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Optogenetik ist ein modernes Verfahren, das es Wissenschaftlern erm?glicht, in neuronalen Schnitten oder in lebenden Organismen wie Drosophila, Zebrafisch oder M?usen gezielt ausgew?hlte Zellen mit Licht zu aktivieren und ihre Rolle im Zellverbund zu untersuchen. Dazu benutzen sie lichtaktivierte Ionenkan?le aus Mikroorganismen, wie zum Beispiel Bakterien oder Algen, und schleusen diese gentechnisch in so genannte Wirtszellen anderer Lebewesen ein, um diese dann mit Licht stimulieren zu k?nnen.

Einer der Begründer dieser Technologie ist Peter Hegemann, Biophysiker der Humboldt-Universit?t. Seinen Mitarbeitern Jonas Wietek und Nona Adeishvilli ist es nun gelungen, ein weiteres optogenetisches Werkzeug zu entwickeln, das Nervenzellen nicht aktiviert, sondern sie stilllegt. Es dient ebenfalls dazu, die Funktionsweise von Zellen – beispielsweise im Gehirn – zu untersuchen. Diese neuen Ionenkan?le, die in der Lage sind Chlorid zu leiten, nennen die Wissenschaftler ChloC. Zusammen mit Wissenschaftlern des KIT in Karlsruhe und des Zentrums für Molekulare Neurobiologie in Hamburg haben sie jetzt ihre Ergebnisse im Magazin Science ver?ffentlicht.

?Wir haben lichtaktivierte Ionenkan?le, die sogenannten Kanalrhodopsine aus Mikroalgen, die wir seit 2005 in Berlin untersuchen, gentechnisch ver?ndert“, berichtet Jonas Wietek. Nun ist es m?glich, nicht nur positive Ladung durch die Kanalrhodopsine zu transportieren, sondern auch negative Ladung. Die Wissenschaftler haben dafür den Selektivit?tsfilter der Kanalrhodopsine identifiziert und diesen so modifiziert, dass selektiv negative geladene Chloridionen geleitet werden k?nnen. ?Man konnte zwar auch bisher Nervenzellen gezielt stilllegen, beispielsweise durch lichtaktivierte Protonenpumpen, aber eines der von uns entwickelten Kanalrhodopsine ben?tigt dafür circa 10.000 Mal weniger Licht als die bisher dafür genutzten Proteine“, erkl?rt Wietek. ?Die Vorteile der neuen Methode liegen vor allem darin, dass man Nervenzellen oder Netzwerke dieser auch über l?ngere Zeitr?ume untersuchen kann, ohne sie zu sch?digen, wie es zuvor durch den Einsatz der Protonenpumpen und deren Aktivierung mit Laser-Licht der Fall war.“

Welche therapeutischen Ans?tze bietet die Optogenetik? Die Methode wird beispielsweise eingesetzt, um Behandlungsmethoden für Morbus Parkinson zu erforschen. Wissenschaftler versuchen im Tiermodell, im Zentralhirn, dem Hippocampus, kleine Lichtleiter hineinzulegen, um so die Zellen zu aktivieren. Ein weiterer Ansatz ist die so genannte Retinalprosthetik. Dabei versucht man, in Sekund?rzellen der Retina im Auge lichtaktivierte Proteine einzubauen, um Augen die Sehf?higkeit wieder zugeben. Auch Therapien für Schizophrenie, Depressionen, Epilepsie oder Drogenabh?ngigkeit werden mittels der Optogenetik erforscht.

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http://www.sciencemag.org/content/early/2014/03/26/science.1249375

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Jonas Wietek?
Humboldt Universit?t zu Berlin
Experimentelle Biophysik

Tel.: 030 2093-8629
jonas.wietek@gmail.com