Nobelpreis für Optogenetik: Der Lichtschalter im Gehirn

Peter Hegemann sitzt an der Humboldt-Universität Berlin, Georg Nagel an der Universität Würzburg, Karl Deisseroth an der Stanford University – und zusammen haben sie den Medizin-Nobelpreis 2026 gewonnen. Ihre Leistung: Sie haben gelernt, Nervenzellen mit Licht an- und auszuschalten. Das klingt nach Science-Fiction, aber es begann mit etwas Alltäglichem: einer grünen Alge.

Hegemanns Arbeitsgruppe wollte verstehen, wie die einzellige Alge Chlamydomonas reinhardtii sich so schnell zum Licht orientiert. Um das Jahr 2000 wurden die Gensequenzen dieser Alge öffentlich zugänglich. Darin fand Hegemanns Team Gene, die bekannten lichtempfindlichen Proteinen ähnelten. Das war der Anfang. Hegemann bat seinen Kollegen Nagel, damals am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt, diese Proteine genauer zu untersuchen.

Nagel brachte die Proteine in Eizellen des Krallenfroschs ein. Zusammen mit Hegemann machte er eine entscheidende Entdeckung: Eines dieser Proteine war ein direkt durch Licht gesteuerter Ionenkanal – Channelrhodopsin-2. Wenn blaues Licht auf diesen Kanal trifft, öffnet er sich. Geladene Teilchen strömen durch die Zellmembran und erzeugen ein elektrisches Signal. Der nächste Gedanke lag nahe: Nervenzellen arbeiten auch mit elektrischen Signalen. Könnte man sie auf die gleiche Weise steuern?

Hegemanns Weg dorthin war nicht einfach. Patrick Cramer, Präsident der Max-Planck-Gesellschaft, würdigt später seine Beharrlichkeit: Hegemann habe sich trotz jahrelanger Schwierigkeiten nicht entmutigen lassen und schließlich nachgewiesen, dass das Algen-Rhodopsin tatsächlich das erste Beispiel eines direkt lichtgesteuerten Ionenkanals war – ein völlig neuartiges Membranprotein. Hegemann selbst beschrieb seine Arbeitsweise in einem früheren Interview: "Man muss Risiken eingehen, und dann ergeben sich interessante neue Phänomene, die man nicht vorhersehen kann."

Deisseroth und sein Team übertrugen das Prinzip dann auf Nervenzellen von Säugetieren. Sie brachten das Gen für Channelrhodopsin-2 in Nervenzellen ein. Kurze Lichtpulse konnten dort gezielt elektrische Signale auslösen. 2005 veröffentlichten die Forscher diesen Durchbruch. Zwei Jahre später funktionierte der lichtgesteuerte Schalter auch im Gehirn lebender Mäuse. Damit war ein völlig neues Werkzeug für die Hirnforschung entstanden.

Das Revolutionäre daran: Forschende können jetzt bestimmte Nervenzellen gezielt an- oder ausschalten und anschließend beobachten, was sich verändert. Es reicht nicht mehr aus zu sehen, wo im Gehirn bei einer Aufgabe Aktivität entsteht. Man kann jetzt prüfen, ob eine bestimmte Gruppe von Nervenzellen tatsächlich eine Bewegung, ein Gefühl, eine Erinnerung oder ein Verhalten auslöst. Das ist der Meilenstein der Optogenetik. Patrik Ernfors vom Karolinska-Institut fasst es so zusammen: "Es geht um Forschung, die durch Neugier getrieben ist. Man hat eine Grünalge erforscht und dabei einen Ionenkanal entdeckt. Und auf dieser Grundlage können wir jetzt die Aktivität im Gehirn mit Licht steuern."

Interessanterweise war die Grundidee nicht neu. Bereits Ende der 1970er-Jahre hatte Nobelpreisträger Francis Crick formuliert, dass man einzelne Nervenzelltypen gezielt kontrollieren sollte – und dass Licht dafür besonders geeignet wäre. Damals hielten viele diese Idee für weit hergeholt. Crick lag aber richtig.

Die praktischen Anwendungen entstehen bereits. Die Optogenetik zeigt, welche Nervenschaltkreise bei neurologischen Erkrankungen wie Parkinson oder bei psychiatrischen Erkrankungen verändert sind. Langfristig können solche Erkenntnisse neue Ansatzpunkte für Therapien liefern. Bei Erkrankungen der Netzhaut wird eine optogenetische Therapie bereits klinisch erprobt. Im September 2026 hat die US-Arzneimittelbehörde FDA einen Zulassungsantrag für eine Gentherapie gegen Retinitis pigmentosa mit schwerem Sehverlust zur Prüfung angenommen. Zugelassen ist die Therapie noch nicht, aber falls sie genehmigt wird, wäre sie nach Angaben des Herstellers die erste genunabhängige Therapie für diese Patientengruppe. Die Optogenetik wird inzwischen weltweit in Laboren eingesetzt und macht nicht nur das Gehirn untersuchbar, sondern auch das Zusammenspiel des Nervensystems mit Organen wie Herz und Darm.