Medizin-Nobelpreis 2021: Some like it hot

Stellen wir uns vor: Eine Hand, die auf einer heißen Herdplatte verweilt, weil sie die Hitze nicht spürt. Ein Fuß, der nicht vor den anderen gesetzt werden kann, weil seine Position im Raum dem Laufenden nicht bekannt ist. Die Konsequenz: Brandblasen und Stillstand. Und ziemlich schnell dann auch der Tod unserer Spezies.

Dass wir diesen bislang erfolgreich abwehren konnten, liegt nicht zuletzt an unserer Fähigkeit, Temperatur, Berührung und die Stellung unseres Körpers im Raum wahrzunehmen. Diese "ist überlebenswichtig und untermauert unsere Interaktion mit der Welt um uns herum". So begründete das Nobelpreiskomitee heute seine Wahl der diesjährigen Preisträger David Julius und Ardem Patapoutian. Und begibt sich damit tief in die Grundlagen unseres menschlichen Daseins: Wie nehmen wir die Welt um uns herum wahr? Und wie nehmen wir uns selbst in dieser Welt wahr? 

In der Praxis haben diese existenziellen Fragen deutlich weniger romantische Züge. Die schon technischere Ausgangsfrage: Wie werden Sinnesreize in elektrische Impulse übersetzt, die unser Gehirn verarbeiten kann? Und ab da geht’s auf der Ebene von Ionenkanälen weiter.

Alles begann mit der Chili

Capsaicin. Diese chemische Verbindung begründet die Schärfe der Chili und die Forschung des amerikanischen Physiologen David Julius. Ende der 1990er Jahre wollte er an der University of California herausfinden, wie das brennende Gefühl entsteht, das wir bei "Genuss" einer Chili wahrnehmen. Bekannt war, dass dieses über spezifische Nerven vermittelt wird. Unklar jedoch war der zugrunde liegende Mechanismus. Und so zerschnippelte er die DNA der beteiligten Sinneszellen in Fragmente und kreierte eine Bibliothek mit Millionen potentieller Kandidaten, die der Schmerzwahrnehmung zugrunde liegen könnten. Diese DNA-Fragmente baute er dann in Zellen ein, die eigentlich nicht auf Capsaicin reagieren – und identifizierte auf diese Weise ein Gen, das die Zellen Capsaicin-empfindlich macht.

Julius und sein Team fanden heraus, dass dieses Gen die Bauanleitung für einen Ionenkanal darstellt. Ionenkanäle sind Tunnel in der Wand von Zellen, die sich öffnen und schließen können und für die Weiterleitung von Nervensignalen wichtig sind. Und der von Julius entdeckte Kanal, TRPV1 genannt, reagierte auch auf Hitze. Ein Temperatur-abhängiger Kanal – so etwas war im Kontext von Nervenzellen bis dahin nicht bekannt.

Kleiner Piekser, große Entdeckung

Am Scripps Institut im kalifornischen La Jolla widmete sich der Molekularbiologe und Neurowissenschaftler Ardem Patapoutian derweil dem Phänomen Berührung. Dafür nahm auch er sich verschiedene Gene vor, verfolgte jedoch ein anderes Prinzip, indem er die Gene nacheinander ausschaltete und die jeweiligen Zellen mit einer Mikropipette piekste. Auf diese Weise konnte er einen für die Übersetzung mechanischer Reize verantwortlichen Ionenkanal identifizieren: PIEZO1. (Später ergänzt durch den ähnlichen Kanal PIEZO2.)

Unabhängig voneinander entdeckten Julius und Patapoutian einen weiteren Kanal, der spezifisch auf Kälte reagiert – zwischen den beiden war ein regelrechtes Wettrennen entbrannt – und veröffentlichten ihre Ergebnisse zu TRPM8 fast zeitgleich.  

Hoffnungsträger für die Schmerzmedizin

Die von Julius und Patapoutian entdeckten Kanäle vermitteln Temperatur und Berührung, spielen darüber hinaus aber auch bei der Regulierung zentraler Körperfunktionen wie Atmung, Blutdruck oder Wasserlassen sowie der Wahrnehmung verschiedener Schmerzarten eine Rolle.

