Die Schlaglichter der Forschung: Kanalarbeiter - wissenschaft.de
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Die Schlaglichter der Forschung: Kanalarbeiter

Wie dünn kann man die Spitze eines Glasröhrchens ziehen? Haarfein ist noch viel zu grob, um das zu erreichen, wonach die Forscher suchten. Erst mit noch 20mal feineren Pipettenspitzen fanden sie heraus, wie Zellen in unserem Körper miteinander kommunizieren, und kamen damit den molekularen oder genetisch bedingten Ursachen von Krankheiten auf die Spur.

Zellen sind von Membranen umschlossen, ihrer „Haut“, die es den Zellen mit unterschiedlichen Funktionen ermöglicht, sich zu differenzieren und damit Strukturen aufzubauen. Die Membranen sind aber auch Barrieren für den Signalfluß zwischen den Mitgliedern eines Zellverbandes.

Für den Ionentransport kommen zwei Wege in Frage: Beim „Trägerweg“ werden die Ionen an ein in der Membran bewegliches Protein gebunden und von ihm weiterbefördert, beim „Porenweg“ nahmen die Forscher an, Bert Sakmann und Erwin Neher entwikkelten eine Methode, um genetisch bedingten Krankheiten auf die Spur zu kommen. Der Schlüssel dazu war eine hauchfeine Pipettenspitze (oben), 20mal dünner als ein Haar.

daß ein fest in die Membran eingebautes Proteinmolekül eine Öffnung – einen Kanal – bildet, durch den die Ionen diffundieren. Welche der beiden Möglichkeiten hat die Natur realisiert?

Ende der sechziger Jahre begannen der Neurophysiologe Bert Sakmann und der Physiker Erwin Neher als Doktoranden am Max-Planck-Institut für Psy-chiatrie in München, sich mit der Biophysik von Zellmembranen zu beschäftigen. Sie entwickelten ein Verfahren, mit dem man den Ionenfluß direkt an den Membranstellen, die bei der Erregung eines Nervs durchlässig werden, messen kann. Als Sonde benutzten sie eine Mikropipette, die auf die Zelloberfläche aufgesetzt wird.

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Bei dieser Anordnung sollte der gläserne Pipettenrand den kleinen Membranfleck an der Pipettenspitze so von der übrigen Membranoberfläche isolieren, daß keine Nebenströme auftreten. Es bedurfte großer Mühen, bis die Forscher Spitzen von nur zwei tausendstel Millimeter Durchmesser präpariert und eine Technik entwickelt hatten, mit der sich der Membranfleck von seiner Umgebung isolieren ließ.

Schon die ersten Untersuchungen an einzelnen Poren zeigten, daß es sich tatsächlich um Ionen“kanäle“ handelt. Das Verfahren wurde 1976 in die wissenschaftliche Praxis eingeführt und eröffnete der Erforschung molekularer Grundlagen von Nervenerregungen völlig neue Dimensionen.

1991 erhielten Sakmann und Neher den Medizin-Nobelpreis für das von ihnen entwickelte Verfahren, „mit dem unsere Kenntnisse über die Funktion der Zelle radikal verändert wurden“.

Michael Globig / Bert Sakmann / Erwin Neher

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