Georg Nagel: Wie ein Biophysiker aus Oberschwaben zum Medizin-Nobelpreis kam

Als der Anruf aus Stockholm Georg Nagel erreichte, saß er auf einer Terrasse in den Hügeln zwischen Neapel und Rom. Unter ihm standen Olivenbäume, neben ihm ein Zitronenbaum. Er glaubte es zunächst nicht. Einige Freunde verfolgten jeden Herbst die Bekanntgabe der Nobelpreise und ermahnte er stets, die Ruhe zu bewahren. Seines Wissens hatte bislang ein Patient von der Optogenetik profitiert, jener Methode, die durch seine Experimente möglich geworden war. Malariamedikamente und Krebsimmuntherapien hatten schon unzähligen Menschen geholfen. Ein Lichtschalter für Gehirnzellen, dachte er, sei für einen Medizinpreis noch zu jung.

Die Nobelversammlung sah das anders. Nagel, Biophysiker an der Universität Würzburg, erhält den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin gemeinsam mit Peter Hegemann und Karl Deisseroth für ihre Entdeckungen zu lichtgesteuerten Ionenkanälen und zur Optogenetik. Seinen Anteil an der Geschichte macht der experimentelle Nachweis aus. Hegemann hatte lange dafür plädiert, dass ein Protein im Augenfleck der Grünalge Chlamydomonas sowohl Licht auffängt als auch eine Pore für geladene Teilchen öffnet – eine These, die viele Kollegen bezweifelten. Nagel brachte am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt die Kandidatengene in Froscheizellen ein und maß, was geschah, wenn das Licht anging. Anfangs war es mühsam. Dann ergab, wie er erzählt, eine Reihe falsch angesetzter Lösungen mit niedrigem pH-Wert ein klares Signal, und er konnte sich erklären, was er da sah. Es war ein passender Zufall: Das erste der beiden Proteine erwies sich als Protonenkanal.

Die Beharrlichkeit hatte ihre Wurzeln schon früher. Nagel wurde am 24. August 1953 in Weingarten in Oberschwaben als ältestes von fünf Kindern geboren und war von seinem fünften Lebensjahr an schwer krank. Während seine Geschwister im nahe gelegenen Österreich Ski fuhren, baute er mit den naturwissenschaftlichen Baukästen, die seine Eltern ihm jedes Weihnachten schenkten, eine Dampfmaschine und Radios. Viele Sommerferien verbrachte er mit Operationen in der Universitätsklinik Würzburg – in jener Stadt, in der er später zwei Jahrzehnte lang lehren sollte. Er studierte Biologie und Biophysik an der Universität Konstanz. Dort wurde Ernst Bamberg, sein erster Dozent für Biophysik, zu seinem Mentor; als Student half Nagel außerdem bei der Gründung eines Cafés. Nach dem Diplom unterrichtete er an einer privaten weiterführenden Schule in der Schweiz. Eine weitere Operation in Würzburg brachte schließlich die Entzündung in seinen Knochen zum Stillstand. Er begann mit dem Drachenfliegen und unterrichtete weiter, bis Bamberg ihn nach Frankfurt einlud. Nagel nahm an und promovierte 1988 an der Goethe-Universität mit einer am Max-Planck-Institut durchgeführten Forschungsarbeit.

Es folgten fünf Jahre als Postdoktorand in den USA, an der Yale University und der Rockefeller University. In New York lernte er Anna Maria Musti kennen, eine Molekularbiologin aus Neapel, die als Gastprofessorin an der Columbia University tätig war. Sie half ihm, seinen biophysikalischen Zugang zur Wissenschaft zu erweitern. 1996 heirateten die beiden in Dänemark und bekamen eine Tochter. Zurück in Frankfurt, wo Nagel als Gruppenleiter am Max-Planck-Institut arbeitete, zeigten er und Bamberg 1995, dass Bacteriorhodopsin, eine lichtgetriebene Pumpe aus einer Mikrobe, auch dann funktionierte, wenn es in Froscheizellen exprimiert wurde – und tierische Zellen dadurch lichtempfindlich machte. Die Froscheizelle wurde zum Testsystem für alles, was danach kam.

2002 beschrieben Nagel, Hegemann, Bamberg und Kollegen in der Zeitschrift Science Channelrhodopsin-1 als lichtgesteuerten Protonenkanal; Musti gehört zu den Mitautorinnen. 2003 zeigte Nagels Team in den Proceedings of the National Academy of Sciences, dass sich Channelrhodopsin-2 direkt durch Licht öffnete und positive Ionen hindurchließ. Das Protein funktionierte auch in menschlichen Nierenzellen, die sich unter blauem Licht depolarisierten. Deisseroth schrieb Nagel und bat ihn um das Gen. Seine Gruppe an der Stanford University nutzte es 2005, um kultivierte Neuronen gezielt zum Feuern zu bringen – in einer Studie, an der Nagel und Bamberg als Mitautoren beteiligt waren. Im selben Jahr veröffentlichte Nagel gemeinsam mit Alexander Gottschalk eine der ersten Anwendungen von Channelrhodopsin zur Verhaltenssteuerung bei einem intakten Tier: Beim Fadenwurm Caenorhabditis elegans kam eine von ihm entwickelte Mutante zum Einsatz, die den Stromfluss verstärkte.

