Eine unscheinbare Grünalge hat die Hirnforschung verändert. Peter Hegemann und Georg Nagel entdeckten in ihr lichtgesteuerte Ionenkanäle. Karl Deisseroth machte daraus ein Werkzeug, mit dem sich ausgewählte Nervenzellen gezielt an- und ausschalten lassen. So können Forschende untersuchen, welche Schaltkreise im Gehirn etwa Bewegung, Gefühle, Erinnerungen oder Verhalten steuern.
Wie eine Grünalge Nervenzellen steuerbar machte
Mit der Optogenetik haben Peter Hegemann, Georg Nagel und Karl Deisseroth praktisch ein neues Forschungsfeld erschlossen. Sie machten es möglich, ausgewählte Nervenzellen mit Licht gezielt zu aktivieren oder zu hemmen. Damit entstand ein neuartiges Werkzeug, um zu erforschen, wie Nervenzellen im Gehirn miteinander kommunizieren und welche Schaltkreise Gefühle, Erinnerungen, Bewegung oder Verhalten steuern können.
Der Weg zu diesem Werkzeug begann mit einer unscheinbaren einzelligen Grünalge. Peter Hegemann wollte verstehen, wie sich Chlamydomonas reinhardtii so schnell zum Licht hin orientiert. Als um das Jahr 2000 neue Gensequenzen der Alge öffentlich zugänglich wurden, stieß seine Arbeitsgruppe auf Gene, die bekannten lichtempfindlichen Proteinen ähnelten. Hegemann bat Georg Nagel, damals am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt, die Eigenschaften der zugehörigen Proteine zu untersuchen.
Wie aus Algenproteinen ein Lichtschalter wurde
Nagel brachte die Proteine in Eizellen des Krallenfroschs ein. Gemeinsam mit Hegemann konnte er zeigen, dass die Sehfarbstoffe der Algen direkt durch Licht gesteuerte Ionenkanäle sind. Trifft blaues Licht auf einen solchen Kanal, öffnet er sich. Geladene Teilchen strömen durch die Zellmembran und erzeugen ein elektrisches Signal. Der entscheidende Gedanke lag nahe: Auch Nervenzellen arbeiten mit elektrischen Signalen.
Karl Deisseroth und sein Team übertrugen das Prinzip gemeinsam mit Georg Nagel auf Nervenzellen. Kurze Lichtpulse konnten dort gezielt elektrische Signale auslösen. 2005 veröffentlichten die Forschenden diesen Durchbruch, zwei Jahre später funktionierte der lichtgesteuerte Schalter auch im Gehirn lebender Mäuse.
Damit ließ sich nicht mehr nur beobachten, wo im Gehirn bei einer Aufgabe Aktivität entsteht. Forschende können bestimmte Nervenzellen an- oder ausschalten und prüfen, ob dadurch etwa eine Bewegung, ein Gefühl oder eine Erinnerung ausgelöst wird. Genau darin liegt der Meilenstein der Optogenetik.
Georg Nagel: Mehr als 20 Jahre Forschung in Würzburg
Georg Nagel, als Kind schwer erkrankt, wurde mehrfach am Universitätsklinikum Würzburg operiert. Während andere Ski fuhren, baute er mit Experimentierkästen eine Dampfmaschine oder ein Radio. Später studierte Nagel Biologie in Konstanz, arbeitete kurz als Lehrer und wechselte dann in die Forschung. Nach Stationen in Frankfurt und den USA kam er 2004 als Professor nach Würzburg. Sein langjähriger Würzburger Kollege Dirk Becker bezeichnete Nagels Arbeiten und die seiner Mitforschenden als „wirklich bahnbrechend“.
Peter Hegemann promovierte am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried und forschte als Professor an der Universität Regensburg. Er ist heute an der Humboldt-Universität zu Berlin tätig. Karl Deisseroth forscht an der Stanford University und am Howard Hughes Medical Institute in den USA.
Von der Grundlagenforschung zur möglichen Therapie
Bei Erkrankungen der Netzhaut wird eine optogenetische Therapie bereits klinisch erprobt. Für eine Gentherapie gegen Retinitis pigmentosa [externer Link] mit schwerem Sehverlust hat die US-Arzneimittelbehörde FDA im September 2026 einen Zulassungsantrag zur Prüfung angenommen. Ein wichtiger Schritt zu einer möglichen Zulassung.
Die drei Nobelpreisträger teilen sich ein Preisgeld von zwölf Millionen schwedischen Kronen. Laut Nobelkomitee konnten alle drei bereits telefonisch erreicht werden. Deisseroth habe noch geschlafen, alle drei seien sehr überrascht gewesen, sagte Thomas Perlmann, Generalsekretär der Nobelversammlung am Karolinska-Institut in Stockholm. Besonders gefreut hätten sie sich, dass sie die Auszeichnung gemeinsam erhalten haben.
