Peter Hegemann, biofysikeren som fant en lysbryter for hjernen i en grønnalge

Peter Hegemann

Født	11. desember 1954 Münster, Germany
Yrke	Biofysiker
Priser	Massry-prisen · Gottfried Wilhelm Leibniz-prisen · Brain Prize

Spør Peter Hegemann hvordan unge forskere kan forbedre optogenetikken, og han gir alle journalister det samme svaret: Det bør de ikke. De bør heller jobbe med noe nytt. Det er et underlig svar fra en mann Nobel-forsamlingen nettopp har gitt æren for å ha satt det hele i gang, men Hegemann har gjort det til en vane å forlate fagfelt før de rekker å samle seg rundt ham. På en pressekonferanse ved Humboldt-Universität zu Berlin ramset han opp avstikkerne: først kjemiker, så biokjemiker, deretter et tiår med plantefysiologi og så professorater i biokjemi og biofysikk. «Og nå er jeg nevroforsker», sa han, «selv om jeg aldri har utført et eneste nevrovitenskapelig eksperiment i hele mitt liv.»

Prisen, som han deler med Georg Nagel ved Universität Würzburg og Karl Deisseroth ved Stanford University, belønner oppdagelser knyttet til lysstyrte ionekanaler og optogenetikk. Komiteens egen framstilling begynner med ham. «Det hele begynte med Peter Hegemanns nysgjerrighet», heter det i pressemeldingen: Han ville forstå hvordan Chlamydomonas, en encellet grønnalge, klarer å svømme mot en lyskilde. Svaret var channelrhodopsin, et protein som fanger opp lys og åpner en pore i cellemembranen i ett og samme trinn. Når det settes inn i en nervecelle, kan forskerne slå cellen på med blått lys. Hegemann husker fortsatt den første kommentaren Science kom med om oppdagelsen: «En ionekanal fra dammeslim.» Han legger til at Chlamydomonas-miljøet ikke syntes det var særlig morsomt.

Lite ved skolegangen hans pekte i denne retningen. Hegemann ble født i Münster 11. desember 1954 og vokste opp i Aachen i en familie av leger. På et humanistisk gymnas brukte han flere år på å oversette det han husker som kjedelige beretninger om romerske og greske kriger. Det eneste han likte, var realfagene, kunst og musikk. Han spilte fløyte i skoleorkesteret, kjørte motorsykkel og beskriver karakterene sine både på skolen og universitetet som helt gjennomsnittlige. Han studerte kjemi i Münster og deretter i München, der han gikk over til biokjemi.

Valget som skulle forme karrieren hans, tok han ved Max Planck Institute of Biochemistry i Martinsried. Der fullførte han doktorgraden i 1984 i gruppen til Dieter Oesterhelt, med forskning på halorhodopsin, en lysdrevet kloridpumpe fra en saltelskende mikrobe. Oesterhelt ga ham, forteller han, to muligheter: Han kunne bli hos ham så lenge han ville, helt til pensjonsalderen, eller gjøre sin egen greie og dra videre etter fem år. Hegemann valgte det siste. En artikkel av Kenneth Foster hadde foreslått at algens lysføler var et rhodopsin, en molekylfamilie som også finnes i dyreøyne. Hegemann tilbrakte et postdoktorår i Fosters laboratorium ved Syracuse University før han vendte tilbake til Martinsried for å lede sin egen forskergruppe.

Der fant han, tidlig på 1990-tallet, gåten som skulle oppta ham i et tiår. Med små elektroder på algens øyeflekk registrerte han en elektrisk impuls et halvt millisekund etter at lyset traff, mer enn tjue ganger raskere enn rekken av kjemiske trinn som omdanner lys til et signal i menneskeøyet. Hegemann konkluderte med at ett enkelt protein måtte fange opp lyset og fungere som ionekanal. Kollegene var skeptiske, og proteinet falt fra hverandre hver gang gruppen hans prøvde å isolere det. I 1993 flyttet han til Universität Regensburg, der han ble professor i biokjemi. Rundt årtusenskiftet fant gruppen hans to mulige kandidater i gensekvenser fra Chlamydomonas som japanske forskere hadde publisert. De sendte kandidatene til Nagel ved Max Planck Institute of Biophysics i Frankfurt, der han uttrykte dem i froskeegg og så at de åpnet seg når de ble belyst. Sammen med Nagel og Ernst Bamberg beskrev Hegemann channelrhodopsin-1 i Science i 2002 og channelrhodopsin-2, varianten nevrovitenskapen tok i bruk, i PNAS i 2003.

