Peter Hegemann: Der Biophysiker, der jungen Forschern von der Optogenetik abrät

Fragt man Peter Hegemann, wie junge Forschende die Optogenetik verbessern könnten, gibt er jedem Journalisten dieselbe Antwort: Das sollten sie nicht. Sie sollten sich lieber etwas Neuem zuwenden. Für einen Mann, dem die Nobelversammlung gerade zugeschrieben hat, alles ins Rollen gebracht zu haben, ist das eine ungewöhnliche Haltung. Doch Hegemann hat sich angewöhnt, Fachgebiete zu verlassen, bevor sie sich um ihn herum festigen. Bei einer Pressekonferenz an der Humboldt-Universität zu Berlin zählte er seine Umwege auf: erst Chemiker, dann Biochemiker, anschließend ein Jahrzehnt Pflanzenphysiologie und schließlich Professuren für Biochemie und Biophysik. „Und jetzt bin ich Neurowissenschaftler“, sagte er, „obwohl ich in meinem Leben noch nie ein neurowissenschaftliches Experiment durchgeführt habe.“

Der Preis, den er sich mit Georg Nagel von der Universität Würzburg und Karl Deisseroth von der Stanford University teilt, würdigt Entdeckungen zu lichtgesteuerten Ionenkanälen und zur Optogenetik. In der Darstellung des Komitees beginnt die Geschichte mit ihm. „Alles begann mit Peter Hegemanns Neugier“, heißt es in der Pressemitteilung: Er wollte wissen, wie es die einzellige Grünalge Chlamydomonas schafft, zu einer Lichtquelle hinzuschwimmen. Die Antwort war Channelrhodopsin – ein Protein, das Licht einfängt und mit einem einzigen Schritt eine Pore in der Zellmembran öffnet. Wird es in eine Nervenzelle eingebracht, können Forschende diese Zelle mit blauem Licht aktivieren. Hegemann erinnert sich noch an den ersten Kommentar der Zeitschrift Science zu der Entdeckung: „Ein Ionenkanal aus Teichschlamm.“ Die Chlamydomonas-Forschergemeinschaft, fügt er hinzu, war davon wenig begeistert.

Seine Schulzeit deutete kaum auf all das hin. Hegemann wurde am 11. Dezember 1954 in Münster geboren und wuchs in Aachen in einer Ärztefamilie auf. Auf einem humanistischen Gymnasium übersetzte er jahrelang, wie er sich erinnert, langweilige Berichte über römische und griechische Kriege. Gefallen fanden bei ihm nur Naturwissenschaften, Kunst und Musik. Er spielte Flöte im Schulorchester, fuhr Motorrad und bezeichnet seine Noten in der Schule und an der Universität als völlig durchschnittlich. Er studierte Chemie in Münster und anschließend in München, wo er sich der Biochemie zuwandte.

Die Entscheidung, die seine Laufbahn prägte, fiel am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried. Dort promovierte er 1984 in der Arbeitsgruppe von Dieter Oesterhelt und erforschte Halorhodopsin, eine lichtgetriebene Chloridpumpe aus einem salzliebenden Mikroorganismus. Oesterhelt habe ihm zwei Wege angeboten, erinnert sich Hegemann: Er könne so lange bei ihm bleiben, wie er wolle – bis zur Pensionierung –, oder sein eigenes Ding machen und nach fünf Jahren wieder weg sein. Hegemann entschied sich für den zweiten Weg. Eine Arbeit von Kenneth Foster hatte die Vermutung aufgestellt, der Lichtsensor der Alge sei ein Rhodopsin, also ein Molekül aus derselben Familie wie jene, die auch in den Augen von Tieren wirken. Hegemann verbrachte ein Postdoktorandenjahr in Fosters Labor an der Syracuse University und kehrte dann nach Martinsried zurück, um eine eigene Arbeitsgruppe zu leiten.

Dort stieß er Anfang der 1990er-Jahre auf das Rätsel, das ihn ein ganzes Jahrzehnt beschäftigen sollte. Mit winzigen Elektroden am Augenfleck der Alge zeichnete er einen elektrischen Impuls auf, der eine halbe Millisekunde nach dem Eintreffen des Lichts auftrat – mehr als zwanzigmal schneller als die Kette chemischer Schritte, durch die Licht im menschlichen Auge in ein Signal umgewandelt wird. Hegemann schloss daraus, dass ein einziges Protein das Licht einfangen und zugleich als Ionenkanal wirken musste. Kollegen waren skeptisch, und das Protein zerfiel jedes Mal, wenn sein Team versuchte, es zu isolieren. 1993 wechselte er als Professor für Biochemie an die Universität Regensburg. Um die Jahrtausendwende entdeckte seine Gruppe in von japanischen Forschenden veröffentlichten Genomsequenzen von Chlamydomonas zwei mögliche Kandidaten und schickte sie an Nagel am Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt. Nagel brachte sie in Froscheizellen zur Expression und beobachtete, wie sie sich unter Lichteinwirkung öffneten. Gemeinsam mit Nagel und Ernst Bamberg beschrieb Hegemann 2002 in Science Channelrhodopsin-1 und 2003 in PNAS Channelrhodopsin-2 – die Variante, die sich die Neurowissenschaften zunutze machten.

