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Forscher k?nnen heute Nervenzellen mit Genen für lichtempfindliche Proteinkan?le versehen und die Zellen so untersuchen. Die Gertrud Reemtsma Stiftung zeichnet nun vier Wissenschaftler mit dem K. J. Zülch-Preis 2012 aus, die das noch junge Forschungsgebiet der Optogenetik ma?geblich bef?rdert haben. Zu ihnen geh?rt auch der Biophysiker Peter Hegemann von der Humboldt-Universit?t. Ausgezeichnet werden au?erdem Ernst Bamberg vom Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt, Karl Deisseroth von der Stanford University, USA, Berlin und Georg Nagel von der Universit?t Würzburg. Mit der Auszeichnung würdigt die Gertrud Reemtsma Stiftung die gro?e Bedeutung der Optogenetik, die das Forschungsfeld insbesondere für die Neurowissenschaften erlangt hat. Denn mithilfe optogenetischer Methoden k?nnen Wissenschaftler wichtige Erkenntnisse über neurologische Erkrankungen gewinnen.

Manchmal sind es gerade die unscheinbaren Organismen, die die Wissenschaft voranbringen. Die einzellige Sü?wasseralge Chlamydomonas reinhardtii und das Salzsee-Archaebakterium Natronomonas pharaonis sind dafür Paradebeispiele. Sie besitzen Lichtsinnesproteine zur Orientierung und Energiegewinnung, sogenannte Rhodopsine. Diese lichtempfindlichen Proteine nutzen Wissenschaftler seit einigen Jahren, um die Funktionsweise von Zellen zu untersuchen. Rhodopsine werden mit Hilfe von Gentechnik in Nervenzellen eingeschleust und lassen sich dort beispielsweise mit Hilfe von Licht aktivieren und wieder deaktivieren. Damit lassen sich Funktionen von einzelnen Zellen oder Zelltypen und die Verknüpfung dieser Zellen studieren.

Peter Hegemann, der kürzlich zum Mitglied der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina gew?hlt wurde, gelang es 2002 an der Universit?t Regensburg mit den beiden Max-Planck-Wissenschaftlern Georg Nagel und Ernst Bamberg die au?ergew?hnliche Funktion der Algen-Rhodopsine zweifelsfrei nachzuweisen: Durch die ?bertragung des Rhodopsin-Gens auf Eizellen des Krallenfrosches sowie humane Nierenzelllinien konnten sie beweisen, dass die Algenproteine Lichtrezeptor und Ionenkanal in einem einzigen Protein vereinen. Bei Lichteinfall einer bestimmten Wellenl?nge wird der Proteinkanal durchl?ssig für positive Kalium- und Natrium-Ionen sowie Protonen – das Zellpotenzial wird also ins Positive verschoben (Depolarisation). Die Algen-Rhodopsine unterscheiden sich damit von den meisten anderen lichtempfindlichen Proteinen wie beispielsweise den Rhodopsinen im menschlichen Auge, die keinen eigenen Ionenkanal besitzen.

Nach ihrer Entdeckung begannen die Forscher, die von ihnen als Channelrhodopsine bezeichneten Proteine als Werkzeuge zur Untersuchung von Zellen einzusetzen und weiterzuentwickeln. Denn ausgestattet mit dem Gen für das Channelrhodopsin-2-Protein lassen sich ganz unterschiedliche Zelltypen mit einem Lichtschalter versehen und die Auswirkungen von ?nderungen der Ionenzusammensetzung oder des pH-Werts analysieren.

Die Optogenetik eignet sich zur Untersuchung neurologischer Erkrankungen wie Epilepsie, Parkinson oder Depression. Wichtiges Hilfsmittel sind dabei genetisch ver?nderte Tiere mit Krankheitsbildern, die menschlichen Erkrankungen ?hneln und mit Channelrhodopsin-Genen ausgestattet sind. Ein Ziel k?nnte sein, im Gehirn von Epilepsie- oder Parkinson-Patienten Nervenzellen mit Hilfe von lichtleitenden Glasfasern nach Bedarf kontrolliert an- oder abzuschalten, um die entsprechenden Krankheitsph?nomene aufzuheben.

Auch darüber hinaus k?nnte die Optogenetik in Zukunft medizinischen Nutzen haben. So haben Forscher bereits 2006 und 2008 blinde M?use wieder sehend gemacht. Dazu brachten sie Channelrhodopsin in Nervenzellen der Netzhaut von M?usen ein, die aufgrund eines Gendefekts keine Lichtsinneszellen ausbilden k?nnen. Die Tiere konnten nach dieser Behandlung zumindest wieder zwischen hell und dunkel unterscheiden. M?glicherweise k?nnen auch Menschen mit einer Erkrankung der Netzhaut - der so genannten Makula-Degeneration - durch eine Gentherapie mit Channelrhodopsinen zumindest einen Teil ihrer Sehkraft wieder erlangen.

Die Verleihung des K. J. Zülch-Preises findet am 7. September 2012 im Hansasaal des Historischen Rathauses zu K?ln statt.

Prof. Dr. Peter Hegemann ist au?erdem einer der Organisatoren der n?chsten Dahlem Konferenz, bei der sich die Pioniere der Optogenetik aus Biophysik, Biochemie, Neurowissenschaften, Genetik und klinischer Neurologie an der Freien Universit?t treffen, um über realistische Chancen und m?gliche Risiken dieses sich rasant entwickelnden Forschungsgebietes zu diskutieren. Journalisten k?nnen Interviewtermine mit einzelnen Teilnehmern vereinbaren oder an der ?ffentlichen Sitzung am Dienstag, 4. September um 20 Uhr im Henry-Ford-Bau der Freien Universit?t, Garystra?e, Berlin-Dahlem teilnehmen. Die Fachtagung wird von der VolkswagenStiftung finanziert.

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Prof. Peter Hegemann
Humboldt-Universit?t zu Berlin
Institut für Biologie
Tel: 030 2093-8830
E-Mail:?angela.piater@rz.hu-berlin.de (Sekr.)