Med Berlin, 7. Oktober 2026 – Peter Hegemann hat keinen geraden Weg hinter sich. Erst lernte er Chemiker, arbeitete danach in der Biochemie und verbrachte zehn Jahre in der Pflanzenphysiologie. Es folgten Professuren für Biochemie und später für Biophysik. Heute ist Hegemann Neurowissenschaftler – obwohl er, wie er selbst sagt, noch kein neurowissenschaftliches Experiment durchgeführt hat.

Für den Wechsel in neue Forschungsgebiete brauche es Mut, sagt der Medizin-Nobelpreisträger. Jungen Forschenden rät er, sich an den eigenen Interessen zu orientieren und nicht mit dem Ziel zu arbeiten, einen Preis zu gewinnen. Die Nobelpreisfrage werde Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ohnehin vor allem von Journalisten gestellt. Er selbst habe nie gezielt davon geträumt.

Licht für Nervenzellen

2026 erhalten Peter Hegemann von der Humboldt-Universität zu Berlin, Georg Nagel von der Universität Würzburg und der US-Forscher Karl Deisseroth von der Stanford University sowie dem Howard Hughes Medical Institute den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Ausgezeichnet werden ihre grundlegenden Arbeiten zur Optogenetik.

Die Methode verbindet Optik und Genetik: Fremdgene werden in Zielzellen eingebracht, damit diese lichtempfindliche Ionenkanäle, Transporter oder Enzyme bilden. So lassen sich bestimmte Zellen oder Gewebe mit Licht gezielt an- oder abschalten – innerhalb von Millisekunden. Auch fluoreszierende Proteine zählen zu den optogenetischen Werkzeugen, weil sie Zellaktivität mit Licht sichtbar machen.

Im Mittelpunkt steht Channelrhodopsin-2, kurz ChR2. Ausgangspunkt war die einzellige Grünalge Chlamydomonas reinhardtii. Hegemann untersuchte, wie sie sich schnell zum Licht ausrichtet. Nachdem um das Jahr 2000 neue Gensequenzen der Alge veröffentlicht worden waren, entdeckte seine Arbeitsgruppe Gene, die bekannten lichtempfindlichen Proteinen ähnelten.

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Hegemann bat Georg Nagel, damals am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt, die Proteine zu untersuchen. Nagel brachte sie in Eizellen des Krallenfroschs ein. Gemeinsam zeigten die beiden 2002 und 2003, dass eines dieser Proteine, Channelrhodopsin-2, ein direkt durch Licht gesteuerter Ionenkanal ist: Bei blauem Licht öffnet er sich, geladene Teilchen strömen durch die Zellmembran, ein elektrisches Signal entsteht.

Da Nervenzellen ebenfalls mit elektrischen Signalen arbeiten, lag die Idee nahe, sie mithilfe dieses Proteins zu steuern. Deisseroth und sein Team übertrugen das Prinzip gemeinsam mit Nagel auf Nervenzellen. Sie schleusten das Gen für Channelrhodopsin-2 in Nervenzellen von Säugetieren ein. Kurze Lichtpulse konnten nun gezielt elektrische Signale auslösen. Der Durchbruch wurde 2005 veröffentlicht; 2007 gelang die lichtgesteuerte Aktivierung auch im Gehirn lebender Mäuse.

Seitdem können Forschende bestimmte Nervenzellen an- oder ausschalten und beobachten, was daraus folgt. Es geht also nicht nur um die Frage, wo im Gehirn Aktivität entsteht. Viel spannender ist oft: Löst eine bestimmte Zellgruppe eine Bewegung, ein Gefühl, eine Erinnerung oder ein Verhalten aus? Genau solche neuronalen Schaltkreise lassen sich untersuchen.

Grundlagenforschung mit langem Atem

Die Entdeckung gilt als Beispiel dafür, wie beharrliche Grundlagenforschung plötzlich Türen öffnet, die vorher niemand auf dem Flur gesehen hat. Hegemann sagte in einem früheren Interview, man müsse Risiken eingehen, weil sich daraus nicht vorhersehbare neue Phänomene ergeben könnten. Die Idee, einzelne Nervenzelltypen mit Licht zu kontrollieren, hatte Francis Crick bereits Ende der 1970er-Jahre formuliert. Licht schien ihm wegen der nötigen zeitlichen Präzision besonders geeignet.

Die Wurzeln reichen noch weiter zurück: Anfang der 1970er-Jahre entdeckte Dieter Oesterhelt das bakterielle Rhodopsin. Dafür zeichnete ihn die Lasker Foundation 2021 aus. Als führende Entwickler der Optogenetik gelten Karl Deisseroth sowie seine ehemaligen Mitarbeiter Edward Boyden und Feng Zhang. Gero Miesenböck und Boris Zemelman gehören mit Arbeiten aus den Jahren 2002 und 2003 ebenfalls zu den Wegbereitern.

