Medizin-Nobelpreise Immer der Nase nach

Düfte können betören. Wer jemals eine der Parfumfabriken in Grasse besucht hat, wird den dort erlebten Sinnesrausch so schnell nicht vergessen. An diesem Ort in der Provence, der als Wiege der Parfumherstellung gilt, hat man schon im Mittelalter ätherische Öle aus Rosen, Lavendel und anderen Pflanzen gewonnen. Inzwischen bringt die Riechstoffindustrie immer raffiniertere Kombinationen von Duftstoffen hervor.

Der Phantasie sind kaum Grenzen gesetzt, kann der Mensch doch schätzungsweise 10.000 Gerüche identifizieren und im Gedächtnis behalten. Doch wie wir Düfte - ob verführerische oder abstoßende - überhaupt wahrnehmen, erwies sich für Naturwissenschaftler als schwer zu lösendes Rätsel. Kein anderer Sinn blieb derart geheimnisumwittert wie der Geruchssinn. Erst Anfang der neunziger Jahre sind detaillierte Einblicke in die molekularen Vorgänge gelungen, die stattfinden, nachdem man zum Beispiel ein Rosmarinblatt zwischen den Fingern zerrieben hat. Zwei maßgeblich an der Aufklärung beteiligte Forscher, Richard Axel und Linda Buck, erhalten für ihre Arbeiten über Geruchsrezeptoren und den Geruchssinn nun den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

Alle Lebewesen können riechen

Riechen zu können ist kein Luxus, sondern oft genug sogar lebenswichtig. Die Nase schlägt Alarm, wenn ein verdächtiger Geruch in der Luft liegt. Wer nicht riechen kann, wird es zum Beispiel nicht merken, wenn die Gasleitung im Keller leckt oder das Fischgericht verdorben ist. Um welch fundamentalen Sinn es sich handelt, zeigt sich daran, daß alle Lebewesen dazu befähigt sind, chemische Substazen in ihrer Umgebung zu erkennen und zu bewerten.

Das Riechen ist ein komplexer Vorgang, der mit der Anlagerung von Geruchsstoffen an Sinneszellen der Riechschleimhaut beginnt und mit der Bewertung im Gehirn und einer gegebenenfalls damit einhergehenden Verhaltensänderung endet. Die Arbeitsgruppe um Richard Axel am Howard Hughes Medical Institute der Columbia University (New York) hat sich zunächst mit der ersten Stufe beschäftigt, der Aktivierung der Sinneszellen. Die Forscher fragten sich, welche Antennen auf den Sinneszellen die Wahrnehmung des breiten Spektrums von Substanzen ermöglichen. Dazu griffen sie auf das Instrumentarium der Molekulargenetik zurück. Als Untersuchungsobjekt diente ihnen dabei die Maus.

Der große Wurf gelang 1991

Im Jahr 1991 gelang der Gruppe um Axel, zu der damals auch Linda Buck zählte, der große Wurf: Die Forscher waren auf eine Gruppe von rund 1000 Genen gestoßen, von denen jedes eine bestimmte Geruchsbindungsstelle bildet. Jede Sinneszelle verfügt nur über einen Typ dieser Bindungsstellen. Somit gibt es ebenso viele Arten von Riechsinneszellen wie Rezeptortypen. Weil die Rezeptoren aber gewöhnlich auf mehr als nur einen Geruchsstoff reagieren, können die einzelnen Sinneszellen immerhin auf eine begrenzte Zahl von Substanzen ansprechen. Werden sie aktiviert, senden sie über lange Ausläufer ein Signal in eine spezialisierte Region des Gehirns, den Riechkolben. Dort wird die Nachricht in kleinen, als Glomeruli bezeichneten Zentren aufgearbeitet. Alle Riechsinneszellen eines Typs schicken ihre Ausläufer in ein und denselben Glomerulus. Von diesen Mikrostrukturen aus gelangt die Information zu anderen Orten des Gehirns, wo sie näher entschlüsselt wird und beispielsweise zu der Erkenntnis führt, daß man gerade an Flieder gerochen hat.

Wie Richard Axel und Linda Buck herausgefunden haben, bestehen die Geruchsrezeptoren aus je einer Aminosäurekette, die in der Membran der Sinneszelle verankert ist und sie insgesamt siebenmal durchdringt. Außen bildet die Kette eine "Tasche", die der Anlagerung des Duftstoffes dient. Ist das Molekül an der Bindungsstelle verankert, wird im Zellinnern ein mit dem Rezeptor verbundenes, sogenanntes G-Protein aktiviert. Dieses wiederum sorgt dafür, daß sich Kanäle für geladene Teilchen öffnen und die Sinneszelle an den Riechkolben meldet, einen zu ihr passenden Geruchsstoff eingefangen zu haben. In der Natur gibt es aber viel mehr als tausend Gerüche. Doch auch darauf ist die Nase eingestellt. Indem die einzelnen Komponenten einer Duftnote verschiedene Sinneszellen aktivieren, kann das Gehirn aus dem jeweiligen Muster die richtigen Schlüsse ziehen und beispielsweise zwei Jahrgänge eines Weins unterscheiden.

Duft-Rezeptoren wichtig in der Sexualität

Nach ihrem Aufenthalt im Labor von Axel ist Linda Buck an die Harvard Medical School in Boston gewechselt. Seither erforschen die beiden Arbeitsgruppen getrennt voneinander die noch verbliebenen Geheimnisse des Riechens. Unter anderem haben sie besondere Rezeptoren für Pheromone gefunden - für Duftstoffe, die das Verhalten steuern und zum Beispiel bei der Sexualität eine Rolle spielen.

Linda Buck wurde 1947 in Seattle (Washington) geboren und studierte dort Psychologie und Mikrobiologie. Sie wurde im Fach Immunologie an der Universität von Texas promoviert und war als Professorin am Howard Hughes Medical Institute der Columbia-Universität in New York und am Harvard Medical College in Boston tätig. Seit 2002 forscht sie am Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle.

Richard Axel, der 1946 in New York geboren wurde, machte seinen Abschluß als Mediziner an der Johns Hopkins University in Baltimore. Dort übernahm er 1978 eine Professur. Seit 1984 ist er am Howard Hughes Medical Institute der Columbia-Universität in New York tätig und seit 1999 Professor an dieser Universität.