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Proteine: Wunderwaffe für die Pharmaforschung

Wer die dreimensionale Struktur von Membranproteinen kennt, kann darauf aufbauend neuartige Medikamente entwickeln. Mit Freie-Elektronen-Lasern kommen Forscher jetzt schneller zum Ziel.
Membrane Proteins - Georg Büldt

Veröffentlicht am: 23.08.2016

Laufzeit: 0:12:11

Sprache: englisch

Auf serious-science.org erklären internationale Spitzenforscher ihre Arbeit. Ihre Interviewpartner, so erläutern die Moskauer Seitenbetreiber, seien Menschen, "die an das kritische Denken glauben, die glauben, dass der wissenschaftliche Ansatz der beste ist, um die Phänomene in unserer Umwelt zu verstehen".

Membranproteine sind in der Bioforschung ein heißes Thema, weil über sie die allermeisten Medikamente in Zellen geschleust werden und etliche Wirkstoffe auch direkt auf sie einwirken sollen. Aber erst wenn Wissenschaftler die dreidimensionale Struktur der Proteine entschlüsselt haben – was schwierig oder mit heutigen Methoden zuweilen unmöglich ist –, steht der Weg zu neuen Medikamenten offen.

Künftig könnte ihnen dies allerdings leichter fallen. Der Biophysiker und Membranexperte Georg Büldt gibt in diesem Interview zunächst einen Einblick in bisherige Methoden der Strukturanalyse, um dann kommende Umbrüche unter anderem durch so genannte Freie-Elektronen-Laser (FEL) anzukündigen.

Auf diese setzen auch viele seiner Fachkollegen ihre Hoffnung. Mit dem XFEL in Hamburg etwa soll noch in diesem Jahr das leistungsfähigste Instrument dieser Art in Betrieb gehen. Das übliche Verfahren der Röntgenstrukturanalyse nämlich, so Büldt, "hat einen schwachen Punkt – und das sind Strahlungsschäden. Richtet man einen Röntgenstrahl auf ein Kristall (von Membranproteinen), ist dieser nach einer Weile verschwunden". Anders gesagt: Noch im Verlauf der Messung kann es zu Schäden kommen, die die Ergebnisse verfälschen. Auch FELs zerstören zwar die Membranproben, machen aber in der kurzen Zeit, bis dies geschieht, noch die entscheidenden Aufnahmen.

Weder für Augen noch Ohren ist dieses in englischer Sprache geführte Interview ein Genuss, zumal manche Frage offen bleibt. Trotzdem lohnt es sich, die Zeit zu investieren. Büldt ist Gründungsdirektor des Membranprotein-Labors am Moskauer Institut für Physik und Technologie, eine der führenden Universitäten Russlands. Wer mehr über ein hot topic der medizinischen Forschung erfahren will – hier gewinnt er einen Eindruck aus erster Hand.

Um das Verständnis des Interviews zu erleichtern, sei noch das Verfahren der Röntgenstrukturanalyse erläutert. Dafür werden Proteine zu kristallförmigen Anordnungen herangezüchtet und dann mit Röntgenstrahlen beleuchtet. Aus dem vom Kristall gestreuten Röntgenlicht lässt sich mathematisch auf die Struktur des Proteins zurückschließen. Allerdings nur dann, wenn der Kristall sehr viele Proteine in gleichmäßiger räumlicher Anordnung enthält – so addieren sich die schwachen Signale jedes einzelnen von ihnen zu einem messbaren Resultat.

Die meisten Membranproteine sperren sich allerdings dagegen, in großen Kristallen angeordnet zu werden. Hier kommt der Freie-Elektronen-Laser ins Spiel: Seine Lichtpulse sind extrem kurz und intensiv, so dass bereits winzige Proteinproben ein präzises Streumuster hervorbringen.

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