Und gerade beim Thema Schmerz bietet das Verständnis des zugrunde liegenden molekularen Mechanismus wertvolle Ansatzpunkte für die Entwicklung von Medikamenten. So können beispielsweise Tumorpatienten oder Menschen, die an Arthritis, Multipler Sklerose oder Phantomschmerz leiden, von bislang oft schlecht bekämpfbarem Leiden betroffen sein. Oft landen sie in einem Kreislauf von Medikamenten, die immer höher dosiert werden müssen, oder sie erleben eine Arzt-zu-Arzt-zu-Arzt-Odyssee – häufig ohne Happyend.

Die Blockade des TRPV1-Rezeptors sowie paradoxerweise seine gezielte Aktivierung mit Capsaicin können schmerzlindernd wirken. Diese Erkenntnis kommt in Form von Salben beispielsweise bereits beim Heilen von Operationswunden oder Nervenschädigungen durch HIV oder Diabetes zum Einsatz.

"It’s not the golden bullet"

Ganz so einfach aber ist die Geschichte nicht. "It’s not the golden bullet", kommentiert etwa Jan Siemens, Professor für Pharmakologie an der Universität Heidelberg, die Hoffnungen, die im Kontext der Schmerztherapie auf den TRPV1-Kanal gesetzt wurden. Er selbst arbeitete während seines PhD in einem Nachbarlabor von Ardem Patapoutian und war anschließend Postdoc bei David Julius. Die Hoffnung des Feldes sei groß gewesen, die Pharmaindustrie habe viel Geld in die Erforschung potentieller Schmerzmedikamente investiert. Der gewünschte Erfolg jedoch habe sich bislang nicht eingestellt: "Es ist Ernüchterung eingetreten."

Das menschliche Schmerzsystem ist komplex aufgebaut: Einerseits gibt es zahlreiche parallele Wege, die zu einer Schmerzempfindung führen können. Andererseits ist es zu kurz gedacht, die Schmerz und Hitze vermittelnden Kanäle pauschal kaltzustellen: Als man das beispielsweise bei Mäusen tat, reagierten diese mit einer überschießenden Körpertemperatur. Ihre Temperaturregulation war gestört.  

"Es würde dem Preis aber auch nicht gerecht werden, ihn nur auf einen Kanal oder eine medizinische Anwendung zu reduzieren", sagt Jan Siemens. Vielmehr gehe es darum, die Physiologie mit Hilfe der Grundlagenforschung zu verstehen, "und im Kontext der Sinnesphysiologie haben die beiden wirklich Bahnbrechendes geleistet". Und möglicherweise könnte das so erlangte Wissen zu ganz anderen Zwecken genutzt werden: Die Rezeptorfamilie ist groß und unterschiedliche Familienmitglieder sind an zahlreichen grundlegenden Körperfunktionen beteiligt. So könnten sie beispielsweise in der Herzkreislaufmedizin oder der Kontrolle des Energiemetabolismus und der Bekämpfung von Fettleibigkeit eine Rolle spielen.  

Die Preisträger

David Julius, geboren 1955 in New York, USA, ist Biochemiker und Professor für Physiologie an der University of California, San Francisco. Ardem Patapoutian, geboren 1967 in Beirut, Libanon, ist Professor für Neurowissenschaften am Scripps Research Institut in Kalifornien. In der Vergangenheit herrschte zwischen beiden ein regelrechtes Wettrennen, wer als erster den nächsten sensorischen Rezeptor finden würde. In den vergangenen Jahren dann teilten sie sich immer mehr hochrangige Wissenschaftspreise: 2019 den Rosenstiel Award for Distinguished Work in Basic Medical Research, 2020 den Kavli-Preis für Neurowissenschaften.

Ein bisschen schockiert seien sie gewesen, erklärte der Generalsekretär des Nobelpreis-Komitees Thomas Perlman, der die Preisträger heute mit einer kleinen Verspätung bekannt gab. Sehr überrascht, aber auch unglaublich glücklich. Jahr für Jahr liegt eine der größten Herausforderungen für das Nobelpreiskomitee darin, die Preisträger aufzuspüren, um ihnen die frohe Botschaft verkünden zu können. Dieses Jahr war dies nur mit Hilfe eines Vaters und einer Schwägerin möglich – und schien offensichtlich ein wenig länger zu dauern. Vielleicht lag dies auch daran, dass viele eigentlich mit anderen Preisträgern gerechnet hatten.

