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Forschung: Neue Studien mit Grünalgen-Genen

Gene aus der Grünalge sollen Netzhautzellen so verändern, dass diese Licht in elektrische Signale umwandeln

In den USA werden seit einiger optogenetische Therapien bei Retinitis Pigmentosa erforscht. In den neuesten Studien versucht man, ein Gen aus der Grünalge in die Zellen der Netzhaut einzubringen, die bei einer schweren Augenerkrankung verschont bleiben. Das eingeschleuste Gen könnte diese Netzhautzellen so verändern, dass sie anstelle der verkümmerten Sehzellen Licht in elektrische Signale umwandeln.

Entwickelt hat die Firma Retrosense aus San Francisco das Verfahren. „Wir haben Viren genetisch so umgebaut, dass sie in die Nervenzellen der Netzhaut ein Gen für ein bestimmtes Algenprotein einschleusen“, sagt Zhuo-Hua Pan von der Wayne State Universität, wissenschaftlicher Berater von Retrosense. Das Gen, von dem Pan spricht, trägt die Erbinformation für ein bestimmtes Protein, Kanal-Rhodopsin-2 genannt.

Entdeckt wurde Kanal-Rhodopsin-2 bereits im Jahr 2003 von einer Gruppe um Peter Hegemann und Ernst Bamberg vom Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt. Schnell wurde klar, dass es sich bei dem Protein aus dem Augenfleck einer einzelligen Grünalge um einen bisher unbekannten Fotorezeptor handelt, einem Molekül also, das Licht in elektrische Impulse umwandelt.

Umbau zu Lichtrezeptoren

Der Algen-Einzeller Chlamydomonas nutzt das Protein in seinem primitiven Augenfleck, mit dem er hell und dunkel unterscheiden kann, um sich in seiner Umgebung grob zu orientieren. Für Patienten mit degenerativen Erkrankungen der Netzhaut aber soll Kanal-Rhodopsin-2 weit mehr bringen. Die Hoffnung liegt darin, dass gentechnisch seh-fit gemachte Nervenzellen im Auge dann wieder genügend Informationen ans Gehirn liefern. „Wir hoffen, dass nach der Behandlung genügend Nervenzellen ausreichend Kanal-Rhodopsin-2 herstellen, um den Patienten eine rudimentäre Sehfähigkeit zurückzugeben“, sagt Pan.

Ganglienzellen werden genutzt

Die Netzhaut von Menschen besteht aus drei Zellschichten: einer mit Rezeptorzellen, einer mit Umschaltzellen und einer dritten mit Nervenzellen, sogenannte Ganglienzellen, die die Signale ans Sehhirn im Hinterkopf weiterleiten. Bei Menschen mit Retinitis pigmentosa sind nur die Rezeptorzellen betroffen. Die Ganglienzellen zwei Schichten darüber bleiben von der Erbkrankheit unbetroffen.

Und genau diese Nervenzellen will Retrosense zu neuen Lichtrezeptoren umbauen. Dafür ist das Kanal-Rhodopsin-2 der ideale Kandidat. Es ist ein winziger Kanal, der sich öffnet, wenn er von Licht getroffen wird. Gelingt es also, die Gene für Kanal-Rhodopsin-2 in den Kern von Nervenzellen im Auge einzuschleusen, dann stellen diese Zellen das Protein her und bauen es in ihre Zellwand ein. Trifft Licht auf die Nervenzellen, öffnet sich der Kanal und geladene Teilchen strömen in die Zelle ein – sie lädt sich elektrisch auf. Bei genügend hoher Ladung verschickt die Nervenzelle dann einen elektrischen Impuls wie zuvor die gesunden Sehzellen.

Tierversuche schon vor Jahren erfolgreich

Zhuo-Hua Pan will Ganglienzellen der menschlichen Netzhaut mit einem Gen der Grünalge Chlamydomonas impfen – und sie so lichtempfindlich machen. In Nagern ist dies der Gruppe um Zhuo-Hua Pan schon vor zehn Jahren gelungen. Blinde Mäuse, denen das Virus gespritzt wurde, konnten sich nach wenigen Tagen wieder grob an visuellen Reizen orientieren.

Mehr Sehkraft, keine Farben

Ganz ohne Nachteile ist aber auch die Algen-Gen-Einschleusung nicht. Im gesunden Auge wird die Sehinformation, die die Rezeptorzellen auffangen, erst von der Zwischenschicht vorverarbeitet, bevor sie von den Ganglienzellen an das visuelle Gehirn geschickt wird. Ohne diese Vorverarbeitung aber könnte es unser Gehirn schwer haben, die Signale aus umgebauten Ganglienzellen zu verstehen. Was genau die Patienten in der Studie von Retrosense also sehen werden, kann Pan nicht vorhersagen. „In jedem Fall werden sie keine Farben erkennen.“ Denn die hybriden Nervenzellen reagieren, anders als die echten Sehzellen, alle gleich auf Licht, egal welcher Wellenlänge.

Quellen: Hannoversche Allgemeine; clinicaltrials.gov: RST-001 Phase I/II
Trial for Retinitis Pigmentosa