Am 6. Oktober 2026 ist die Nachricht an der Universität Würzburg eingeschlagen: Georg Nagel erhält gemeinsam mit Peter Hegemann und dem US-Amerikaner Karl Deisseroth den Medizin-Nobelpreis 2026. Das Nobelpreis-Komitee in Stockholm gab die Entscheidung bekannt. Ausgezeichnet werden die drei Wissenschaftler für ihre Entdeckungen zu lichtgesteuerten Ionenkanälen und zur Optogenetik.

Hegemann lehrt an der Humboldt-Universität zu Berlin, Nagel ist Professor an der Universität Würzburg. Deisseroth, Psychiater und Neurobiologe, forscht an der Stanford University in Kalifornien. Die drei teilen sich das Preisgeld von insgesamt umgerechnet rund einer Million Euro zu gleichen Teilen – jeder erhält also ein Drittel. Hegemann sagte im Rundfunk Berlin-Brandenburg, die Auszeichnung sei eine Überraschung gewesen. Nobelkomitee-Vorsitzender Thomas Perlemann erreichte alle drei Preisträger telefonisch; nach seinen Angaben waren sie sehr überrascht. Gefreut hätten sie sich demnach vor allem darüber, den Preis gemeinsam zu bekommen.

Lichtschalter für Nervenzellen

Optogenetik verbindet genetische und optische Techniken. Zellen, meist Nervenzellen, lassen sich damit mithilfe von Licht gezielt an- oder abschalten – nicht irgendwann, sondern innerhalb von Millisekunden. Die Methode funktioniert in lebendem Gewebe und sogar bei frei beweglichen Tieren. Weltweit nutzen Labore sie, um Vorgänge im Gehirn zu untersuchen: Wie kommunizieren Nervenzellen? Wie entstehen Erinnerungen und Gefühle? Und wie beeinflussen neuronale Schaltkreise unser Verhalten?

Hegemann und Nagel erforschten die Grünalge Chlamydomonas. In ihrer Zellhülle entdeckten sie ein lichtgesteuertes Protein. Fällt Licht darauf, öffnet sich ein Ionenkanal, Ionen strömen in die Zelle und erzeugen ein elektrisches Signal. Deisseroth übertrug diesen Mechanismus mithilfe der Gentechnik auf das Gehirn lebender Mäuse. Sein Team konnte dadurch bestimmte Nervenzellen gezielt aktivieren.

Technisch bedeutet das: Fremdgene werden in Zielzellen eingeschleust. Sie sorgen dafür, dass lichtempfindliche Ionenkanäle, Transporter oder Enzyme gebildet werden. Im weiteren Sinn gehören auch fluoreszierende Proteine zu den optogenetischen Werkzeugen, weil sie zelluläre Aktivität mit Licht messbar machen. Die Technologie reicht damit von einzelnen Proteinen und Zellen über bestimmte Gewebe bis zur Verhaltensbiologie frei beweglicher Säugetiere.

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Von Mäusen bis zu psychischen Erkrankungen

Mit der Methode lassen sich gestörte Gehirnschaltkreise untersuchen, die etwa mit Blindheit, Depression, Sucht oder Demenz zusammenhängen. Langfristig soll Optogenetik neue Erkenntnisse über Alzheimer, Schizophrenie und Parkinson ermöglichen. Auch Emotionen wie Angst und Aggression können Forschende gezielter untersuchen. Die Leopoldina-Präsidentin Rockenbach erklärte, die Ergebnisse könnten unter anderem zu neuen Therapieansätzen für neurologische und psychische Erkrankungen beitragen.

Erprobt werden optogenetische Verfahren außerdem in Tiermodellen für Parkinson und Epilepsie. In der Zellbiologie helfen sie, intrazelluläre Signalkaskaden sichtbar zu machen und zu steuern – etwa die Positionierung von Proteinen oder die Produktion sekundärer Botenstoffe. In der Neurobiologie eröffnen sie Einblicke in die Funktionsweise des Nervensystems und des Gehirns, die mit herkömmlichen Methoden so nicht möglich wären.

Ein wichtiges molekulares Werkzeug ist das genetisch veränderte Channelrhodopsin 2, kurz ChR2. Es funktioniert als lichtgesteuerter Schalter. Channelrhodopsine sind natürlich vorkommende lichtgesteuerte Ionenkanäle, keine G-Protein-gekoppelten Rezeptoren. Das intrazellulär liegende C-terminale Ende von ChR2 kann verändert oder ersetzt werden, ohne die Kanal-Funktion wesentlich zu beeinträchtigen. Fusionsproteine lassen sich durch virale Transfektion, Elektroporation oder eine Genkanone in erregbare Zellen wie Neuronen einbringen.