Nature Methods kürte Optogenetik zur „Methode des Jahres 2010“. Die Pioniere erhielten 2013 den Brain Prize. Georg Nagel und Peter Hegemann teilten ihre fluoreszenzmarkierten genetischen Werkzeuge unter anderem mit den Arbeitsgruppen von Karl Deisseroth, Roger Tsien und Alexander Gottschalk. Dadurch konnten andere Teams Zellen künstlich lichtempfindlich machen.

Technisch lässt sich das ChR2-Protein am C-terminalen Ende verändern oder mit anderen Proteinabschnitten verbinden, ohne seine Kanalfunktion zu verlieren. Solche Fusionsproteine gelangen etwa durch virale Transfektion, Elektroporation oder eine Genkanone in erregbare Zellen wie Neuronen. Weil Wirbeltierzellen meist Vitamin A als Vorstufe des lichtabsorbierenden Chromophors Retinal enthalten, können ChR2-exprimierende Zellen durch Licht depolarisiert werden.

Blauempfindliches ChR2 und die durch Gelblicht aktivierbare Chloridpumpe Halorhodopsin erlauben es, neuronale Aktivität innerhalb von Millisekunden ein- und auszuschalten. Durch gezielte Mutationen kann die Ionenselektivität von ChR2 außerdem von Kationen wie Natrium und Kalium auf Anionen wie Chlorid umgestellt werden. Anionenleitende Channelrhodopsine werden genutzt, um Nervenzellen mit Licht zu hemmen.

Fluoreszenzmarkiertes ChR2 macht aktivierte Axone und Synapsen im intakten Gehirngewebe sichtbar. So lassen sich molekulare Vorgänge bei der synaptischen Plastizität untersuchen und weitreichende neuronale Verbindungen kartieren. Die berührungslose Steuerung von Verhalten durch intensive Blaulichtbeleuchtung wurde bei Nematoden, Taufliegen, Zebrafischen und Mäusen gezeigt. Nicht schlecht für ein Protein aus einer winzigen Alge.

Vom Labor in Richtung Therapie

Zunächst ist Optogenetik vor allem ein Werkzeug der Grundlagenforschung. Sie hilft zu zeigen, welche Nervenschaltkreise bei Parkinson oder psychiatrischen Krankheiten verändert sind. Auch das Zusammenspiel des Nervensystems mit Organen wie Herz und Darm lässt sich untersuchen. In Tiermodellen wird die Technologie unter anderem für Parkinson und Epilepsie erprobt; in der Zellbiologie dient sie dazu, intrazelluläre Signalkaskaden zu untersuchen und gezielt zu verändern, etwa die Position von Proteinen oder die Produktion sekundärer Botenstoffe.

Langfristig könnten daraus neue Therapieansätze entstehen. Bei Netzhauterkrankungen wird eine optogenetische Behandlung bereits klinisch erprobt. Im September 2026 nahm die US-Arzneimittelbehörde FDA den Zulassungsantrag für eine Gentherapie gegen Retinitis pigmentosa mit schwerem Sehverlust zur Prüfung an. Zugelassen ist die Therapie bislang nicht. Nach Angaben des Herstellers wäre sie im Fall einer Zulassung die erste genunabhängige Therapie für diese Patientengruppe.

Botond Roska erhielt 2020 für seine Optogenetik-Forschung den Körber-Preis und untersucht gentherapeutische Ansätze für geschädigte Netzhäute. 2021 konnte ein internationales Forschungsteam einem 58-jährigen Patienten mit Retinitis pigmentosa durch eine optogenetische Therapie teilweise das Sehvermögen zurückgeben.

Weltweit arbeiten inzwischen Labore mit der Methode. Ihre Anwendungsfelder reichen von Molekular- und Zellbiologie über Histologie bis zur Verhaltensbiologie mit frei beweglichen Säugetieren. In der Neurobiologie hat Optogenetik neue Einsichten in neuronale Schaltkreise sowie in die Funktionsweise von Nervensystem und Gehirn ermöglicht.

Hegemann betont seinen Stolz auf seine Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und auf den internationalen Austausch. In seinem Team sind mindestens zehn verschiedene Nationalitäten vertreten. Die Unterstützung der Optogenetik durch die Präsidentin der Humboldt-Universität, Julia von Blumenthal, sei wichtig gewesen. Von Blumenthal würdigte Hegemanns Arbeit als herausragende Grundlagenforschung.

Für die Optogenetik entsteht ein neues Gebäude, das im Mai 2029 fertiggestellt werden soll. Die Nobelpreisverleihung findet traditionell am 10. Dezember in Stockholm statt, dem Todestag Alfred Nobels. Der Medizin-Nobelpreis ist mit zwölf Millionen schwedischen Kronen dotiert, umgerechnet etwa einer Million Euro. Das Preisgeld wird unter den drei Preisträgern aufgeteilt und kann frei verwendet werden