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Optogenetik: Licht ins Neuronendickicht

Die Gentechnik beschert den Neurowissenschaften mächtige neue Werkzeuge: Einzelne Neurone oder ganze Hirnschaltkreise lassen sich per Lichtschalter an- und ausknipsen - vielleicht bald auch beim Menschen.
Methoden der Hirnforschung
Die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii gehört zu den simpelsten Organismen der Welt. Sie besteht aus einer einzigen, wenige ­Mikrometer großen Zelle. Auf einer Seite hat sie zwei fadenähnliche Fortsätze, mit deren Hilfe sie sich in Wasser und Schlamm fortbewegt. Biologen schätzen die Alge schon lange als leicht zu züchtendes Versuchsobjekt – doch seit Kurzem interessieren sich auch Hirnforscher für den Einzeller. Denn der so primitiv erscheinende Winzling könnte die Erforschung von Geist und Bewusstsein beflügeln.
Der Grund ist ein lichtempfindliches Molekül, das man bislang nur in der Zellmembran dieser Spezies fand: das Kanalrhodopsin. Wenn kurzwelliges Licht darauf trifft, verformt es sich und bildet rasend schnell einen Tunnel, durch den elektrisch geladene Teilchen von außerhalb in die Zelle einströmen. Der Fluss der Ionen verändert die Spannung an der Membran – ähnlich wie bei Nervenzellen, bevor sie ein elektrisches Signal abgeben.
Genau deshalb haben Neurobiologen den Kanal auch für sich entdeckt: Sie schleusen das Protein aus der Alge und ähnliche Moleküle, die sie unter anderem in Bakterien fanden, in menschliche oder tierische Nervenzellen ein ...

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  • Quellen
Adamantidis, A. R. et al.: Neural Substrates of Awakening Probed with Optogenetic Control of Hypocretin Neurons. In: Nature 450, 420-424, 2007

Busskamp, V. et al.: Genetic Reactivation of Cone Photoreceptors Restores Visual Responses in Retinitis Pigmentosa. In: Science 329, S. 413-417, 2010

Claridge-Chang, A. et al.: Writing Memories with Light-Addressable Reinforcement Circuitry. In: Cell 139, S. 405-415, 2009

Clyne, J. D. et al.: Sex-Specific Control and Tuning of the Pattern Generator for Courtship Song in Drosophila. In: Cell 133, S. 354-363, 2008

Gunaydin, L. A. et al.: Ultrafast Optogenetic Control. In: Nature Neuroscience 13, S. 387-392, 2010

Kravitz, A. V. et al.: Regulation of Parkinsonian Motor Behaviours by Optogenetic Control of Basal Ganglia Circuitry. In: Nature 466, S. 622-626, 2010

Nagel, G. et al.: Light Activation of Channelrhodopsin-2 in Excitable Cells of Caenorhabditis elegans Triggers Rapid Behavioral Responses. In: Current Biology 15, S. 2279-2284, 2005

Nagel, G. et al.: Channelrhodopsin-1: A Light-Gated Proton Channel in Green Algae. In: Science 296, S. 2395-2398, 2002
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