “sehr müden” und “definitiv noch schlafenden” Deisseroth erreicht. Alle drei seien angesichts der Nachricht “sehr überrascht” gewesen und waren froh, die Auszeichnung nun zusammen entgegennehmen zu können. Auf die Frage, warum sich Miesenböck nicht unter den Ausgezeichneten befindet, erklärte Perlmann, dass man nicht kommentiere, wer den Preis letztlich nicht bekommen hat bzw. warum jemand diesen nicht bekommt. Ob der am 5. Juli 1965 in Braunau am Inn (OÖ) geborene Forscher dabei gewesen wäre, wenn man vier Personen auszeichnen könnte, könne er nicht beantworten, so der Generalsekretär.

Von einem “sehr, sehr verdienten” Nobelpreis für Deisseroth, Hegemann und Nagel sprach in einer Reaktion gegenüber der APA Wulf Haubensak vom Zentrum für Hirnforschung der Medizinischen Universität Wien. Die drei Forscher hätten die Entwicklung der Optogenetik mit dem “stärksten Momentum” geprägt, wenngleich das Komitee, das sich bei seiner Entscheidung auf bis zu drei Persönlichkeiten verständigen muss, durchaus “noch ein oder zwei Personen mehr” ehren hätte können. Die Möglichkeit, mit Licht Gehirnschaltkreise anzuregen, habe “die Grundlagenforscher natürlich total fasziniert.” Die Neurowissenschaften hätten einen Sprung nach vorne in der zeitlichen und räumlichen Präzision gemacht: Man sehe in Millisekunden, “was die Funktion dieses Schaltkreises ist”, sagte Haubensak: “Man kann mit Nervenzellen auf Augenhöhe kommunizieren.” Letztlich habe die Optogenetik das Potenzial, auch im klinischen Bereich Erfolge zu erzielen. So könne man sich auch vorstellen, dass damit “eine präzisere tiefe Hirnstimulation möglich wird”.

Preisvergabe am 10. Dezember

Im Vorjahr war der Medizin-Nobelpreis an Mary E. Brunkow und Fred Ramsdell aus den USA sowie Shimon Sakaguchi aus Japan gegangen – Forschende auf dem Gebiet der Immuntoleranz. Sie haben laut Nobelkomitee gezeigt, “wie das Immunsystem in der Balance gehalten wird”.

Die Bekanntgabe im Bereich Medizin leitete die Nobelpreis-Woche ein: Am Dienstag werden die Preisträger für Physik und am Mittwoch jene für Chemie mitgeteilt, Literatur folgt am Donnerstag, der Friedens-Nobelpreis am Freitag und am kommenden Montag sind die Wirtschaftswissenschaften dran. Die Auszeichnungen werden dann traditionell am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel, verliehen.

(S E R V I C E – )