Der Elefant im Raum

Es dauerte ein wenig, bis die anwesenden Journalisten den Mut fassten, aber dann trauten sie sich doch: Und warum genau sei diese Entdeckung ausgerechnet in diesem Jahr als die wichtigste eingeschätzt worden? Darauf könne er nicht antworten, ohne die Diskretion zu verletzen, antwortete Perlman. Fest stehe: Die Entdeckung erschließe eines der größten Geheimnisse der Natur. Aber ein wenig warm mag es ihm dabei doch geworden sein.

Eine Entdeckung würdigen, die der Menschheit im vergangenen Jahr den größten Nutzen gebracht hat. Das wollte Alfred Nobel mit seinem Preis. Inmitten einer weltweiten Pandemie kommt man da kaum an der mRNA-Technologie vorbei, die einerseits die Grundlage für die Entwicklung eines Impfstoffs in Rekordzeit darstellt, andererseits in den letzten Monaten millionenfach zur Anwendung kam. Gleichzeitig ist zu berücksichtigen, dass der Nobelpreis häufig Entdeckungen ehrt, die schon einige Jahre zurückliegen und deren Nutzen sich über längere Zeit bewähren konnte.

Ob das Komitee am Mittwoch im Fach Chemie, wo die mRNA-Technologie auch noch mal Thema sein könnte, ebenso überraschend entscheiden wird? Sagen wir mal so: Es bleibt heiß!

Medizin macht nur den Auftakt

Die Bekanntgabe stellt den Auftakt einer preisträchtigen Woche dar: Am Dienstag werden die Preisträger im Fach Physik bekanntgegeben, am Mittwoch im Fach Chemie. Am Donnerstag und Freitag folgen Literatur- und Friedensnobelpreis. Am kommenden Montag werden der oder die Preisträger der in Gedenken an Alfred Nobel seit 1969 zusätzlich vergebenen Ehrung für Wirtschaftswissenschaften verkündet, die von der Schwedischen Reichsbank gestiftet wird.

Dynamit und Sprenggelatine - damit machte sich Alfred Nobel einen Namen und kam zu einem stattlichen Vermögen. Ob es das schlechte Gewissen aufgrund dieser explosiven Erfindungen war, der Wunsch, den wirtschaftlichen Gegenwind, den Forschende häufig erfahren, auszugleichen, oder die Anregung der österreichischen Friedensforscherin Bertha von Suttner, was Nobel bewog, knapp 94 Prozent seines Vermögens nach seinem Tod in eine Stiftung zu überführen, wird wohl Teil des Nobel-Mythos bleiben. Klar ist, dass der Erfinder und Unternehmer 1895 in seinem Testament festlegte, dass aus den Zinsen seines Vermögens Preise für diejenigen finanziert werden sollten, die "im verflossenen Jahr der Menschheit den größten Nutzen geleistet haben". Die fünf von ihm vorgeschlagenen Kategorien haben bis heute Bestand.

Verleihung am 10. Dezember

Der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin wurde seit 1901 bislang 111 Mal verliehen: 222 Preisträgern kam die Ehre zu - darunter zwei Ehepaare und sage und schreibe zwölf Frauen. Neun Mal fiel die Preisvergabe aus, teils kriegsbedingt, teils aus Mangel an ehrwürdigen Entdeckungen. Im vergangenen Jahr erhielten die US-Forscher Harvey J. Alter, Michael Houghton und Charles M. Rice die Ehrung für die Entdeckung des Hepatitis-C-Virus.

Ausgewählt werden die Preisträger für Physiologie oder Medizin vom Karolinska-Institut in Stockholm. Gemäß der Statuten dürfen pro Preis maximal drei Forscher gewürdigt werden. Die Heerschar der Nominierten herauszufinden, die in der Vergangenheit leer ausgingen, ist praktisch unmöglich - über diese hüllt sich die Stiftung 50 Jahre lang in Schweigen.

Die diesjährigen Preisträger erhalten ein Preisgeld von zehn Millionen Schwedischen Kronen (rund 980.000 Euro), eine Nobelmedaille sowie ein individuell von schwedischen Künstlern und Kalligraphen gestaltetes Diplom. Freuen dürfen sie sich schon heute. Verliehen aber wird der Nobelpreis - wie jedes Jahr - erst an Alfred Nobels Todestag, dem 10. Dezember. Und pandemiebedingt nicht in Schweden, sondern zu Hause.