Das Werkzeug verbreitete sich rasch. 2005 setzte Deisseroths Labor Channelrhodopsin-2 ein, um kultivierte Rattenneuronen auf Kommando feuern zu lassen. Im selben Jahr veröffentlichte Hegemann als Mitautor eine Studie, in der damit die neuronale Aktivität in Hühnerembryonen eingeschaltet wurde. An der Humboldt-Universität, wo er Professor für Experimentelle Biophysik wurde, entwickelte sich sein Labor zu einer Werkstatt für neue Varianten. 2014 machte seine Gruppe aus Channelrhodopsin einen lichtgesteuerten Chloridkanal, der Neuronen stilllegt, statt sie feuern zu lassen. Ein 2016 bewilligter Zuschuss des Europäischen Forschungsrats finanzierte die Suche nach lichtempfindlichen Enzymen, bei der das erste bekannte heterodimere Rhodopsin entdeckt wurde. Seit 2015 hat Hegemann in Berlin eine Hertie-Seniorprofessur für Neurowissenschaften inne.

Die Begrenzung eines Nobelpreises auf drei Namen vereinfacht eine Geschichte mit vielen Beteiligten – und Hegemanns eigene Laufbahn zeigt, wer dabei fehlt. Dieter Oesterhelt, dessen Arbeiten zu mikrobiellen Rhodopsinen die Grundlage für all das bildeten, erhielt 2021 gemeinsam mit Hegemann und Deisseroth den Albert Lasker Basic Medical Research Award. Er starb jedoch im November 2022, und der Nobelpreis wird nicht posthum verliehen. Bamberg, Mitautor beider Arbeiten zu Channelrhodopsin, erhielt 2013 gemeinsam mit den drei diesjährigen Preisträgern den Brain Prize, gehört aber nicht zu ihnen. Selbst die geografische Zuordnung ist umstritten. Das Komitee verortet die preisgekrönten Entdeckungen am Institut in Martinsried, während die Universität Regensburg erklärt, die dort in ihren Laboren geleistete Arbeit habe die Grundlagen geschaffen. Auch das medizinische Potenzial ist begrenzt: Das deutlichste klinische Ergebnis betrifft einen Mann mit Retinitis pigmentosa, der einen Teil seines Sehvermögens zurückgewann. Hegemann kritisiert zudem offen, wie sein Fachgebiet Forschende belohnt. In einem Video forderte er 2023 Kollegen dazu auf, junge Forschende nach der Originalität ihrer Arbeit zu beurteilen und nicht nach der Zahl ihrer Veröffentlichungen nach drei oder vier Jahren – was sie seiner Aussage nach leider nicht tun. Dem Sender rbb sagte er außerdem, dass er wegen der unzureichenden Unterstützung an der Humboldt-Universität oft daran gezweifelt habe, in der Grundlagenforschung zu bleiben.

Fast hätte er die Nachricht verpasst. Auf der Website des Nobelpreises erzählte er, dass er am 5. Oktober eine E-Mail eines Fremden mit der Bitte um Rückruf ignoriert habe, bis ihm die schwedische Vorwahl von seinen Segeltörns bekannt vorkam. Bei der Pressekonferenz an der Humboldt-Universität sagte er, Forschung dürfe nicht mit dem Ziel betrieben werden, Preise zu gewinnen, und lobte eine Gruppe, der mindestens zehn Nationalitäten angehörten. Die Hochschulleitung unterstützt die Optobiologie mit einem Neubau, der im Mai 2029 fertiggestellt werden soll. Weiterhin berät Hegemann das Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy und ist an einem seit 2022 laufenden Synergy-Projekt des Europäischen Forschungsrats beteiligt, das die Optogenetik auf ein breiteres Spektrum lebender Systeme ausweiten soll.

Die Medaillenzeremonie in Stockholm findet am 10. Dezember statt, am Tag vor seinem 72. Geburtstag. Hegemann will seine Familie und wichtige Mitarbeitende mitbringen. In seinem Nobel-Interview wies er darauf hin, dass die erste Studie dazu, wie Chlamydomonas auf Licht reagiert, 1866 von einem russischen Wissenschaftler veröffentlicht wurde. Dieser hatte seine Algen in Sankt Petersburg aus der Newa gesammelt und ohne Strom gearbeitet. Hegemanns Rat an die nächste Generation entspricht dem, den er zur Optogenetik gibt: Es gibt so viele interessante Lebewesen zu erforschen.

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

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