Synchrotronstrahlung hilft, Viren besser zu verstehen

Um Medikamente gegen SARS-CoV-2 zu entwickeln, müssen Forschende das Virus im Detail verstehen. Hochmoderne Großforschungsanlagen wie die bei DESY leisten hier einen wichtigen Beitrag. Davon hat sich Staatssekretär Lukas heute in Hamburg überzeugt.

Im hellen Röntgenlicht von PETRA III untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mehrere tausend mögliche Wirkstoffkandidaten gegen SARS-CoV-2.
Im hellen Röntgenlicht von PETRA III untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mehrere tausend mögliche Wirkstoffkandidaten gegen SARS-CoV-2. © DESY, Science Communication Lab

Nur drei Minuten dauert am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg die Untersuchung eines neuen Wirkstoffkandidaten gegen SARS-CoV-2 – dank vollautomatisierter Messungen und Datenanalyse. Dort läuft derzeit eine Versuchsreihe mit drei Corona-Schlüsselproteinen. Im hellen Röntgenlicht von PETRA III untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mehrere tausend Wirkstoffe in Kombination mit den Proteinen.

Bis jetzt konnten die Forschenden 46 Wirkstoffe identifizieren, die an das Protein andocken. Von diesen untersuchte das Forscherteam wiederum bisher 23 in Zellkulturen auf die Hemmung der Virusvermehrung. Das vorläufige Ergebnis, das gerade noch einmal überprüft wird: Sechs dieser Wirkstoffe behindern tatsächlich die RNA-Vermehrung des Virus. Damit ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zu einem möglichen Medikament gemacht. Als nächstes wird nun versucht, die antivirale Aktivität dieser Wirkstoffe durch geringfügige chemische Veränderungen zu verbessern. Die Grundlagenforschung könnte somit dazu beitragen, Medikamente und Therapien gegen COVID-19 zu entwickeln.

Spitzenforschung trifft Innovationsgeist

PETRA III-Leiter Christian Schroer erklärt Staatssekretär Wolf-Dieter Lukas (r.) die PETRA III-Messstation P11, an der auch Experimente zu Wirkstoffen gegen Covid-19 stattfinden.
PETRA III-Leiter Christian Schroer erklärt Staatssekretär Wolf-Dieter Lukas (r.) die PETRA III-Messstation P11, an der auch Experimente zu Wirkstoffen gegen Covid-19 stattfinden. © DESY/D. Reinhardt

Forschungsstaatssekretär Wolf-Dieter Lukas hat sich heute bei einem Besuch in Hamburg über die aktuelle Forschung und die weiteren Pläne der DESY-Forschenden informiert. „DESY bietet mit diesem hochmodernen Forschungscampus, auf dem internationale und interdisziplinäre Expertise zusammenkommen, ein einzigartiges Konzept für die Zukunft“, sagte er. „Hier trifft Spitzenforschung auf Innovationsgeist mit dem Ziel, Grundlagenforschung für die gesamte Gesellschaft nutzbar zu machen“, so Lukas.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt seit vielen Jahren die Forschung an Synchrotronstrahlungsquellen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Großgeräte. Die DESY-Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III und die beiden Röntgenlaser FLASH und European XFEL gehören zu den weltweit führenden Forschungsanlagen. Mit den zukunftweisenden Forschungsbauten für Freie-Elektronen-Laser-Forschung (CFEL), für Strukturelle Systembiologie (CSSB) und für Röntgen- und Nanotechnologie (CXNS) gibt es auf dem DESY-Campus drei Einrichtungen von höchstem internationalen Standard.

Synchrotronstrahlung deckt mögliche Schwachstellen der Viren auf

Synchrotronstrahlungsquellen strahlen millionenfach intensiver als medizinische Röntgengeräte und erlauben tiefe Einblicke in winzige Strukturen: Mit ihnen entschlüsseln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler täglich den Aufbau unterschiedlichster Materialien. Synchrotronstrahlungsquellen sind ringförmige Anlagen, die einen Umfang von mehreren Hundert Metern haben. In ihnen kreisen Elektronen mit annähernd Lichtgeschwindigkeit. Während eines Augenschlags legen sie rund 50.000 Runden zurück. Auf ihrem Weg durch den Ring passieren sie spezielle Magnetanordnungen, die sie auf Slalombahnen durchfliegen. Dabei geben sie intensives Röntgenlicht – die Synchrotronstrahlung – ab. Und dieses weiß die Wissenschaft punktgenau zu fokussieren und für ihre Experimente zu nutzen. Die Strahlung wird meist dazu verwendet, 3D-Abbilder kleinster Objekte zu erstellen. So lassen sich anhand der Struktur mögliche Schwachstellen oder Angriffspunkte am Untersuchungsobjekt auf kleinster Ebene identifizieren. Auf der Suche nach neuen Medikamenten und Therapieansätzen spielen Synchrotronstrahlungsquellen daher schon lange eine bedeutende Rolle. Auch in der jetzigen Krisensituation leisten die Großgeräte aus der Grundlagenforschung einen wichtigen Beitrag.