Molekularbiologen als Sinnesforscher: Ardem Patapoutian (links) und David Julius.

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Wissen Gesundheit
10/04/2021

Medizinnobelpreis 2021: Die Gewinner stehen fest

Die diesjährigen Nobelpreisträger für Medizin sind David Julius und Ardem Patapoutian.

von Elisabeth Gerstendorfer, Ernst Mauritz

Der US-Forscher David Julius und Ardem Patapoutian aus dem Libanon erhalten den diesjährigen Medizin-Nobelpreis für ihre Entdeckungen der menschlichen Rezeptoren für Temperatur- und Berührungsempfinden. Das verkündete das Nobelpreiskomitee am Montag in Stockholm. Die Dotierung beträgt 2021 ebenso wie im Vorjahr 10 Millionen Kronen (985.000 Euro). Mit der Bekanntgabe eröffnete das Komitee die diesjährige Nobelpreis-Woche.

Temperatur und Berührung

„Der diesjährige Nobelpreis betrifft unsere Sinne“, erklärte Robert Perlmann, Sekretär des Nobelpreiskomitees. „Sie erlauben uns, die Welt um uns wahrzunehmen.“ Die Fähigkeit, Temperatur und Berührung zu spüren, werde Somatosensation genannt. „Stellen Sie sich vor: Sie gehen barfuß über ein Feld an einem Sommermorgen. Man spürt die Wärme der Sonne, die Kühle des Morgentaus, eine Sommerbrise, die feine Textur des Grases. Diese Impressionen von Temperatur, Berührung und Bewegung sind Gefühle, die auf Somatosensation beruhen. Somatosensation gibt uns die Fähigkeit, unsere Körperoberfläche und unsere inneren Organe zu spüren. Sie registriert Hitze, Schmerzen, den Standort und die Bewegung unseres Körpers.“

Somatosensation sei für alle Aktivitäten des Alltags notwendig. Der Körper reagiert und interagiert mit der Umwelt durch die gleichzeitigen Informationen aus unseren fünf Sinnen Sehen, Riechen, Hören, Schmecken und Hören. Oft vergessen wird der „sechste Sinn“, eben jenes Temperatur- und Berührungsempfinden, das Informationen zu Wärme/Kälte, Schmerz, Gleichgewicht, Positionierung und Bewegung miteinbezieht.

 

Von Nerven verarbeitet

Solche Informationen fließen kontinuierlich von der Haut in anderes, tieferes Gewebe und verbinden die externe und interne Welt, sagte Perlmann: „Wenn man einen Kaffeebecher nimmt, dann registriert eine Fülle an Sensoren in der Haut die Textur, Größe und Form des Kaffeebechers, wie warm er ist. Und die Nerven in der Haut oder in den Muskeln registrieren Veränderungen in der Umwelt.“ Auf Basis dieser Informationen könne dann etwa die Intensität, mit der wir nach dem Becher greifen, festgelegt werden.

Bei den Entdeckungen der beiden Nobelpreisträger gehe es darum, wie Hitze und Berührung von den Nerven verarbeitet werden können. „Die Nerven müssen die Reize durch Hitze und Berührung in biologische Signale verarbeiten. Molekulare Rezeptoren auf den Nerven registrieren die Hitze und Berührung und wandeln sie in Nervenimpulse um. Die Identität solcher Rezeptoren war unbekannt bis zu den wissenschaftlichen Entdeckungen der heurigen Preisträger.

Schon René Descartes habe beschäftigt, wie dieses Zusammenspiel zwischen Gehirn und Haut funktioniert. Im vergangenen Jahrhundert sei die Funktion der Nerven immer besser verstanden worden. Wie aber äußere Reize erkannt und vom Gehirn entsprechend gelesen werden - diesen Prozess haben die beiden diesjährigen Medizinnobelpreisträger entschlüsselt. Sie hätten wichtige Verbindungen im Verständnis der komplexen Verbindungen zwischen unseren Sinnen und der Umwelt aufgezeigt, hieß es in der Begründung. Ihre bahnbrechenden Entdeckungen "haben es uns ermöglicht zu verstehen, wie Wärme, Kälte und mechanische Kräfte die Nervenimpulse auslösen, die es uns ermöglichen, die Welt um uns herum wahrzunehmen und uns an sie anzupassen", hieß es vom Komitee.

Mithilfe des Wirkstoffs von Chili

Der 65 Jahre alte US-Amerikaner David Julius und sein Team untersuchten dieses Empfinden anhand des scharfen Inhaltsstoffes von Chili, Capsaicin. Dieser ruft ein brennendes Gefühl hervor, wenn wir eine mit Chili gewürzte Speise essen und löst Schwitzen aus. Capsaicin kann das Gehirn gewissermaßen austricksen, sodass es glaubt, es gebe tatsächlich eine Änderung der Körpertemperatur. Es war bekannt, dass Capsaicin Sensoren und Nerven aktiviert und dies zu dem brennenden Gefühl führt. "Jedoch der molekulare Rezeptor, der Capsaicin entdeckt, blieb verboren", so Perlmann. David Julius analysierte Millionen von DNA-Fragmenten, um einen Sensor in den Nervenenden der Haut zu identifizieren, der auf Hitze reagiert. Tatsächlich konnten er und sein Team in aufwendigen Genanalysen jenes Protein identifizieren, welches die Nerven stimuliert und die Schmerzreaktion auf Capsaicin auslöst. Sie nannten es TRPV1.

