Wie Licht zur Fernbedienung fürs Gehirn wurde und den Nobelpreis gewann

Karl Deisseroth, Peter Hegemann und Georg Nagel erhalten den Nobelpreis für Medizin 2026 für ihre Arbeiten zu lichtgesteuerten Ionenkanälen und zur Optogenetik, einer Methode, die die Grundlage „für eine neue Ära der Neurowissenschaften“ legt, wie die Nobelversammlung am Karolinska Institutet am Montag mitteilte (Quelle auf Englisch).

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Doch was genau ist Optogenetik – und wie haben die Preisträger die Technik entwickelt?

Optogenetik ist ein Verfahren, mit dem Forschende ausgewählte Zellen mithilfe von Licht fernsteuern. Sie können im lebenden Gehirn einzelne Zellen an- oder ausschalten und untersuchen, wie bestimmte Zellen und neuronale Schaltkreise Verhalten beeinflussen.

Den Namen Optogenetik erhielt die Methode 2006, doch ihre Geschichte begann mehr als ein Jahrzehnt früher. Damals untersuchte Peter Hegemann die einzellige Alge Chlamydomonas, die dafür bekannt ist, auf Licht zuzuschwimmen.

Hegemann wollte verstehen, warum sich Algen zum Licht hin bewegen. Er konzentrierte sich auf den Augenfleck, einen winzigen orangefarbenen Punkt auf der Zelloberfläche, der Licht registriert. In einer Reihe von Experimenten identifizierten Hegemann und seine Kolleginnen und Kollegen lichtempfindliche Proteine, sogenannte Channelrhodopsine, die es der Alge ermöglichen, Licht wahrzunehmen und darauf zu reagieren.

Gemeinsam mit Georg Nagel vom Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt schleuste er die Algen-Gene in Froscheizellen und menschliche Nierenzellen ein. So wies das Team nach, dass Channelrhodopsin tatsächlich einen lichtgesteuerten Ionenkanal bildet.

Unter blauem Licht öffnet sich der Kanal in nur 0,2 Millisekunden. Positiv geladene Ionen strömen dann in die Zelle und erzeugen einen winzigen elektrischen Impuls.

Jahre später schleuste der dritte Preisträger, Karl Deisseroth, das Channelrhodopsin-Gen in Nervenzellen von Ratten ein. Wenn er blaues Licht auf diese Zellen richtete, lösten sie Nervensignale aus und zeigten damit, dass das Protein wie ein lichtgesteuerter Schalter funktioniert. Anschließend nutzte er die Technik, um Nervenzellen im Gehirn lebender Mäuse gezielt zu steuern.

So konnten Forschende etwa Bewegungen in den Schnurrhaaren einer Maus auslösen oder schlafende Mäuse allein durch das Einschalten eines Lichtes wecken.

Optogenetik: Was bringt die Zukunft?

Die Entdeckung „eröffnet Möglichkeiten, das Gehirn so zu kartieren, wie wir es uns früher nur erträumen konnten“, sagte Per Svenningsson, Vorsitzender des Nobelkomitees für Physiologie oder Medizin, in einer Mitteilung.

Heute dient Optogenetik vor allem als Forschungswerkzeug. Forschende können gezielte Zelltypen mit kurzen Lichtimpulsen ein- oder ausschalten und so direkte Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen neuronaler Aktivität, Gehirnfunktionen und Verhalten herstellen.

Mit der Methode lassen sich Nervenzellen identifizieren, die an Gefühlszuständen wie Angst, Anspannung oder Belohnung beteiligt sind. Forschende können auch spezifische neuronale Schaltkreise kartieren, die Schmerz, Durst, Aufmerksamkeit oder Aggression steuern.

Optogenetik ist zudem ein wichtiges Instrument in der Forschung zu neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen wie Depression, Schizophrenie, Angststörungen, Alzheimer, Parkinson und Epilepsie.

Die Wissenschaft hat inzwischen auch klinische Studien zur Behandlung der Retinitis pigmentosa erreicht, einer genetischen Erkrankung, die durch den Verlust lichtempfindlicher Zellen in der Netzhaut zur Erblindung führt.

Indem Forschende lichtempfindliche Opsin-Gene in verbliebene Netzhautzellen einbringen, konnten sie einer blinden Patientin oder einem blinden Patienten, die oder der eine Spezialbrille mit Lichtquellen trägt, teilweise das Sehen zurückgeben. Die Person kann wieder Objekte mit hohem Kontrast wahrnehmen.