Biomoleküle auf dem Prüfstand

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Autor: Scho

Charlotte Uetrecht (Uni Siegen, HPI und DESY) ist Expertin für Viren, wie sie aufgebaut sind und wie sie sich vermehren. Die Gruppen­leiterin am Zentrum für Strukturelle Systembiologie CSSB und ihre Kollegen Erik Marklund von der Universität Uppsala und Carl Caleman von der Universität Uppsala/DESY (CFEL) erhalten Fördermittel vom Röntgen-Ångström-Cluster (RÅC), einer schwedisch-deutschen Forschungskooperation, für ihr Projekt SAXFELS (Small Angle X-ray Free Electron Laser Scattering).

In diesem auf vier Jahre angelegten Projekt, das mit insgesamt 1,75 Millionen Euro gefördert wird, soll eine neue Methode zur Untersuchung makromolekularer Strukturen entwickelt werden, indem leistungsstarke Techniken zur Manipulation von Proben in der Gasphase mit Röntgenbeugungsbildern integriert und weiterentwickelt werden.

Um zu verstehen, wie biologische Moleküle wie z. B. Virus­proteine funktionieren, müssen Forschende die Strukturen dieser Moleküle untersuchen. Das neue SAXFELS-Projekt wird dafür die Stärken von zwei Techniken zur Strukturbestimmung kombinieren: native Massenspektrometrie und Röntgen­kleinwinkelstreuung (SAXS). Bei der nativen Massen­spektrometrie werden makromolekulare Komplexe aus der Lösung in die Gasphase überführt und nach ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis getrennt. SAXS ist ein leistungsfähiges Beugungsbildverfahren, das Strukturinformationen über Biomoleküle in Lösung liefert. „In diesem SAXFELS-Projekt wollen wir die komplementären Stärken von SAXS und MS kombinieren und SAXS am europäischen Freie-Elektronen-Röntgenlaser in die Gasphase bringen“, erklärt DESY-Forscherin Uetrecht, die auch Professorin an der Universität Siegen und am Leibniz-Institut für Experimentelle Virologie HPI ist.

Test an Corona-Viren

SAXFELS wird das Prototyp-Transportsystem anpassen, das im Rahmen des von Charlotte Uetrecht koordinierten Horizon 2020-Projekts MS SPIDOC entwickelt wurde. Das bestehende Transportsystem, mit dem Teilpopulationen einer Proteinlösung zur SPB-Beamline des European XFEL transportiert werden, wird für die Gasphasen-SAXS einer Beamline des European XFEL angepasst, an der die Nutzer ihre eigenen Experimentierstationen einrichten können. Die neue Technik wird an verschiedenen Coronavirus-Proteinen getestet, darunter auch SARS-CoV-2 nsp-Komplexe.

„Eine orientierte Gasphasen-SAXS für Freie-Elektronen-Röntgenlaser wurde noch nirgendwo sonst auf der Welt entwickelt und wird diese Beamline einzigartig machen“, erklärt Uetrecht. „Wir werden modernste MS-Techniken mit diffraktiven Bildgebungstechniken am European XFEL zusammenführen und damit einen großen Technologiesprung für die SAXS machen.“ Sie weist auch darauf hin, dass SAXFELS eine Technik ist, die die wissenschaftliche Gemeinschaft auch an anderen Röntgenanlagen wie DESYs PETRA III oder MAX IV der Universität Lund nutzen können wird.

„Von Anfang an hat das CSSB mit Hilfe von RÅC-Mitteln mit Kollegen aus Schweden zusammengearbeitet“, sagt Kay Grünewald, wissenschaftlicher Direktor des CSSB. „SAXFELS ist ein aufregendes neues Projekt, und ich freue mich darauf, seine Entwicklung zu beobachten.“

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