„Fürchterlich schlau, breit aufgestellt und gebildet“

Für die Entdeckung lichtgesteuerter Ionenkanäle und der Optogenetik bekommt Chemiker und GDCh-Mitglied Peter Hegemann zusammen mit Georg Nagel und Karl Deisseroth den Nobelpreis in Medizin oder Physiologie 2026. Ein Gespräch mit Optogenetikforscher Alexander Gottschalk über den lange erwarteten Preis, die Anfänge des Forschungsfelds und die Forscherpersönlichkeit Hegemann.

Alexander Gottschalk, das Thema Optogenetik gilt schon seit mindestens zehn Jahren als Nobelpreisfavorit. Haben Sie dieses Jahr damit gerechnet?

AG Ich hätte den Preis schon früher erwartet. 2012 gab es ein Symposium zur Optogenetik, zu dem die Chemiesparte der Königlichen Akademie eingeladen hat. Seitdem dachte ich, vielleicht gibt es den Chemienobelpreis dafür.

Warum hat es Ihrer Meinung nach so lange gedauert?

AG Es kamen ein paar Dinge dazwischen wie Crispr-Cas9 oder Alphafold, die man als noch relevanter oder bahnbrechender ansehen kann. Vielleicht wollte man auch erst sehen, ob Optogenetik wirklich medizinisch anwendbar ist. Oder es fiel schwer zu entscheiden, an wen der Preis für Optogenetik gehen soll.

Der Nobelpreis ist auf maximal drei Personen beschränkt. Wenn den Preis aber auch noch drei weitere Personen bekommen könnten, welche wären das?

AG Eine wäre sicher Gero Miesenböck. Er hat mit einer anderen Methode schon 2002 Optogenetik gemacht, ein Jahr vor Nagel und Hegemann. Dann könnte man Ed Boyden nennen, der als Postdoc bei Deisseroth an dessen ersten Arbeiten zur Optogenetik beteiligt war. Und da ist natürlich Ernst Bamberg, der Direktor am Max-Planck-Institut für Biophysik war. Er hat schon in den 90er Jahren an Photorezeptoren und Rhodopsinen geforscht. Nagel hat bei ihm promoviert und ist später als Gruppenleiter zurückgekommen in Bambergs Forschungsumfeld, das für ihn sicher hilfreich und fruchtbar war.

Warum war Miesenböcks Methode weniger erfolgreich?

AG Er hat an der Photorezeptorkaskade der Fruchtfliege geforscht, anfänglich mit zehn verschiedenen Genen. Die hat er dann reduziert auf drei und diese in Säugernervenzellen exprimiert. Die Zellen haben mit Licht Aktionspotenziale gezeigt. Man muss dafür also nicht nur eins, sondern drei Gene exprimieren und die relativen Mengen der drei Proteine einstellen. Und der Effekt tritt erst zeitverzögert nach einigen Sekunden auf. Daher hat sich das wohl nicht durchgesetzt.

Als Sie 2004 Juniorprofessor wurden, steckte die Optogenetik in den Anfängen. Wie kamen Sie zu dem Thema?

AG Ich hatte vorher als Postdoc schon in der Neurobiologie gearbeitet mit dem Wurm Caenorhabditis elegans als Modellorganismus. Schon als ich mich in Frankfurt beworben habe, sagten Nagel und Bamberg, sie hätten was Interessantes für mich. Die ersten Paper zum Kanalrhodopsin waren da schon erschienen, und ich habe das dann mit Nagels Klon im Wurm exprimiert. Ich habe sicher nicht direkt das volle Potenzial erkannt, aber als ich dann den Wurm mit Licht in der Schale ganz deutlich zucken sah, da schon. Publiziert haben wir das im Dezember 2005, vier Monate nach Deisseroths Veröffentlichung zur Optogenetik an Nervenzellen.

Lichtgesteuerte Ionenkanäle und Optogenetik sind ein interdisziplinäres Feld, das Biologie, Medizin, Physik und Chemie umfasst. Wie würden Sie die Anteile der verschiedenen Disziplinen beziffern?

AG Das kann man anhand der Publikationen ableiten. Bei der Mehrzahl geht es um Optogenetik am Nervensystem, also Neurowissenschaft. In den 2000ern gab es auch viele biophysikalische Publikationen, etwa spektroskopische Arbeiten, weil man rausfinden wollte, wie lichtschaltbare Proteine funktionieren. Seit Anfang bis Mitte der 2010er werden es immer mehr Veröffentlichungen in der Zellbiologie, die 25 bis 30 Prozent ausmachen. Etwa 5 Prozent beziehen sich auf optochemische Tools, die auch bestimmte Ionenkanäle aktivieren, aber eben ohne genetische Veränderung.