Einige Jahre später waren David Julius und Ardem Patapoutian unabhängig voneinander auf der Suche nach Sensoren für Kälteempfindungen. Sie entdeckten verschiedene Sensoren, die zur Temperaturempfindlichkeit beitragen. Heute ist bekannt, dass eine Reihe unterschiedlicher Sensoren, die bei verschiedenen Temperaturintervallen aktiviert werden, zusammenwirken, um die Temperaturempfindungen und Hitzeschmerz wahrzunehmen.

 

Neue Klasse von Sensoren

Nach wie vor ein Rätsel blieben die Sensoren für Druckempfindungen, sagte Perlmann. Ardem Patapoutiander 1967 im Libanon geboren wurde und wie Julius in Kalifornien forscht, und sein Team identifizierten Bakterienzellen, die druckempfindlich waren und ein elektrisches Signal abgaben, wenn sie mit einer Mikropipette angestoßen wurden. Durch das gezielte Ausschalten von jeweils einem von insgesamt 72 Genen konnten sie letztlich zwei Gene ausfindig machen, die für die Bildung von Proteinen verantwortlich sind, die solche Druckempfindungen wahrnehmen und an die Nerven weiterleiten – es handelte sich um eine bisher nicht bekannte Klasse von Sensoren, die auf mechanische Reize in der Haut und in inneren Organen reagieren.

„David Julius und Ardem Patapoutian haben eines der Geheimnisse der Natur entschlüsselt, indem sie die molekulare Basis für das Wahrnehmen von Temperaturen und mechanischem Druck entdeckten“.

Die Erkenntnisse hätten ein Geheimnis entschlüsselt und seien relevant für die Entwicklung von Therapien und Medikamenten in der Zukunft, etwa für chronische Schmerzpatienten. Sie könnten auch für die Weiterentwicklung von Technologien wie Exoskeletten genutzt werden.

Übergabe am 10. Dezember

Übergeben wird der Preis alljährlich am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel. Die Nobelpreisträgerinnen und -träger werden ihre Auszeichnungen wegen der Coronavirus-Pandemie heuer erneut in ihren Heimatländern statt in Stockholm in Empfang nehmen. Das norwegische Nobelkomitee hält sich noch die Möglichkeit offen, den Friedensnobelpreis wie üblich in Oslo zu verleihen.

Wer den Preis bisher erhielt

Der Medizin-Nobelpreis wird seit 1901 verliehen. Die erste Auszeichnung ging einst an den deutschen Bakteriologen Emil Adolf von Behring für die Entdeckung der Serumtherapie gegen Diphtherie. Die Preisträger der vergangenen Jahre waren:

2020: Harvey J. Alter (USA), Michael Houghton (Großbritannien) und Charles M. Rice (USA) wurden für die Entdeckung des Hepatitis-C-Virus ausgezeichnet. Ihre Forschungen waren Grundlage für die Entwicklung von Medikamenten.

2019: Die US-Zellforscher William Kaelin und Gregg Semenza und ihr britischer Kollege Peter Ratcliffe erhielten den begehrten Preis für ihre Entdeckungen zu der Frage, wie Zellen unterschiedliche Sauerstoffmengen messen und sich daran anpassen können.

2018: Der US-Forscher James Allison und der japanische Wissenschafter Tasuku Honjo teilen sich den Nobelpreis für Physiologie und Medizin in Anerkennung ihrer Entdeckungen über Immuncheckpoints, die zur modernen Immuntherapie gegen Krebserkrankungen führten.

2017: Die US-Forscher Jeffrey Hall, Michael Rosbash und Michael Young für die Erforschung der biologischen "Inneren Uhr" von Organismen.

2016: Der Japaner Yoshinori Ohsumi, der das lebenswichtige Recycling-System für Proteine in Zellen entschlüsselt hat.

2015: Die Chinesin Youyou Tu, die den Malaria-Wirkstoff Artemisinin entdeckt hat. Sie teilte sich den Preis mit dem gebürtigen Iren William C. Campbell und dem Japaner Satoshi Omura, die an der Bekämpfung weiterer Parasiten gearbeitet hatten.

2014: Das norwegische Ehepaar May-Britt und Edvard Moser sowie John O'Keefe (USA/Großbritannien) für die Entdeckung grundlegender Strukturen des Orientierungssinns des Menschen.

2013: Thomas Südhof (gebürtig in Deutschland) sowie James Rothman (USA) und Randy Schekman (USA) für die Entdeckung von wesentlichen Transportmechanismen in Zellen.

2012: Der Brite John Gurdon und der Japaner Shinya Yamanaka für die Rückprogrammierung erwachsener Körperzellen in den Embryonalzellen.

2011: Bruce Beutler (USA) und Jules Hoffmann (Frankreich) für Arbeiten zur Alarmierung des angeborenen Abwehrsystems. Ralph Steinman aus Kanada entdeckte Zellen, die das erworbene Immunsystem aktivieren. Er war kurz vor der Verkündung gestorben und bekam den Preis posthum.

2010: Der Brite Robert Edwards für die Entwicklung der Reagenzglas-Befruchtung.

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