Die Untersuchung von großen Molekülen und Molekülkomplexen wie Proteinen, Nukleinsäuren und Viren ist grundlegend wichtig zur
Entschlüsselung von komplexen Lebensprozessen. Röntgen-Kristallographie mit Synchrotronstrahlung ist eine außerordentlich leistungsfähige
Technik, um die räumliche Anordnung der Atome in Proteinen sichtbar zu machen. Dabei wird die Dichteverteilung der
Elektronen abgebildet, anders als bei der Neutronenstreuung, die sich ebenfalls zur Strukturuntersuchung eignet, jedoch
die Dichteverteilung der Atomkerne sichtbar macht. Die Kenntnis der Struktur ist der Schlüssel zum Verständnis der Funktion
der Moleküle. Strukturelle Informationen können zum Beispiel erklären, wie bestimmte Virusproteine den Viren helfen, in Zellen
einzudringen um sich dort zu vermehren. Dieses Wissen kann anschließend zur Verbesserung von bereits existierenden oder zur
Entwicklung von neuartigen antiviralen Medikamenten führen.
Mit Hilfe eines Röntgenlasers
(FEL)
werden Forscher die Struktur von weit mehr Biomolekülen entschlüsseln können, als es derzeit möglich ist.
Denn die Blitze sind so intensiv, dass einzelne Moleküle abgelichtet werden können und keine Kristalle für die sonst üblichen
Gruppenaufnahmen gezüchtet werden müssen. Zudem ist die Blitzdauer kurz genug (nicht länger als 100 billiardstel Sekunden),
um das Bild aufzunehmen, bevor die Probe von der intensiven Röntgenstrahlung zerstört wird.
Mit heutigen Techniken lassen sich große Molekülkomplexe nur sehr schwer untersuchen. Der Röntgenlaser bietet neue Möglichkeiten,
größere biologische Strukturen wie einzelne Viruspartikel im atomaren Detail abzubilden. Zudem lassen sich mit den ultrakurzen
Röntgenlaserblitzen Bewegungen von Molekülen zeitaufgelöst verfolgen. So bekommt man Einblicke beispielsweise in den molekularen Ablauf von Infektionen.
Die in der Medizin üblichen abbildenden Verfahren mit Röntgenstrahlung lassen sich mit Synchrotronstrahlung weiterentwickeln und verbessern.
Bei geringerer Stahlenbelastung lassen sich viel präzisere Untersuchungen von Organen wie dem Herz, den Lungen oder dem Gehirn durchführen
als mit konventionellen Methoden. So werden auch qantitative Studien ermöglicht. Im Bereich der Krebstumortherapie laufen ebenfalls vielversprechende
Entwicklungen.
Quellen: Broschüre "Europäische Forschung in Grenoble" / Broschüre "A Light for Industry" (ESRF) / XFEL
Mehr zum Thema:
KFS-Broschüre "Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland" (2009):
Lebenswissenschaften
KFS-Broschüre "Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland" (2001):
Lebenswissenschaften
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