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Nobelpreis 2021

Den Sinnen auf der Spur – „Bahnbrechende Entdeckung“ der Nobelpreisträger

  • Pamela Dörhöfer
    VonPamela Dörhöfer
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Die Molekularbiologen David Julius und Ardem Patapoutian erhalten 2021 den Nobelpreis für Medizin. Sie entdeckten Rezeptoren für Berührung und Temperatur auf Nervenzellen.

Frankfurt/Stockholm – Der Nobelpreis für Physiologie/Medizin geht in diesem Jahr an die Molekularbiologen David Julius und Ardem Patapoutian. Das gab das Karolinska Institut am Montag in Stockholm bekannt, verliehen wird der Preis am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel.

Die beiden in den USA tätigen Forscher erhalten die hohe wissenschaftliche Auszeichnung für ihre Entdeckung von Rezeptoren für Temperatur und Berührungen, die Signale im Nervensystem auslösen.

Verleihung des Nobelpreises 2021 an zwei Molekularbiologen – „Bahnbrechende Entdeckungen“

Die Rezeptoren – Proteine auf der Oberfläche von Zellen – spielen bei vielen physiologischen Prozessen, aber auch bei Krankheiten eine wichtige Rolle. „Unsere Fähigkeit, Hitze, Kälte und Berührungen zu empfinden, ist essenziell für unser Überleben und unsere Interaktion mit der Welt um uns herum“, heißt es in der Begründung des Nobelkomitees.

„In unserem täglichen Leben nehmen wir diese Fähigkeiten für selbstverständlich hin, aber wie werden die Nervenimpulse ausgelöst, so dass Temperatur und Druck wahrgenommen werden“. Diese Fragen hätten die beiden Nobelpreisträger mit ihren „bahnbrechenden Entdeckungen“ gelöst.

David Julius und Ardem Patapoutian erhalten Nobelpreis für die Entdeckung von Rezeptoren

David Julius wurde 1955 in New York geboren. Seit 1989 arbeitet er an der University of California in San Francisco. Ardem Patapoutian kam 1967 in Beirut im Libanon zur Welt und zog in seiner Jugend mit seiner Familie nach Los Angeles. Seit 2000 forscht er bei Scripps Research im kalifornischen La Jolla. Außerdem ist Patapoutian seit 2014 Prüfarzt des Howard Hughes Medical Institute.

Dass wir spüren, ob uns jemand zart oder grob anfasst, eine Kaffeetasse heiß oder lauwarm, ein Stoff kratzig oder weich ist, dass Sand im Schuh unsere Fußsohle quält oder der Wind unangenehm kalt ins Gesicht bläst: All das sind Fähigkeiten, die uns in die Wiege gelegt sind, die wir als gegeben ansehen und über deren Vorhandensein wir uns im Alltag kaum Gedanken machen. So wesentlich diese Sinne für alle Lebewesen sind, so wenig erforscht waren etliche dahinter liegende Vorgänge noch bis vor einigen Jahrzehnten.

Thomas Perlmann, Sekretär der Nobelversammlung und des Nobelkomitees, verkündet die Gewinner des Nobelpreises für Physiologie oder Medizin 2021 während einer Pressekonferenz im Karolinska-Institut in Stockholm.

Nobelpreisträger näherten sich dem Thema auf unterschiedliche Weise

Die beiden Nobelpreisträger näherten sich unterschiedlichen Facetten des Themas auf unterschiedlichen Wegen: David Julius verwendete Capsaicin, eine Verbindung aus Chilischoten, die auch in Wärmepflastern gegen Muskelverspannungen enthalten ist. Wer sie schon einmal verwendet hat, weiß, dass der Wirkstoff ein heißes Gefühl hervorruft. Capsaicin ist auch für das höllische Brennen verantwortlich, das sich einstellt, wenn man sich nach dem Schneiden von Chilischoten ins Auge fasst.

