Optogenetik-Pioniere ausgezeichnet

„Peter Hegemann und Georg Nagel erhalten den 2013 Louis-Jeantet-Preis für Medizin für ihre Entdeckung von Ionen-Kanälen, die durch Licht aktiviert werden können. Sie haben damit eine neue und vielversprechende Disziplin auf dem Gebiet der Neurowissenschaften eröffnet: die Optogenetik.“ Mit diesen Worten hat die Louis-Jeantet-Stiftung begründet, warum sie in diesem Jahr ihren Preis an die beiden deutschen Wissenschaftler vergeben hat.

Nervenzellen, die sich gezielt mit Licht steuern lassen und die der Wissenschaft damit völlig neue Wege eröffnen: Das ist das Ergebnis einer Reihe von Forschungsarbeiten, deren Ursprung in den 80er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts liegt und die das völlig neue Forschungsgebiet der Optogenetik eröffneten.

Pioniere auf diesem Gebiet waren neben anderen Georg Nagel und Peter Hegemann. Die beiden teilen sich nun den mit 700.000 Schweizer Franken – umgerechnet rund 564.000 Euro – dotierten Preis. Der überwiegende Teil davon, nämlich 625.000 Euro ist für Forschungsprojekte vorgesehen; 75.000 Euro sind für den persönlichen Gebrauch gedacht, teilt die Stiftung mit.

Ein Lichtschalter für Zellen

Eine Süßwasseralge und ein Salzsee-Archaebakterium standen am Anfang der Arbeiten. Beide besitzen Lichtsinnesproteine zur Orientierung und Energiegewinnung, sogenannte Rhodopsine. Nagel und Hegemann konnten im Jahr 2002 als Erste zeigen, dass es Rhodopsine gibt, die direkt durch Licht gesteuerte Ionenkänale sind, und bezeichneten sie deshalb als Channelrhodopsine.
Durch Ionenkanäle leiten Zellen elektrische geladene Teilchen durch ihre Zellmembran ins Zellinnere hinein oder in den extrazellulären Raum hinaus. Nervenzellen nutzen diesen Mechanismus beispielsweise für die Signalweiterleitung von Sinnesempfindungen ans Gehirn und zur Steuerung der Muskeln.

Algen-Gen in Tierzellen

Was die Wissenschaftler nun machten: Sie injizierten die Erbinformation für Rhodopsine in die Zellen verschiedener Tierarten und stellten fest, dass die Zellen anschließend deutlich und schnell auf Belichtung reagierten. Das Membranpotenzial dieser Zellen änderte sich; elektrisch geladene Teilchen waren durch die Channelrhodopsine gewandert. Beispielsweise aktivierte Georg Nagel zusammen mit Ernst Bamberg (Max-Planck-Institut für Biophysik, Frankfurt) und Alexander Gottschalk (Universität Frankfurt) Channelrhodopsine in den Nervenzellen des Fadenwurms Caenorhabditis elegans und Peter Hegemann gemeinsam mit Stefan Herlitze von der Universität Bochum Channelrhodopsine in Hühnerembryos und Mäusen.

„Wir haben frühzeitig das Potenzial der Channelrhodopsine als Werkzeuge für die Neurobiologie und eventuelle biomedizinische Anwendungen erkannt“, erinnert sich Georg Nagel heute. Die Wissenschaftler dokumentierten deshalb noch im Jahr 2002 ihre Ideen in einem Patent, das erst vor Kurzem an eine große pharmazeutische Firma für einen gentherapeutischen Ansatz zur Behandlung von neurodegenerativen Augenkrankheiten auslizensiert wurde.

Ein neues Werkzeug für die Wissenschaft

„Mit den Channelrhodopsinen haben Neurobiologen ein neues Werkzeug erhalten, das unser Verständnis des Nervensystems bereits weiter vorangebracht hat und das hoffentlich in nicht allzu ferner Zukunft auch zu neuen Therapien führt“, sagt Nagel. Wissenschaftler können mit dieser Technik heute beispielsweise Nervenzellen mit lichtempfindlichen Proteinkanälen und Ionenpumpen versehen und dadurch mit Licht gezielt steuern.

Auf diese Weise können sie die Grundlagen neurologischer Erkrankungen wie Epilepsie, Parkinson, Depression oder Altersblindheit erforschen. Mit verschiedenfarbigem Licht können sie Nerven- und Muskelzellen an- und abschalten und so im Detail untersuchen, wie Nervenzellen Verhaltensweisen wie Bewegung, Furcht oder soziales Verhalten erzeugen und wie Lern- und Gedächtnisvorgänge ablaufen.

Die Begründung der Stiftung

„Georg Nagel und Peter Hegemann haben mit ihren Arbeiten eine neue Disziplin – Optogenetik – ins Leben gerufen, die eine völlig neue Perspektive eröffnet, bestimmte neurologische Erkrankungen wie beispielsweise Parkinson zu behandeln“, heißt es in der Begründung der Stiftung. Die von ihnen entwickelte Technik könne aber auch bei anderen Krankheiten zum Einsatz kommen: Blinde könnten möglicherweise eine zumindest rudimentäre Sehkraft wiedererlangen, bei Patienten mit einer Herzschwäche ließe sich der Herzschlag auf diese Weise regulieren. Mit ihrem Preisgeld werden Nagel und Hegemann weiterhin an Proteinen forschen, die sich durch Licht aktivieren lassen. Offiziell verliehen wird der Preis am 18. April in Genf

Zur Person: Georg Nagel

Georg Nagel studierte Biologie an der Universität Konstanz und absolvierte sein Promotionsstudium am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt am Main. Als Postdoktorand arbeitete er an der Yale University in New Haven, Connecticut, und der Rockefeller University in New York City. Von 1992 bis 2004 war Nagel Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Biophysik. Seit 2004 ist er Professor am Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik an der Universität Würzburg. Für seine Arbeiten auf dem Gebiet der Optogenetik hat er unter anderem den Wiley Prize in Biomedical Sciences, den Karl Heinz Beckurts-Preis und zuletzt den Zülch-Preis 2012 erhalten.

Die Louis-Jeantet-Stiftung

Die Louis-Jeantet-Stiftung hat es sich zum Ziel gesetzt, den Fortschritt in der Medizin zu fördern. Insbesondere will sie die Position der europäischen biomedizinischen Forschung im internationalen Wettbewerb stärken. Sie wurde im November 1982 mit dem Vermächtnis von Louis Jeantet gegründet. Die Stiftung vergibt jedes Jahr ein bis drei Louis-Jeantet-Preise.

Louis Jeantet war ein französischer Geschäftsmann, der 1936 nach Genf umgezogen war. Er starb 1981 an den Folgen einer Krebskrankheit. Vor seinem Tod organisierte er die Stiftung, die nach seinem Tod mit seinem Nachlass gegründet wurde.

Kontakt
Prof. Dr. Georg Nagel, T: (0931) 31-86143; georg.nagel@botanik.uni-wuerzburg.de