Den diesjährigen Nobelpreis für Physiologie und Medizin erhalten der US-amerikanische Sinnesphysiologe David Julius und der libanesisch-amerikanische Molekularbiologe und Neurowissenschafter Ardem Patapoutian für die Entdeckung von Rezeptoren, die für das Hitze- und Berührungsempfinden des Menschen verantwortlich sind.

Eines der großen Rätsel der Menschheit ist die Frage, wie wir unsere Umwelt wahrnehmen. Seit Jahrtausenden haben die Mechanismen, die unseren Sinnen zugrunde liegen, unsere Neugierde geweckt. So etwa, wie Augen Licht erkennen können oder Schallwellen auf unser Innenohr wirken oder wie verschiedene chemische Verbindungen mit den Rezeptoren in unserer Nase und in unserem Mund interagieren und damit auch Geruch und Geschmack erzeugen.

Chili als Forschungsobjekt

Wir haben auch andere Möglichkeiten, die Welt um uns herum wahrzunehmen. "Stellen Sie sich vor, Sie gehen an einem heißen Sommertag barfuß über eine Wiese. Sie können die Hitze der Sonne spüren, das Streicheln des Windes und die einzelnen Grashalme unter Ihren Füßen", schildert das Nobelpreis-Komitee in seiner Stellungnahme. Diese Eindrücke von Temperatur, Berührung und Bewegung sind wichtig für unsere Anpassung an die sich ständig verändernde Umwelt.

Vor den Entdeckungen von Julius und Patapoutian war unser Verständnis davon, wie das Nervensystem unsere Umgebung wahrnimmt und interpretiert, eine grundlegende ungelöste Frage. Nämlich: Wie werden Temperatur und mechanische Reize im Nervensystem in elektrische Impulse umgewandelt?

Der an der University of California in San Francisco tätige David Julius nutzte Capsaicin – eine scharfe Verbindung aus Chilischoten, die ein brennendes Gefühl hervorruft –, um einen Sensor in den Nervenenden der Haut zu identifizieren, der auf Hitze reagiert. Die Forscher erstellten eine Bibliothek mit Millionen von DNA-Fragmenten, die Genen entsprechen, die in den sensorischen Neuronen exprimiert werden, die auf Schmerz, Hitze und Berührung reagieren können.

Das Fühlen von Temperatur

Julius und seine Forscherkollegen stellten die Hypothese auf, dass dieses Potpourri an DNA-Fragmenten eines enthalten würde, das für jenes Protein kodiert, das auf Capsaicin regieren kann. Nach mühsamer Suche wurden sie tatsächlich fündig. Dieser neu entdeckte Rezeptor wurde später TRPV1 genannt. Er wird bei Temperaturen aktiviert, die als schmerzhaft empfunden werden. Diese Entdeckung ermöglichte ab diesem Zeitpunkt, zu verstehen, wie Temperaturunterschiede elektrische Signale im Nervensystem auslösen können.

Das Ergebnis der Suche war ein riesiger Durchbruch, der den Weg zur Entschlüsselung von weiteren temperatursensitiven Rezeptoren ebnete. Unabhängig voneinander haben die beiden Wissenschafter Julius und Patapoutian die chemische Substanz Menthol verwendet, um den Rezeptor TRPM8 zu identifizieren, der nachweislich durch Kälte aktiviert wird.

Ardem Patapoutian, der am Scripps Research Institute in La Jolla tätig ist, widmete sich allerdings auch der Frage, wie mechanische Reize in unseren Tast- und Drucksinn umgewandelt werden können. Er verwendete in seiner Forschungsarbeit druckempfindliche Zellen, um eine neue Klasse von Sensoren zu entdecken, die auf mechanische Reize in der Haut und den inneren Organen reagieren.

Schmerzen behandeln

Nach langer Suche fand auch er einen neuen bis dahin völlig unbekannten Rezeptor, der den Namen Piezo1, nach dem griechischen Wort für Druck, bekam. Aufgrund seiner Ähnlichkeit mit Piezo1 wurde ein zweites Gen entdeckt, das den Namen Piezo2 erhielt. Beide sind Rezeptoren, die direkt durch Druck auf die Zellmembranen aktiviert werden.

TRP-Kanäle sind also von zentraler Bedeutung für unsere Fähigkeit, Temperatur wahrzunehmen. Piezo2 verleiht uns den Tastsinn und die Fähigkeit, unsere Körperteile zu spüren. Dieses Wissen darüber wird heute genutzt, um Behandlungen für eine Vielzahl von Krankheiten zu entwickeln, darunter vor allem auch chronische Schmerzen.

Mit der Bekanntgabe des Medizin-Nobelpreises eröffnete das schwedische Komitee die diesjährige Nobelpreis-Woche. Am Dienstag erfolgt die Verkündung des Preisträgers für Physik, die Tage darauf die Auszeichnungen für Chemie, Literatur und Frieden und am Montag kommender Woche jene für Wirtschaftswissenschaften. Im Vorjahr war der Medizin-Nobelpreis an Harvey J. Alter (USA), Michael Houghton (Großbritannien) und Charles M. Rice (USA) für ihre Beiträge zur Entdeckung des Hepatitis-C-Virus gegangen.

Verleihung seit 1901

Mit seiner Stiftung wollte der schwedische Forscher und Großindustrielle Alfred Nobel einen Konflikt lösen, der sein Leben bestimmte: Der Dynamit-Erfinder konnte es nicht verwinden, dass viele seiner Entdeckungen für den Krieg genutzt wurden. Daher vermachte er sein Vermögen einer Stiftung, aus deren Zinsen Preise für jene finanziert werden sollten, die "im verflossenen Jahr der Menschheit den größten Nutzen geleistet haben".

Die Nobelpreise werden seit dem Jahr 1901 vergeben. Die Dotierung beträgt 2021 ebenso wie im Vorjahr zehn Millionen Kronen, umgerechnet rund 980.000 Euro.

Übergeben wird der Preis alljährlich am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel. Die Preisträger werden ihre Auszeichnungen aufgrund der Corona-Pandemie auch dieses Jahr in ihren Heimatländern anstatt in Stockholm in Empfang nehmen. Das norwegische Nobelkomitee hält sich noch die Möglichkeit offen, den Friedensnobelpreis wie üblich in Oslo zu verleihen.