Von der Möglichkeit, sich neue Welten vorzustellen

Ärzt*in für Wien: Das Forschungsfeld, mit dem Ihr Name stark verbunden ist, ist die Optogenetik. Was kann man sich darunter vorstellen? 

Miesenböck: Es geht um die Steuerung von Zellen im intakten Gehirn durch Licht. Die Optogenetik kombiniert zwei Prinzipien. Das erste Prinzip ist die genetische Abgrenzung von unterschiedlichen Zelltypen. Und das zweite ist die Kommunikation durch Photonen, durch Licht. Das funktioniert so, dass man durch genetische Modifikation in bestimmte Nervenzellen Lichtrezeptoren einbaut. Wir haben uns von lichtempfindlichen Zellen im Auge die lichtempfindlichen Proteine ausgeborgt und sie durch genetische Modifikation in verschiedene Nervenzellen transplantiert. 

Ärzt*in für Wien: Die Optogenetik gibt es seit über 20 Jahren. Wie kann man sich die Genese, die Forschungsarbeit dahinter, vorstellen? 

Miesenböck: Wir haben 1999 am Problem zu arbeiten begonnen und 2002 die erste Arbeit publiziert, in der alle grundlegenden Konzepte und experimentellen Prinzipien etabliert wurden. Wie bei allen Methoden und Technologien gibt es natürlich immer wieder technische Verbesserungen, aber das grundlegende Prinzip ist das gleiche geblieben. Meine Postdoc-Zeit habe ich bei dem Biochemiker James Rothman, der im Jahr 2013 den Nobelpreis für Medizin gewonnen hat, verbracht. Der Grundansatz der Biochemie ist es, lebende Systeme in ihre Komponenten aufzulösen und biologische Prozesse dadurch zu verstehen, dass man diese Komponenten im Reagenzglas wieder zusammensetzt. Als ich 1999 mein unabhängiges Labor gegründet habe, habe ich versucht, diesen Grundansatz der Biochemie auf die Neurowissenschaften zu übertragen, denen ein Ansatz ähnlich dem der Biochemie gefehlt hat. 

Ärzt*in für Wien: Wie kann man sich diesen Ansatz umgelegt auf das Nervensystem vorstellen? 

Miesenböck: Die elementaren Bausteine der Gehirnfunktion sind elektrische Aktivitätsmuster. Mir war klar, dass die äquivalente Methode für die Neurobiologie wäre, dem Gehirn künstliche Aktivitätsmuster anzubieten und es zu bitten, sie für uns zu entschlüsseln. Wenn die Einspielung eines bestimmten Musters Wahrnehmungen, Handlungen, Erinnerungen oder Emotionen auslöst, kann man glaubwürdig behaupten, die neuronalen Signale entdeckt zu haben, die normalerweise diesen Aspekten unseres geistigen Lebens zugrunde liegen. Die Einspielung künstlicher Aktivität ist daher das neurobiologische Äquivalent zur Rekonstitution einer biochemischen Reaktion im Reagenzglas. Die große Hürde ist, in der enormen Komplexität des Gehirns nur bestimmte Zellverbände präzise zu kontrollieren. Mit Elektroden geht das natürlich nicht: einen Draht ins Gehirn stecken ist invasiv und grob; die nötige mechanische Stabilität ist bei Tieren, die sich frei bewegen, schwer zu erzielen; es gibt eine physikalische Obergrenze für die Anzahl an Elektroden, die gleichzeitig platziert werden können; und es gibt das Nadel-im-Heuhaufen-Problem, die wesentlichen Neuronen zu finden und gezielt anzusteuern. Das Kernkonzept der Optogenetik ist es, diese Logik auf den Kopf zu stellen: Anstatt eine Elektrode zu verwenden, um einen Punkt zu stimulieren, ermöglichen wir es einer bestimmten Gruppe von Gehirnzellen, natürlich auf ein elektromagnetisches Fernsignal zu reagieren. So ein Signal ist Licht. 

Ärzt*in für Wien: Das Bild eines Radiosignals oder WLAN ins Gehirn, ist das zutreffend? 

Miesenböck: Genauso ist es. Erstens ermöglicht die Optogenetik eine nicht invasive, drahtlose Form der Kommunikation mit dem Gehirn. Zweitens können wir – wie bei einer Radiosendung – mit vielen Empfängern gleichzeitig kommunizieren. Wir müssen nicht wissen, wo diese Empfänger sich aufhalten, und es spielt keine Rolle, ob sich ihre Positionen verändern – denken Sie nur an Ihr Autoradio.