Mit Hilfe von Capsaicin gelang es Julius, einen Sensor in den Nervenenden der Haut zu identifizieren, der auf Hitze reagiert. Ardem Patapoutian forschte mit druckempfindlichen Zellen, um Sensoren zu finden, die auf mechanische Reize in der Haut und inneren Organen reagieren. Damit, so das Nobelkomitee, hätten die beiden Wissenschaftler „fehlende Glieder in unserem Verständnis des komplexen Zusammenspiels zwischen unseren Sinnen und der Umwelt“ identifiziert.

Hintergrundinformationen zum Nobelpreis

Gestiftet wurden die Nobelpreise 1895 von dem schwedischen Erfinder und Unternehmen Alfred Nobel (1833 bis 1896). Zu seinen vielen Patenten gehörte auch Dynamit – eine janusköpfige Erfindung, die den Bau von Schienen und Straßen voranbrachte, aber auch im Krieg eingesetzt wurde und großes Leid verursachte. Nobel hatte in seinem Testament verfügt, dass der größte Teil seines Vermögens in eine Stiftung fließen sollte. Die Zinsen sollten Menschen zukommen, „die im verflossenen Jahr der Menschheit den größten Nutzen gebracht haben“.

Die Verwandtschaft Alfred Nobels stellte das Testament infrage, und es gab auch öffentliche Kritik. Gleichwohl wurden die Nobelpreise schon früh als überaus wichtig wahrgenommen. Bis heute gelten sie als bedeutendste Auszeichnung auf dem Gebiet der Wissenschaft, der Literatur und des Engagements für den Frieden.

Die Auszeichnungen werden in mehreren Kategorien vergeben und die Preisträgerinnen und Preisträger jeweils Anfang Oktober vom Karolinska-Institut in Stockholm bekanntgegeben: zuerst am Montag Medizin beziehungsweise Physiologie, dann Physik (Dienstag), Chemie (Mittwoch), Literatur (Donnerstag) und am Freitag der Friedensnobelpreis. Am Montag darauf wird außerdem der Träger oder die Trägerin des Nobel-Gedächtnispreises für Wirtschaftswissenschaften bekanntgegeben. Diese Auszeichnung gibt es erst seit 1968, sie wurde von der Schwedischen Nationalbank gestiftet.

Dotiert ist der Nobelpreis mit jeweils rund 984 000 Euro pro Kategorie. Außerdem erhalten die Preisträgerinnen und Preisträger eine Medaille mit dem Abbild des Stifters sowie ein Diplom.

Ausgewählt werden die Preisträgerinnen und Preisträger vom Komitee des Karolinska-Instituts in Stockholm (Medizin), der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften (Physik, Chemie, Wirtschaftswissenschaften) und der Schwedischen Akademie (Literatur).

Verliehen werden die Nobelpreise seit 1901 am 10. Dezember, dem Todestag von Alfred Nobel, in Stockholm. Der Friedensnobelpreis wird in Oslo vergeben. Die Nobelstiftung teilte bereits mit, dass wegen der Pandemie zumindest bei der Verleihung in Stockholm wie schon 2020 die Preisträgerinnen und Preisträger nicht vor Ort sein werden.

Der überwiegende Teil der bisher Ausgezeichneten sind Männer: 866 erhielten ihn und im Vergleich dazu nur 58 Frauen. Außerdem wurden 28 Organisationen ausgezeichnet.

Frage nach der Sinneserfahrung beschäftigt Wissenschaft seit Jahrhunderten

Die Frage, wie unsere Sinne funktionieren, hat die Wissenschaft bereits vor Jahrhunderten beschäftigt. So stellte sich René Descartes im 17. Jahrhundert Fäden vor, die Teile der Haut mit dem Gehirn verbinden und die Aufgabe haben, ein mechanisches Signal dorthin zu senden – etwa, wenn man mit der Hand eine Flamme berührt.