Verktøyet spredte seg raskt. I 2005 brukte Deisseroths laboratorium channelrhodopsin-2 til å få dyrkede rotte-nevroner til å fyre på kommando, og samme år var Hegemann medforfatter på en studie der proteinet slo på nerveaktivitet i kyllingembryoer. Ved Humboldt-Universität zu Berlin, der han ble professor i eksperimentell biofysikk, ble laboratoriet hans et verksted for nye varianter. I 2014 omdannet gruppen hans channelrhodopsin til en lysstyrt kloridkanal som demper nerveceller i stedet for å få dem til å fyre. Et tilskudd fra European Research Council, tildelt i 2016, finansierte jakten på lysfølsomme enzymer. Den førte til oppdagelsen av det første kjente heterodimere rhodopsinet. Siden 2015 har han hatt et Hertie-professorat i nevrovitenskap i Berlin.

Begrensningen på tre navn på en Nobelpris forenkler en historie med mange aktører, og Hegemanns egen karriere viser hva som faller utenfor. Dieter Oesterhelt, veilederen hvis arbeid med mikrobielle rhodopsiner lå til grunn for alt dette, delte Albert Lasker Basic Medical Research Award med Hegemann og Deisseroth i 2021. Men han døde i november 2022, og Nobelprisen deles ikke ut posthumt. Bamberg, som var medforfatter på begge channelrhodopsin-artiklene, delte The Brain Prize i 2013 med årets tre prisvinnere, men er ikke blant dem. Selv kartet er omstridt. Komiteen legger de prisbelønte oppdagelsene til instituttet i Martinsried, mens Universität Regensburg hevder at arbeidet som ble gjort ved universitetets laboratorier, la grunnlaget. Det medisinske potensialet er også begrenset: Det tydeligste kliniske resultatet er én mann med retinitis pigmentosa som fikk tilbake et begrenset syn. Hegemann er dessuten åpent kritisk til hvordan hans eget fag belønner forskere. I en video i 2023 oppfordret han kolleger til å vurdere unge forskere etter originaliteten i arbeidet deres, heller enn antallet publikasjoner etter tre eller fire år. Det gjør de dessverre ikke, sa han. Han har også fortalt kringkasteren rbb at han ofte tvilte på om han skulle bli værende i grunnforskningen ved Humboldt, fordi støtten ikke strakk til.

Nyheten holdt nesten på å gå ham hus forbi. Til Nobelprisens nettsted fortalte han at han 5. oktober ignorerte en e-post fra en fremmed som ba ham ringe tilbake, helt til han kjente igjen den svenske landskoden fra seilturene sine. På pressekonferansen ved Humboldt sa han at man ikke kan forske for å vinne priser, og roste en gruppe med minst ti nasjonaliteter. Universitetsledelsen har satset på optobiologi med et nybygg som etter planen skal stå ferdig i mai 2029. Han er fortsatt rådgiver for Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy og deltar i et Synergy-prosjekt fra European Research Council, som har pågått siden 2022 og skal føre optogenetikken inn i et bredere spekter av levende systemer.

Medaljeseremonien i Stockholm finner sted 10. desember, dagen før han fyller 72 år, og han planlegger å ta med familien og sine nærmeste medarbeidere. I Nobel-intervjuet påpekte han at den første studien av hvordan Chlamydomonas reagerer på lys, ble publisert i 1866 av en russisk forsker som hentet algene sine fra Neva i St. Petersburg og arbeidet uten elektrisitet. Rådet hans til dem som kommer etter, er det samme som han gir om optogenetikk: Det finnes så mange interessante organismer å studere.

Tagger: Georg Nagel, Karl Deisseroth, Nobel Prize, optogenetikk, Peter Hegemann, channelrhodopsin, biofysikere