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Gedächtnis

Temperaturschalter in Nervenzellen gepflanzt

<i>Drosophila</i>
Mit einem temperaturempfindlichen An- und Ausschalter für Nervenzellen, der eine vorher festgelegte Gruppe von Neuronen zum Feuern brachte, haben Forscher am Gedächtnis von Taufliegen manipuliert: Nach der Prozedur assoziierten die Insekten einen Geruch mit einer Gefahr, die sie niemals erlebt hatten.

Dazu hatte die Gruppe um Hiromu Tanimoto vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried einen wärmeempfindlichen Schalter in einen Typ von Neuronen eingebaut, von dem sie annahmen, dass er eine zentrale Rolle bei Vermeidungsreaktionen spielt. Kombinierten sie anschließend den Temperaturanstieg mit einem gleichzeitig verströmten Duft, erreichten sie denselben Effekt, wie wenn man den Geruchsreiz mit einem Stromschlag kombiniert: Die Fliegen lernten, den Duft in Zukunft zu vermeiden.

Im Endeffekt wiesen die Forscher damit nach, dass es sich bei den anvisierten Nervenzellen tatsächlich um die gesuchten Einheiten handelte – drei Dopamin ausschüttende Neuronen in den so genannten Pilzkörpern des Fliegenhirns, einer zentralen, doppelt vorhandenen Nervenzellansammlung. Die künstliche Aktivierung ersetzte offenbar das Gefahrensignal, das diese Zellen normalerweise auf Grund des Stromschlags empfangen. Mit einer Variante des Verfahrens ließ sich auch das Gegenteil bewirken. Die Fliegen verloren so die Fähigkeit, einen Reiz mit einer Gefahr in Verbindung zu bringen.

Der temperaturempfindliche Schalter besteht aus einem Kanalprotein in der Zellmembran, mit dem die Taufliege (Drosophila melanogaster) normalerweise Temperaturen wahrnimmt: Steigt die die Raumtemperatur im Labor über 30 Grad Celsius, öffnet sich der Kanal und lässt Ionen ins Innere der Zelle strömen. Daraufhin beginnt die Zelle zu feuern.

Die eigentliche Herausforderung bestand laut Tanimoto und Kollegen darin, den Bauplan für das Kanalprotein so in das Erbgut der Fliegen zu integrieren, dass er ausschließlich in Zellen des angepeilten Typs hergestellt beziehungsweise nur dort in die Membran eingebaut wird. Dazu identifizierten sie Genabschnitte, die nur dort abgelesen werden, und koppelten an sie das Gen für den Schalter.

Mehr zum Thema "Optogenetik" finden Sie auf unserer Sonderseite:
spektrumdirekt.de/optogenetik
Wissenschaftlern stehen nun drei verschiedene Methoden zur Verfügung, Nervenzellen von extern zu aktivieren: Neben wärmeempfindlichen Kanälen greifen Forschergruppen auch auf Schalter zurück, die auf Licht oder chemische Signale reagieren. (jd)
29. KW 2010

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 29. KW 2010

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