1944 erhielten Joseph Erlanger und Herbert Gasser den Nobelpreis für Physiologie für ihre Entdeckung mehrerer Arten sensorischer Nervenfasern, die auf unterschiedliche Reize reagieren, etwa auf schmerzhafte und nicht schmerzhafte Berührungen. Es war die Basis des heutigen Wissens, dass Nervenzellen hochspezialisiert sind, unterschiedliche Arten von Reizen zu erkennen und weiterzuleiten.

Forschung zur Funktion der Sinne: Umweltwahrnehmung des Nervensystems bislang unklar

Eine grundlegende Frage zum Verständnis, wie das Nervensystem die Umwelt wahrnimmt und interpretiert, blieb jedoch bis zu den Entdeckungen von Julius und Patapoutian ungelöst, heißt es in der Mitteilung des Karolinska Instituts: „Wie werden Temperatur und mechanische Reize im Nervensystem in elektrische Impulse umgewandelt?“

David Julius begann in den 1990er Jahren mit seinen Forschungen zu Capsaicin. Zwar war bekannt, dass das Alkaloid Nervenzellen aktiviert und Brennen verursacht, unbekannt war jedoch, auf welchem Wege das passiert. Julius und sein Team legten eine Bibliothek mit Millionen von DNA-Fragmenten an, die Genen entsprechen, die mit Hitze, Schmerz und Berührung von weiterleitenden Nervenzellen zu tun haben. Julius hoffte, ein DNA-Fragment finden zu können, das ein Protein auf der Zelloberfläche kodiert, das auf Capsaicin reagiert.

Nach einer mühsamen Suche fand er schließlich ein einzelnes Gen, das in der Lage war, Zellen empfindlich gegenüber Capsaicin zu machen. Als Julius untersuchte, ob das Protein auf Hitze reagiert, stellte er fest, dass er einen Rezeptor entdeckt hatte, der bei als schmerzhaft empfundenen Temperaturen aktiviert wird. Der von Julius gefundene Capsaicin-Rezeptor wurde später TRPV1 genannt.

Nobelpreis 2021: Ergebnis der Forscher dient als Basis für Therapieentwicklungen

Das Ziel von Ardem Patapoutian war es, Rezeptoren zu finden, die durch mechanische Reize wie etwa Druck aktiviert werden. Er und sein Team identifizierten zunächst eine Zelllinie, die ein elektrisches Signal abgab, wenn einzelne Zellen mit einer winzigen Pipette angestochen wurden.

In einem nächsten Schritt wurden 72 mögliche Gene herausgefiltert, die als Kandidaten in Frage kamen, die vermuteten Rezeptoren zu kodieren. Auch hier war die Suche mühsam, doch es gelang Patapoutian und seinem Team, ein einzelnes Gen zu entdecken, dessen Blockierung die Zellen unempfindlich gegen das Piksen mit der Pipette machte. Später wurde noch ein zweites Gen entdeckt. Die beiden Rezeptoren erhielten den Namen Piezo 1 und Piezo 2 (Piezo ist aus dem griechischen Wort für Druck abgeleitet). Es stellte sich heraus, dass insbesondere Piezo 2 für den Tastsinn unerlässlich ist – und beide Rezeptoren wichtige physiologische Prozesse wie Blutdruck, Atmung und Harnblasenkontrolle regulieren.

Das von den Preisträgern geschaffene Wissen über diese Rezeptoren, so das Nobelkomitee, diene heute als Basis, um Therapien für eine Vielzahl von Krankheitszuständen zu entwickeln. (Pamela Dörhöfer)

Vor der Verleihung des Nobelpreises 2021 wurde darüber diskutiert, ob die „Mutter des mRNA-Verfahrens“ Katalin Karikó ausgezeichnet werden könnte.

Rubriklistenbild: © Jessica Gow/Tt/TT NEWS AGENCY via AP/dpa

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