Preisträger Peter Hegemann ist ja auch von Haus aus Chemiker und Mitglied der GDCh. Sie haben mit ihm zusammengearbeitet, wie kam es dazu?

AG Das war so 2005 oder 2006. Da war Hegemann zu einem Vortrag hier in Frankfurt. Er hat damals eine DFG-Forschungsgruppe zu Blaulichtrezeptoren geleitet und mich gefragt, ob ich da mitmachen will. Die Gruppe lief sechs Jahre und in der Zeit haben wir uns häufig gesehen und angefangen, zusammenzuarbeiten.

Was schätzen Sie besonders an der Forscherpersönlichkeit Hegemann?

AG Hegemann ist fürchterlich schlau, breit aufgestellt und gebildet. Ob es nun Chemie ist, Biologie, Genetik, Spektroskopie oder Molekulardynamik, er kennt sich überall gut aus und kann Entdeckungen auf höchstem Niveau einschätzen, wie es nur wenige können. Für mich ist es nicht verwunderlich, dass er eine zentrale Figur in der Optogenetik geworden ist.

Was können andere Forschende von Hegemann lernen?

AG Sachen auszuprobieren, auch wenn nicht von Anfang an klar ist, ob sie funktionieren oder erbarmungslos scheitern. Da ist er unerschrocken. Außerdem finde ich es beeindruckend, wie er bei seinen Promovierenden überall in den Themen drinsteckt, genau versteht, was die machen, und sie so berät, dass alle am Ende erfolgreich sind.

Was ist für Sie typisch Hegemann?

AG Er hat gute Witze und Anekdoten drauf. Ich hatte ihn mal zu einem Vortrag über die Anfänge der Optogenetik eingeladen. Er hat fast zwei Stunden geredet und es war super unterhaltsam, einfach der Knaller.

Nachrichten-Redakteurin Katharina Käfer kennt Alexander Gottschalk aus einer früheren Zusammenarbeit im Forschungsmanagement und besuchte ihn kurz nach der Preisbekanntgabe an der Universität Frankfurt.

Optogenetik: Die preiswürdige Forschung

Durch Optogenetik lassen sich Nervenzellen mit Licht steuern. Das hilft Forschenden zu untersuchen, wie das Gehirn das Verhalten lenkt und wie Erinnerungen und Gefühle entstehen. Zudem nutzen Wissenschaftler:innen die Methode, um das Sehvermögen wiederherzustellen bei Menschen mit degenerativen Netzhauterkrankungen wie Retinitis pigmentosa.

Grundlegend für die Optogenetik war die Entdeckung des Kanalrhodopsins in den frühen 2000er Jahren durch Forschende um Peter Hegemann und Georg Nagel.^1,2) Dieses Membranprotein der einzelligen Grünalge Chlamydomonas öffnet sich durch blaues Licht, sodass Ionen in die Zelle strömen und einen elektrischen Impuls erzeugen. Die Alge kann dadurch auf Lichtquellen zuschwimmen und auch andere Zellen werden durch genetisches Einbringen des Kanalrhodopsins lichtempfindlich, wie die Forschenden herausfanden.

Im Jahr 2005 brachte ein Team um Karl Deisserroth das Kanalrhodopsin in Nervenzellen von Ratten ein³⁾ und entwickelte so einen lichtgesteuerten Schalter für Nervenzellen – der Durchbruch für die Optogenetik.Illustration: Mattias Karlén / The Nobel Committee for Physiology or Medicine

Zur Person: Alexander Gottschalk

Alexander Gottschalk ist Professor für molekulare Zellbiologie und Neurobiochemie an der Universität Frankfurt. Er hat Chemie, Biochemie und Immunologie in Frankfurt, Marburg und Edinburgh studiert, in Marburg promoviert und war anschließend als Postdoc an der University of California in San Diego tätig, wo er am Nervensystem des Wurms Caenorhabditis elegans (C. elegans) arbeitete. Im Jahr 2004 wurde er Juniorprofessor in Frankfurt, 2010 Heisenberg-Professor, 2016 ordentlicher Professor. Er forscht im Bereich Optogenetik und hat das Prinzip, dass Kanalrhodopsin Verhalten auslösen kann, als Erster im Modellorganismus C. elegans gezeigt. Seit Mitte der 2000er Jahre arbeitet er mit den Nobelpreisträgern Hegemann und Nagel zusammen.

• ¹ G. Nagel et al., Science 2002, 296, 2395
• ² G. Nagel et al., PNAS 2003, 100, 13940
• ³ E. Boyden et. al., Nat. Neurosci. 2005, 8, 1263

Bildung + Gesellschaft