Freie-Elektronen-Röntgenlaser eröffnen neue Möglichkeiten zur Strukturuntersuchung von Proteinen

Die Entwicklung von Freie-Elektronen-Röntgenlasern (XFEL) ermöglicht neue Einblicke in die Welt der Moleküle und Atome, die unter anderem für Biologen von großem Interesse sind, um die Funktion der molekularen Maschinerie im Organismus zu verstehen. Ein Schwerpunktheft des wissenschaftlichen Fachjournals "Philosophical Transactions B", versammelt jetzt eine bemerkenswerte Auswahl an Fachaufsätzen zur "Biologie mit Freie-Elektronen-Röntgenlasern". Die Beiträge, darunter auch verschiedene hochrangige Resultate vom Center for Free-Electron Laser Science CFEL bei DESY, beschreiben neueste Innovationen und Ergebnisse, von denen die junge Disziplin angetrieben wird.

"Es heißt oft, um etwas Neues zu sehen, muss man etwas Neues tun", schreiben die Herausgebet Prof. John Spence von der Arizona State University und DESY-Forscher Prof. Henry Chapman vom CFEL in ihrer Einleitung zu dem Schwerpunktheft, das am Montag von der britischen Royal Society online veröffentlicht worden ist und auf einer viertägigen, hochkarätig besetzten Fachkonferenz aufbaut, die beide im vergangenen Herbst organisiert hatten.

Freie-Elektronen-Röntgenlaser wie der European XFEL, der zurzeit vom Hamburger DESY-Gelände bis in die benachbarte Stadt Schenefeld gebaut wird, nutzen starke Teilchenbeschleuniger, um ultrakurze und superhelle Röntgenblitze zu erzeugen. Sie ergänzen damit die Möglichkeiten etablierter anderer Röntgenquellen wie etwa Synchrotronen. Dank der hellen XFEL-Röntgenblitze können Forscher beispielsweise kleinere Proteinkristalle als üblich untersuchen. Da es bei vielen Biomolekülen schwer ist, größere Kristalle zu züchten, eröffnet dies neue Möglichkeiten zur Strukturuntersuchung von Proteinen. Mit XFELs könnte es eines Tages sogar möglich werden, einzelne Biomoleküle zu durchleuchten und damit gänzlich auf die Kristallisation zu verzichten. Darüber hinaus können XFEL Biomoleküle bei Zimmertemperatur untersuchen und damit die oft übliche Tiefkühlung umgehen. Und mit den ultrakurzen XFEL-Blitzen sind Standbilder superschnelle molekularer Prozesse möglich, was zu einer Art Molekülkino führen könnte.

Gegenwärtig sind drei Freie-Elektronen-Laser für harte und weiche Röntgenstrahlung in Betrieb: Die Linac Coherent Light Source LCLS des US-Beschleunigerzentrums SLAC, die Anlage SACLA am japanischen Forschungszentrum Riken und der Free-Electron Laser in Hamburg FLASH bei DESY, die Pionieranlage für Freie-Elektronen-Röntgenlaser. "Die wissenschaftlichen Fachaufsätze der Schwerpunktausgabe, von denen einige als Open Access erhältlich sind, liefern einen sehr vollständigen Überblick über den Forschungsstand der Biologie an Freie-Elektronen-Lasern und dürften zu einer wertvollen Orientierung auf diesem wachsenden Anwendungsfeld werden", betont Chapman. "Wie wir in unserer Einleitung schreiben, ist die Geburt eines neuen Feldes die aufregendste Zeit, um in der Forschung zu arbeiten."

Quelle: Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)