Es kommt noch besser. Es stellt sich heraus, dass wir die Empfänger aus Material herstellen können, das genetisch kodiert ist. Weil sich verschiedene Typen von Nervenzellen darin unterscheiden, dass in ihnen verschiedene Gene ein- und ausgeschaltet sind, können wir die Produktion des Empfängers mit der Aktivität bestimmter Signaturgene verknüpfen. Das bedeutet, dass jede Nervenzelle mit dem passenden genetischen Muster automatisch eine optische Schnittstelle erzeugt, die es uns ermöglicht, die Funktion dieser Zelle zu kontrollieren, ohne unerwünschte Beeinflussung benachbarter Zellen.

Ärzt*in für Wien: Welche konkreten Anwendungen sind oder wären damit möglich? 

Miesenböck: Mittlerweile gibt es eine umfassende Literatur zu breit gestreuten Themen der Neurobiologie, vom Essverhalten über Schlaf-Wach-Rhythmen bis zu kognitiven Prozessen. Bei Parkinson etwa haben sich schon Ansätze zur Behandlung durch optogenetische Einblicke grundlegend verändert.

Auch Optogenetik selbst als Therapie ist eine Möglichkeit, am weitesten fortgeschritten ist das bei Erkrankungen der Netzhaut. Man versucht mittlerweile Lichtrezeptoren in die Neuronen der Retina einzubauen, die normalerweise nicht lichtempfindlich sind, um den krankheitsbedingten Verlust von Fotorezeptoren zu kompensieren. Es gibt erste Studien, in denen die Ganglienzellen in der Retina mit Fotorezeptoren ausgestattet wurden, und wo sich ein zumindest schattenhaftes Sehvermögen wiederherstellen hat lassen. 

Ärzt*in für Wien: Sie leben und forschen ja seit langem als Auslandsösterreicher, von 1992 bis 2007 in den USA und seit 2007 in Großbritannien. Wie erleben Sie die angloamerikanische Forschungslandschaft im Gegenzug zur österreichischen? 

Miesenböck: Mein Eindruck von der österreichischen Forschungslandschaft ist veraltet, ich habe das Land 1992 verlassen. Mit diesem Vorbehalt würde ich sagen, dass große Unterschiede in der Bereitschaft zum Risiko, zum ständigen Neubeginn, zur geistigen und persönlichen Mobilität bestehen. Das System erfordert das: Im Gegensatz zu österreichischen Ordinarien habe ich keine Hausstellen; der gesamte Betrieb in meinem Labor hängt an Drittmitteln. Wenn unvermeidliche Rückschläge passieren, muss man bereit sein, sich neu zu erfinden. 

Ärzt*in für Wien: Sie haben schon lange Ihre eigene Forschungsgruppe. Was ist Ihnen wichtig bei Ihrem Team, welche Eigenschaften schätzen Sie? Was ist für gute Forschungsarbeit wichtig? 

Miesenböck: Ich glaube, die Fähigkeit sich auszumalen, wie die Welt funktioniert, ist das Wichtigste. Ich habe seit meiner Zeit als Gymnasiast Literatur geliebt und lange damit geliebäugelt, Schriftsteller zu werden. Aber kurz vor der Matura ist mir klar geworden, dass die Naturwissenschaft dieselben Möglichkeiten bietet, sich neue Welten vorzustellen. Genau wie ein Schriftsteller eine Romanhandlung entwirft und Charaktere zeichnet, hat auch ein kreativer Wissenschafter eine ganz genaue Vorstellung im Kopf von den nicht direkt sichtbaren Abläufen, die er oder sie studiert. Die Korrektheit dieser Vorstellung wird natürlich ständig durch Experimente überprüft, aber ohne eine genaue Idee, wie das untersuchte System funktioniert und was das erwartete Resultat zeigen soll, sind Experimente oft banal. Diese Vorstellungskraft ist meiner Meinung nach das entscheidende Kriterium, welches große Forscherinnen und Forscher von durchschnittlichen unterscheidet. Das versuche ich auch meinen jungen Kolleginnen und Kollegen beizubringen. 

Ärzt*in für Wien: Die Wissenschaftsskepsis, die in Österreich immer wieder Thema ist, wie nehmen Sie das wahr? 

Miesenböck: In England (Miesenböck forscht seit 2007 an der University of Oxford, Anm. d. Red.) ist das glaube ich viel weniger ausgeprägt als in Österreich. Es gibt eine lange wissenschaftliche Tradition, die bis vor die Zeit der Aufklärung zurückreicht, die Royal Society (britische Akademie der Wissenschaften, Anm. d. Red.) wurde 1660 gegründet. Die Wissenschaft ist genauso Teil des menschlichen Kulturerbes wie die Kunst. Darum ist es auch wichtig, dass wir unsere Forschungsergebnisse verständlich, ansprechend und wenn möglich auch unterhaltsam präsentieren. Es gibt ja dieses Vorurteil, dass Tiefsinniges langweilig sein muss. Das halte ich für Unsinn. Eine tiefe wissenschaftliche Einsicht kann ebenso schön und bewegend sein wie ein Kunstwerk.