Der Herr der Fliegen

27. April 2005, 13:13
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Vom Beobachten hatte ein in den USA forschender österreichischer Wissenschafter genug - das Resultat: Er steuert Fliegen mit der Fernbedienung

New Haven/Wien - Der italienische Anatom Luigi Galvani entdeckte bereits im 18. Jahrhundert, dass ein elektrischer Funke das Bein eines Frosches zucken lässt. Seine Experimente begründeten das alte Wissen, wonach Elektrizität die versteckte Kraft ist, mit der Nerven den Körper kontrollieren. Nun haben Wissenschafter an der US-amerikanischen Yale University in New Haven, Connecticut, eins draufgesetzt: Mit einer Fernbedienung lassen sie Fliegen fliegen, hüpfen und laufen - einfach per Knopfdruck.

Wird es nun möglich, andere Tiere wie zum Beispiel Säuger, zu denen auch der Mensch zählt, mit einer Fernbedienung zu steuern? "Theoretisch schon", erklärt der in Yale tätige 39-jährige Innsbrucker Neurobiologe Gero Miesenböck, der die Forschungen leitet, dem STANDARD: "Aber ethisch ist das unrealistisch. Unsere Arbeiten dienen der Grundlagenforschung." Der Österreicher will, um neurologische Erkrankungen irgendwann vielleicht besser in den Griff zu bekommen, den Zusammenhang zwischen Nervenaktivität und Nervenverbindungen erforschen. Sein Werkzeug: Ultraviolettes Laserlicht, Gentechnik und Adenosintriphosphat (ATP).

Die Forscher gingen von der Idee aus, dass Nervenzellen mit Empfängern ausgestattet werden können, die ein von außen kommendes Signal wie eben UV-Laserlicht erkennen. Die Nerven wandeln dann dieses Signal in einen elektrischen Impuls um - die Reizweiterleitung, die schließlich zu Muskelbewegungen führt, erfolgt durch elektrische Impulse, die über Ionenkanäle in den Zellmembranen von Nervenzelle zu Nervenzelle weitergegeben werden.

Schlüssel und Schloss

Miesenböck und sein Team entwarfen dazu ein Schlüssel-Schloss-Prinzip. Als Schloss dient der Empfänger, welcher in den gewünschten Nervenzellen installiert wird. Bei den Versuchen in Yale - im renommierten US-Fachmagazin Cell publiziert - ist das ein solcher Ionenkanal. Der Schlüssel ist das Molekül ATP, das an den Empfänger bindet und diesen aktiviert, ihn also zur Reizweiterleitung anregt. Damit das ATP jedoch nicht ständig an den Ionenkanal gebunden ist und die Nervenzellen nicht vorzeitig ihre Reize ausspielen, ummantelten die Forscher das ATP zuvor mit chemischen, lichtsensitiven Stoffen. Dieser Mantel wird bei der Bestrahlung mit dem Laserlicht aus der Fernbedienung entfernt - ATP wird frei, bindet an den zuvor geschlossenen Ionenkanal, dieser öffnet sich dadurch, elektrisch geladene Kalziumionen strömen hindurch und lösen das so genannte Aktionspotenzial aus: Der Reiz wird weitergeleitet.

Seine Fliegen-Fernsteuerung baute Miesenböck in jenen Nervenkomplex im Zentralnervensystem der Insekten ein, der die Flug- und Springmuskeln der Tiere steuert. Durch Genmanipulation erzwang er die Bildung von Ionenkanälen. Das ATP spritzte er den Fliegen durch ihr Facettenauge ins Zentralnervensystem. Bei 80 Prozent der Fliegen funktionierte die Fernsteuerung: Sie streckten ihre Beine aus, begannen zu laufen, sprangen in die Luft und schlugen mit ihren Flügeln.

Miesenböck und sein Team installierten die Fernsteuerung erfolgreich auch in eine andere Nervengruppe der Fliegen - in die, die auf den Botenstoff Dopamin reagiert. "Dies ist insofern interessant, als dass das dopaminerge System, wie wir aus etlichen Studien an Menschen wissen, für die unkontrollierten Bewegungen bei Parkinson-Patienten und für das Suchtverhalten verantwortlich ist", sagt Miesenböck. Und um die grundlegenden Zusammenhänge dieses Systems zu verstehen, sodass in Zukunft vielleicht effiziente Behandlungen dieser und anderer Nervenkrankheiten möglich werden, habe er die Fliegen-Fernsteuerung entwickelt: "Über die alleinige Beobachtung des Nervensystems kommen wir da kaum weiter. Über die Kontrolle des Systems schon." (fei/DER STANDARD, Print, 21.4.2005)

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