Am 12. Oktober 2026 richtet sich der Blick von Med Hannover nach Göttingen: Forschende der Universität Göttingen versuchen, die Grundlagenforschung zur Optogenetik in praktische Anwendungen zu überführen. Ihr Werkzeug ist Licht – genauer gesagt Lichtimpulse, mit denen sich Hör- und Sehnerven gezielt ansteuern lassen.

Das Else Kröner Fresenius Zentrum für Optogenetische Therapien (EKFZ) untersucht nach eigenen Angaben bereits seit 2007, wie solche Signale funktionieren können. Im Labor und an Tieren geht es um neue Behandlungsmöglichkeiten für Menschen mit Hör- oder Sehbehinderungen. Die Aussicht klingt kühn: Auch Patientinnen und Patienten, die bereits erblindet sind, könnten von der Optogenetik profitieren. Bei Hörprothesen könnte die Methode ebenfalls einiges verändern.

Licht als medizinischer Impuls

Bis 2029 soll die Methode erstmals an Menschen getestet werden. Bis dahin bleibt es bei Versuchen im Labor und an Tieren – ein wichtiger, aber eben noch vorläufiger Schritt. Zwischen einem funktionierenden Tiermodell und einer sicheren Therapie für Menschen liegt bekanntlich mehr als ein kleiner Sprung.

Optogenetik verbindet Optik und Genetik. In Zielzellen werden Fremdgene eingebracht, die lichtempfindliche Ionenkanäle, Transporter oder Enzyme bilden. Auch fluoreszierende Proteine gehören zu den Werkzeugen. Auf diese Weise lässt sich die Aktivität bestimmter Zellen durch Licht steuern und messen; Reaktionen können im Millisekundenbereich ausgelöst werden.

Besonders wichtig ist die Methode für die Kontrolle von Nervenzellen. Sie hat neue Erkenntnisse über neuronale Schaltkreise ermöglicht und wird auf mehreren Ebenen eingesetzt: bei Proteinen und molekularen Signalwegen, in einzelnen Zellen und definierten Geweben, aber auch bei frei beweglichen Säugetieren. In Tiermodellen wird unter anderem an Parkinson und Epilepsie gearbeitet. Forschende untersuchen damit außerdem die Lokalisation von Proteinen in bestimmten Zellregionen, die Produktion von Second Messengern und gezielte Veränderungen zellulärer Signalkaskaden.

Hier könnte Ihr Advertorial stehen
Ein Advertorial bietet Unternehmen die Möglichkeit, ihre Botschaft direkt im redaktionellen Umfeld zu platzieren

Vom Bakterienprotein zum Nervenzell-Schalter

Die Geschichte begann Anfang der 1970er-Jahre mit der Entdeckung des bakteriellen Rhodopsins, des sogenannten Bacteriorhodopsins, durch Dieter Oesterhelt. Der entscheidende Durchbruch folgte, als klar wurde, dass lichtgesteuerte Kanäle aus Algen in Zellen anderer Organismen eingebaut werden können.

Georg Nagel und Peter Hegemann veröffentlichten 2002 Arbeiten zu Channelrhodopsin-1, einem lichtgesteuerten Protonenkanal. 2003 folgten Untersuchungen zu Channelrhodopsin-2 (ChR2), einem direkt lichtgesteuerten, kationenselektiven Membrankanal. Sie stellten fluoreszenzmarkierte genetische Werkzeuge den Arbeitsgruppen von Karl Deisseroth, Roger Tsien und Alexander Gottschalk zur Verfügung. Als frühe Wegbereiter gelten außerdem Gero Miesenböck und Boris Zemelman, die 2002 und 2003 zur gezielten Photostimulation genetisch definierter Nervenzellen arbeiteten.

ChR2 funktioniert dabei wie ein molekularer Schalter. Das Protein ist ein natürlicher, lichtgesteuerter Ionenkanal. Sein C-terminales Ende kann verändert oder durch andere Proteinbereiche ersetzt werden, ohne dass die Kanalaktivität verloren geht. In erregbare Zellen gelangen die modifizierten Proteine etwa durch virale Transfektion, Elektroporation oder Genkanonen.

Wirbeltierzellen enthalten meist Vitamin A, eine Vorstufe des lichtabsorbierenden Chromophors Retinal. Deshalb 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 lässt sich die Ionenselektivität von ChR2 außerdem von Kationen wie Natrium und Kalium auf Anionen wie Chlorid umstellen. Anionenleitende Channelrhodopsine dienen dann dazu, neuronale Aktivität mit Licht zu unterdrücken.

Gehirn, Verhalten und geschädigte Netzhäute

Fluoreszenzmarkiertes ChR2 kann angeregte Axone und Synapsen in intaktem Gehirngewebe sichtbar machen. Damit wurden weitreichende neuronale Verbindungen kartiert; auch molekulare Vorgänge bei der synaptischen Plastizität lassen sich untersuchen. In Versuchen konnten Forschende das Verhalten transgener Nematoden, Taufliegen, Zebrafische und Mäuse mit ChR2-exprimierenden Nervenzellen durch intensive Blaulichtbeleuchtung berührungslos kontrollieren. Ein bisschen Science-Fiction-Gefühl bleibt da schon hängen.

Die Optogenetik hat sich dadurch von einem Werkzeug für Grundlagenforschung zu einer Technologie mit medizinischen Hoffnungen entwickelt. Nature Methods erklärte sie zur „Methode des Jahres 2010“. Die Pioniere erhielten 2013 den Brain Prize. Karl Deisseroth, Peter Hegemann und Georg Nagel erhalten am 10. Dezember 2026 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre Entdeckungen zu lichtgesteuerten Ionenkanälen und der Optogenetik.

Auch die Netzhaut ist ein wichtiges Forschungsfeld. Botond Roska wurde 2020 für seine Optogenetik-Forschung mit dem Körber-Preis ausgezeichnet; er untersucht Gentherapien zur Behandlung geschädigter Netzhäute. 2021 konnte ein internationales Forschungsteam einem 58-jährigen, an Retinitis pigmentosa erblindeten Patienten durch eine optogenetische Therapie teilweise das Sehvermögen zurückgeben.

Als führende Entwickler der Optogenetik gelten Karl Deisseroth sowie seine ehemaligen Mitarbeiter Edward Boyden und Feng Zhang. In Göttingen geht es nun darum, aus dieser langen Kette von Entdeckungen konkrete Therapien für Hör- und Sehbehinderungen zu entwickeln. Noch leuchtet das nur im Labor – aber bis 2029 soll sich zeigen, ob der nächste Schritt beim Menschen möglich wird.