Forscher haben gentechnisch veränderten Mäusen ins Hirn geleuchtet und die Tiere auf diese Weise dressiert. In der Folge hielten sich die Mäuse, denen eine Glasfaser aus dem Kopf ragt, bevorzugt in einer bestimmten Ecke ihres Käfigs auf.

Die Experimente dienen indes nicht dazu, Mäuse zu "programmieren" – Karl Deisselroth und seine Kollegen von der Stanford University (US-Staat Kalifornien) suchen nach Möglichkeiten, die Nervenzellen gezielt zu aktivieren, um die Reizleitung und -verarbeitung zu untersuchen. Im Idealfall würde es reichen, Zellen mit Licht zu bestrahlen, die daraufhin ein elektrisches Signal erzeugen, ein Gen ablesen oder ihren Stoffwechsel ändern. Dafür stellen sie im Journal "Nature" nun neue Werkzeuge vor.

Photorezeptor leitet Signale über G-Protein ins Zellinnere

Zunächst konstruierten die Forscher künstliche Lichtempfänger, die sie in Nervenzellen von Mäusen einsetzen wollten. Dafür gibt es ein natürliches Vorbild aus den Augen vieler Tiere: das Rhodopsin. Fällt Licht darauf, ändert dieses Empfängermolekül geringfügig seine Form. Diese Veränderung wird mit Hilfe anderer Proteine innerhalb der Zelle weitergegeben und führt letztlich zu einem Nervensignal.

Deisselroth konstruierte im Labor einen Photorezeptor, der seine Signale über ein sogenanntes G-Protein ins Zellinnere weiterleitet. G-Proteine haben große Bedeutung für ungezählte Prozesse des Lebens: Sie kommen oft zum Einsatz, wenn eine Zelle an ihrem Äußeren ein Signal "spürt" und dieses via verschiedene G-Proteine ins Innere weitermeldet, damit dort etwas passiert. Die DNA für die künstlichen Lichtsensoren ("optoXRs") wurde ins Hirn von Mäusen gebracht, wo sie auch abgelesen wurde und wie gewünscht die Rezeptoren entstehen ließ. Diese Änderung betraf eine Region, die an der Verarbeitung von Belohnungsreizen beteiligt ist.

Glasfaser ins Hirn

Um die Funktion der neuen Lichtempfänger zu testen, pflanzten die US-Wissenschaftler den Mäusen schließlich eine Glasfaser ins Hirn und setzten die Tiere in einen Käfig, den die Mäuse am ersten Tag frei erkunden durften. Am zweiten Tag leuchtete es via Glaskabel immer dann in ihrem Hirn, wenn sie sich – zufällig – in einen bestimmten Bereich des Käfigs aufhielten. Dabei aktivierte das Licht dann jene Nervenzellen, die an der Verarbeitung von Belohnungen beteiligt sind. Am dritten Tag zeigte sich schließlich, dass sich die Mäuse bevorzugt in diesem Bereich aufhielten – als ob sie ein positives Gefühl damit verbinden würden.

Mit Blick auf die Zukunft beschreibt Deisselroth, dass verschiedene lichtempfindliche Moleküle für unterschiedliche Lichtfarben empfänglich sind. Daher könnten womöglich viele verschiedene optoXRs zu verschiedenen hergestellt werden, die in Kombination mit verschiedenen G-Proteinen unterschiedliche Signale übertragen könnten.