Vitamin A, die Vorstufe des lichtabsorbierenden Chromophors Retinal, ist in Wirbeltierzellen meist vorhanden. ChR2-exprimierende Zellen können deshalb durch Beleuchtung depolarisiert werden. Blauempfindliches ChR2 aktiviert Nervenzellen, während die durch Gelblicht aktivierbare Chloridpumpe Halorhodopsin neuronale Aktivität hemmt. Beides geschieht innerhalb von Millisekunden. Fluoreszenzmarkiertes ChR2 macht lichtaktivierte Axone und Synapsen in intaktem Gehirngewebe sichtbar; damit lassen sich auch molekulare Vorgänge bei der Entstehung synaptischer Plastizität untersuchen.

Mit ChR2 wurden weitreichende neuronale Verbindungen im Gehirn kartiert. Das Verhalten transgener Tiere, die ChR2 in einem Teil ihrer Neuronen tragen, konnte durch intensive Blaulichtbeleuchtung berührungslos beeinflusst werden – bei Nematoden, Taufliegen, Zebrafischen und Mäusen. Durch gezielte Mutationen lässt sich die Ionenselektivität von ChR2 von Kationen wie Natrium und Kalium auf Anionen wie Chlorid umstellen. Anionenleitende Channelrhodopsine werden eingesetzt, um neuronale Aktivität mit Licht zu hemmen.

Eine Forschungsgeschichte mit langen Vorläufen

Die Grundlage der Forschungsrichtung war die Entdeckung des bakteriellen Rhodopsins Bacteriorhodopsin Anfang der 1970er-Jahre durch Dieter Oesterhelt. Dafür erhielt er 2021 einen Preis der Lasker Foundation. Der entscheidende Schritt kam später: Lichtgesteuerte Kanäle aus Algen konnten in Zellen anderer Organismen eingebaut werden, um diese lichtempfindlich zu machen.

Georg Nagel und Peter Hegemann veröffentlichten dazu Arbeiten 2002 und 2003. Sie schickten fluoreszenzmarkierte genetische Werkzeuge an die Arbeitsgruppen von Karl Deisseroth, Roger Tsien und Alexander Gottschalk. Als Wegbereiter der Optogenetik gelten außerdem Gero Miesenböck und Boris Zemelman aufgrund ihrer Arbeiten aus den Jahren 2002 und 2003. Als führende Entwickler werden Karl Deisseroth sowie seine früheren Mitarbeiter Edward Boyden und Feng Zhang genannt.

Nature Methods erklärte die Optogenetik zur „Methode des Jahres 2010“. Die Pioniere erhielten 2013 den Brain Prize. Der Mediziner Botond Roska wurde 2020 für seine Optogenetik-Forschung mit dem Körber-Preis ausgezeichnet; er untersucht gentherapeutische Verfahren zur Behandlung geschädigter Netzhäute. 2021 konnte ein internationales Forschungsteam einem 58-jährigen Patienten mit Retinitis pigmentosa durch eine optogenetische Therapie teilweise das Sehvermögen zurückgeben.

Die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina und das Max-Planck-Institut würdigten die Preisträger. Bundeskanzler Friedrich Merz bezeichnete die Auszeichnung als Beleg für die Stärke der deutschen Forschung und betonte die Bedeutung internationaler wissenschaftlicher Zusammenarbeit. Anlässlich der beiden deutschen Preisträger würdigte Merz zudem die deutsche Forschung.

Auftakt der Nobelpreiswoche

Seit 1901 wurden insgesamt 232 Menschen mit dem Medizin-Nobelpreis ausgezeichnet, darunter 14 Frauen. Im Vorjahr ging der Preis an drei Wissenschaftler aus den USA und Japan für Erkenntnisse darüber, wie das Immunsystem Krankheitserreger erkennt.

Der Medizin-Nobelpreis eröffnet traditionell die Nobelpreiswoche. Danach werden die Preise für Physik, Chemie, Literatur und Frieden bekannt gegeben. Die Bekanntgaben enden am folgenden Montag mit dem von der schwedischen Zentralbank gestifteten Wirtschaftsnobelpreis; 2026 wird er am 12. Oktober bekannt gegeben.

Die feierliche Verleihung findet am 10. Dezember 2026 in Stockholm statt, dem Todestag von Alfred Nobel. Dann sollen auch Karl Deisseroth, Peter Hegemann und Georg Nagel den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre Entdeckungen zu lichtgesteuerten Ionenkanälen und der Optogenetik erhalten.