Nobelpreis trifft PSI-Forschung
Villigen, 06.10.2026 — Der diesjährige Nobelpreis für Physiologie oder Medizin würdigt die Optogenetik − eine biotechnologische Methode, mit der sich Vorgänge in Zellen gezielt über Licht steuern lassen. Am Paul Scherrer Institut PSI arbeiten Forschende daran, dieses Prinzip über Nervenzellen hinaus auf weitere Zelltypen und Organe auszuweiten. Damit könnte eine neue Generation optogenetischer Werkzeuge entstehen – bis hin zu der Möglichkeit, biologische Prozesse künftig mit Licht statt mit Medikamenten zu steuern.
Der diesjährige Nobelpreis für Physiologie oder Medizin geht an Peter Hegemann, Karl Deisseroth und Georg Nagel für ihre Entdeckungen zu lichtgesteuerten Ionenkanälen und zur Optogenetik. Hegemann und Nagel entdeckten mit Channelrhodopsin ein Protein, das einzellige Algen lichtempfindlich macht; Deisseroth gelang es, dieses Protein auf Nervenzellen zu übertragen und sie mit Licht gezielt zu aktivieren.
Damit schufen die drei Forscher die Grundlage für eine Methode, mit der sich Nervenzellen präzise steuern und untersuchen lassen und die die Neurowissenschaften grundlegend verändert hat. PSI-Forschende wollen dieses Prinzip nun auf andere Zelltypen ausweiten.
Über Nervenzellen hinaus
Bislang stützt sich die Optogenetik auf lichtgesteuerte Ionenkanäle, mit denen sich elektrische Signale kontrollieren lassen – besonders gut funktioniert das in Nervenzellen. Viele andere Vorgänge im Körper beruhen jedoch nicht auf elektrischen Impulsen, sondern auf komplexen Signalwegen innerhalb von Zellen. Könnten auch diese mit Licht ein- und ausgeschaltet werden, liesse sich die Optogenetik auf zahlreiche weitere Zelltypen und biologische Prozesse übertragen.
Ein Team um Gebhard Schertler vom Zentrum für Life Sciences am PSI entwickelt dafür lichtempfindliche Proteine zu molekularen Schaltern weiter. «Die klassische Optogenetik verändert das Ionengleichgewicht in Nervenzellen – wir hingegen könnten Signalkaskaden im Gehirn und anderen Organen aktivieren, das ist etwas völlig Neues», erklärt Schertler. Die Technik könnte eines Tages unter anderem dabei helfen, viele Krankheiten besser zu verstehen und vielleicht sogar neue Medikamente zu entwickeln.
Die zweite Revolution der Optogenetik
Im Rahmen des ERC-Synergieprojekts «Switchable rhodOpsins in Life Sciences» arbeitet Gebhard Schertler gemeinsam mit dem Nobelpreisträger Peter Hegemann sowie Rob Lucas von der Universität Manchester daran, neue optogenetische Proteine zu entwickeln, die auch in anderen Zellen und für andere Funktionen einsetzbar sind – in jedem Organ quasi. Forschende sprechen von einer möglichen zweiten Revolution der Optogenetik.
Ein ideales Ziel dafür sind G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, kurz GPCR. Man findet sie in fast jeder Zelle unseres Körpers; sie vermitteln zahlreiche Funktionen, vom Geruchs- und Geschmackssinn über das Regeln der Herzfrequenz bis zum Einleiten einer Entzündungsreaktion. Sie mit Licht kontrollieren zu können, würde die Möglichkeiten der Optogenetik erheblich erweitern.
«Noch haben wir keinen Werkzeugkasten, wie es ihn bereits für die klassische Optogenetik gibt», sagt Schertler. «Aber in einigen Jahren können wir viele Rätsel lösen – und ich denke, Hunderte von Laboren werden dann auch anfangen, solche universellen lichtempfindlichen GPCR-Schalter, die optoGPCRs zu benutzen.» Sein Team arbeitet beispielsweise mit Franziska Schneider-Warme am Herzzentrum der Universität Freiburg daran, die Ursachen von Herzrhythmusstörung besser zu verstehen. In einem anderen Projekt hat die PSI-Gruppe einen OptoGPCR entwickelt, der neue Einblicke in die Parkinson-Krankheit ermöglichen soll.
Schnell wie der Blitz
Um zu verstehen, wie lichtempfindliche Proteine funktionieren, müssen Forschende ihnen bei der Arbeit zusehen. Möglich macht das die zeitaufgelöste Kristallografie an Röntgenquellen wie dem Schweizer Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL und der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS. Mit ultrakurzen Röntgenimpulsen lassen sich die rasanten Veränderungen verfolgen, die Licht in den Proteinen auslöst – wie in einem hochaufgelösten Film molekularer Abläufe.
«Damit heben wir die Strukturbiologie auf die nächste Ebene», sagt Jörg Standfuss vom Zentrum für Life Sciences am PSI, der auf solche Untersuchungen spezialisiert ist. «Wir können im Detail verfolgen, was nach dem Lichtimpuls im Protein geschieht, und dadurch besser verstehen, wie diese lichtempfindlichen Proteine funktionieren.»
Standfuss und sein Team untersuchen auf diese Weise auch Channelrhodopsine aus Einzellern – jene Proteinfamilie, die am Anfang der Optogenetik stand. Mithilfe der zeitaufgelösten Kristallografie untersuchte das PSI-Team beispielsweise ein Channelrhodopsin aus der Forschung von Nobelpreisträger Peter Hegemann. Damit schliesst sich der Kreis von den molekularen Grundlagen der Optogenetik zur heutigen Forschung am PSI.
Text: Paul Scherrer Institut PSI/Brigitte Osterath
Über das PSI
Das Paul Scherrer Institut PSI entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Zukunftstechnologien, Energie und Klima, Health Innovation und Grundlagen der Natur. Die Ausbildung von jungen Menschen ist ein zentrales Anliegen des PSI. Deshalb sind etwa ein Viertel unserer Mitarbeitenden Postdoktorierende, Doktorierende oder Lernende. Insgesamt beschäftigt das PSI 2300 Mitarbeitende und ist damit das grösste Forschungsinstitut der Schweiz. Das Jahresbudget beträgt rund CHF 450 Mio. Das PSI ist Teil des ETH-Bereichs, dem auch die ETH Zürich und die ETH Lausanne angehören sowie die Forschungsinstitute Eawag, Empa und WSL.
Kontakt
Prof. Dr. Gebhard Schertler
PSI Center for Life Sciences
Paul Scherrer Institut PSI
+41 56 310 42 65
gebhard.schertler@psi.ch
[Englisch, Deutsch]
Prof. Dr. Jörg Standfuss
PSI Center for Life Sciences
Paul Scherrer Institut PSI
+41 56 310 25 86
joerg.standfuss@psi.ch
[Deutsch, Englisch]