2004 wechselte er als Professor für molekulare Pflanzenphysiologie an das Julius-von-Sachs-Institut in Würzburg – ein unerwarteter Ausgangspunkt, um ein Werkzeug der Neurowissenschaften über zwei Jahrzehnte weiterzuentwickeln. Gemeinsam mit Shiqiang Gao entwickelte seine Gruppe lichtgesteuerte Enzyme für die Signalmoleküle cAMP und cGMP, darunter CyclOp, das 2015 beschrieben wurde. Außerdem richtete er die Methode wieder auf Pflanzen: Sie brauchen Licht zum Leben und besitzen nicht das Retinal, auf das Rhodopsine angewiesen sind. Eine 2021 in Nature Plants veröffentlichte Studie mit Nagel als Letztautor nutzte einen lichtgesteuerten Kanal aus einer Alge, um das Wachstum von Tabakpflanzen zu kontrollieren. 2019 wechselte er an das Institut für Physiologie und blieb dort ab 2021 als Seniorprofessor tätig.

Der Preis zieht auch eine Linie durch einen dicht besetzten Raum. Die Nobelregeln lassen höchstens drei Preisträger zu. Auf der Liste fehlen daher Bamberg, Nagels Mentor, später Direktor des Frankfurter Instituts und Mitautor der Channelrhodopsin-Studien, ebenso wie Edward Boyden, Erstautor der Neuronenstudie von 2005, und Gero Miesenböck, der Neuronen schon zuvor mit einem anderen System auf Licht reagieren ließ. Alle sechs erhielten 2013 gemeinsam den Brain Prize. Nagel spricht offen darüber, wo das Risiko lag. Deisseroth schrieb in Übersichtsartikeln, die Übertragung von Channelrhodopsin auf Neuronen sei ein sehr riskantes Projekt gewesen. In seinem ersten Interview nach der Bekanntgabe sagte Nagel, das habe ihn ein wenig überrascht, da sich das Protein in Nierenzellen so gut exprimieren ließ. Im selben Atemzug bezeichnete er Deisseroths Arbeit, das Werkzeug zu verbreiten und zu erklären, als absolut wichtig. Auch die medizinische Bedeutung müsse mit derselben Sorgfalt eingeordnet werden. Der am besten dokumentierte Fall eines Menschen betrifft einen Mann, der durch Retinitis pigmentosa erblindet war und nach einer Gentherapie mit einem Channelrhodopsin aus einer Alge einen begrenzten Teil seines Sehvermögens zurückgewann; darüber wurde 2021 berichtet. Die Studien laufen weiter, und die Optogenetik ist nach wie vor vor allem eine Forschungsmethode.

Stockholm bildete den Abschluss einer langen Reihe von Auszeichnungen: 2010 erhielt er gemeinsam mit Hegemann und Bamberg den Wiley-Preis und den Karl Heinz Beckurts-Preis, 2013 den Louis-Jeantet-Preis für Medizin, 2019 den Rumford-Preis und 2020 gemeinsam mit Hegemann und Miesenböck den Shaw-Preis für Lebenswissenschaften und Medizin. Ende Juni 2026 trat er offiziell in den Ruhestand. Die kalten Monate verbringen er und Musti in der Nähe von Neapel, wo es im Durchschnitt zehn Grad wärmer ist als in Würzburg, wie er sagt, und wo es keinen Nebel gibt. Sein Name stand weiterhin auf neuen Veröffentlichungen, darunter eine Studie aus dem Jahr 2025, in der ein kalziumleitendes Channelrhodopsin in Blutplättchen eingesetzt wurde. Die Bekanntgabe am 5. Oktober 2026 machte ihn zum fünfzehnten Nobelpreisträger der Universität Würzburg.

Am 10. Dezember wird er seine Medaille in Stockholm entgegennehmen. Das Protein, das er einst in einer Froscheizelle zum Funktionieren brachte, lässt sich inzwischen in Laboren auf der ganzen Welt gezielt aktivieren. Ob es auch einem zweiten Patienten und einem dritten helfen wird – das ist die Frage, auf die der Preis seiner Meinung nach hätte warten sollen.

Schlagwörter: Nobelpreis, Georg Nagel, Karl Deisseroth, Optogenetik, Peter Hegemann, channelrhodopsin, Biophysiker

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