Bei Forschenden und in der Wirtschaft gefragt war sie schon immer, aber durch die Corona-Pandemie ist sie auch stark in den Fokus der Öffentlichkeit gerutscht: die Proteinkristallografie zur Untersuchung von Biomolekülen wie etwa dem Spike-Protein des Coronavirus. DESYs Röntgenquelle PETRA III hat mit dieser Methode serienweise aufgeklärt, ob potenzielle Wirkstoffe die Vermehrung des Coronavirus behindern können. Eine neue Animation erklärt jetzt die Arbeitsweise und das Potenzial der Proteinkristallografie im Detail.

Mit Hilfe der Proteinkristallografie können Forschende tief in die Arbeitswelt von lebenswichtigen Proteinen schauen. Die Proteine werden dafür zu winzigen Kristallen geformt, die dann mit dem intensiven Röntgenlicht aus PETRA III aus verschiedenen Richtungen durchleuchtet werden. Die Beugungsmuster der Untersuchung geben atomgenau Aufschluss über die molekulare Struktur der Proteine. Das hilft, ihre Funktion zu entschlüsseln.

Während der Corona-Pandemie hat ein Forschungsteam unter Federführung von DESY in einem sogenannten Röntgenscreening an der PETRA III-Strahlführung P11 in kurzer Zeit fast 6000 bereits für die Behandlung anderer Krankheiten existierende Wirkstoffe darauf getestet, ob sie auch gegen das Coronavirus SARS-CoV-2 wirken. Die Forschenden kristallisierten das für die Virusvermehrung wichtige Protein namens Hauptprotease (M^pro) von SARS-CoV-2 zusammen mit jeweils einem Wirkstoff und konnten so sehen, welche Stoffe an die Hauptprotease binden – die erste wichtige Voraussetzung für ein Medikament. Insgesamt berichtete das Team im Fachmagazin „Science“ über 37 solcher Stoffe. Sieben davon hemmen die Tätigkeit des Proteins und bremsen so die Vermehrung des Virus. Zwei taten das so vielversprechend, dass sie im Anschluss in präklinischen Studien weiter untersucht werden.

Diese Forschung macht die 4K-Animation, die vom Kieler Science Communication Lab in enger Zusammenarbeit mit den Forschenden erstellt worden ist, jetzt in beeindruckenden Bildern deutlich. Dabei beschränkt sie sich nicht nur auf die Untersuchungsmethode, sondern zeigt die Funktion der gesamten Anlage: von der Erzeugung des intensiven Röntgenlichts im PETRA III-Beschleuniger über die mit einem Roboter durchgeführten Experimente bis hin zur plastischen Darstellung, wie sich Viren überhaupt vermehren. Die Animation ist auf Deutsch und Englisch verfügbar.

 

Animation zur Proteinkristallografie auf Youtube