HZB koordiniert europäische Kooperation zur Entwicklung von Wirkstoffen gegen Corona
Das MX-Team an BESSY II ist auf die Entschlüsselung von Proteinstrukturen spezialisiert. Damit lässt sich auch die Entwicklung von Medikamenten gegen COVID-19 beschleunigen. © HZB
Die Röntgenstrukturanalyse an BESSY II ermöglicht die systematische Prüfung von vielen tausend Molekülen, die die Reproduktion und Virulenz von SARS-CoV2-Viren hemmen könnten. Nun hat ein Team am HZB mit Partnern aus Österreich und der Tschechischen Republik das Projekt NECESSITY aufgesetzt, um im Hochdurchsatzverfahren mehr als 8000 Verbindungen zu untersuchen und Wirkstoffe gegen COVID-19 zu entwickeln.
Die COVID-19-Pandemie ist noch lange nicht beendet. Trotz der raschen Entwicklung von Impfstoffen ist es aus unterschiedlichen Gründen nicht möglich, alle Menschen schnell genug durch eine Impfung dauerhaft zu schützen. Doch bisher gibt es kaum wirksamen Medikamente für schwer an COVID-19 erkrankte Patienten. Die Therapie beschränkt sich im Wesentlichen auf die Verabreichung von Steroidmedikamenten zur Kontrolle der Immunreaktion und die künstliche Beatmung.
An der Lichtquelle BESSY II, die das HZB betreibt, steht mit der Strukturanalyse von Makromolekülen ein fantastisches Werkzeug zur Verfügung, um die Entwicklung von wirksamen Substanzen gegen das SARS-CoV2-Virus zu beschleunigen. Hier wurde Anfang 2020 erstmals die dreidimensionale Struktur der so genannten Hauptprotease des SARS-CoV2-Virus entschlüsselt. Dieses Enzym ist für die Virusreproduktion unverzichtbar. Die Kenntnis dieser Struktur grenzt das Spektrum an möglichen Substanzen entscheidend ein – denn solche Substanzen müssen wie ein Schlüssel ins Schloss passen, damit sie die Funktion des Enzyms blockieren können.
Es ist jedoch nicht ausreichend nur dieses eine Ziel zu untersuchen. Deshalb werden im Rahmen des neuen Projekts NECESSITY, das der HZB-Forscher Dr. Christian Feiler initiert hat, mehrere virale Zielproteine adressiert. Gemeinsam mit Partnern der Medizinischen Universität Innsbruck, Österreich, und der Universität Olomouc, Tschechische Republik, wollen die Berliner Forscher*innen die Entwicklung von Medikamenten systematisch vorantreiben: Sie werden im Hochdurchsatzverfahren mehr als 8000 Verbindungen an den MX-Beamlines von BESSY II untersuchen und daraus Substanzen identifizieren, die an die Hauptprotease des SARS-CoV-2 oder an weitere Zielproteine andocken könnten.
Diese Substanzen stammen aus einer einzigartigen Bibliothek, die die Gruppe um Dr. Vladimír Kryštof, Palacký University Olomouc erstellt hat. Alle Substanzen sind bereits für die Behandlung anderer Erkrankungen zugelassen oder befinden sich in klinischen Phasen. Sollten sich daraus Treffer ergeben, wäre eine besonders schnelle Entwicklung von Medikamenten gegen COVID-19 möglich.
Prof. Dr. Klaus Scheffzek und sein Team an der Medizinischen Universität in Innsbruck können die Trefferverbindungen mit biophysikalischen Methoden eingehend untersuchen und erste virologische Studien initiieren. Als Berater und Partner sind auch Prof. Dr. Christian Drosten, Direktor des Instituts für Virologie an der Charité Berlin sowie weitere Experten mit an Bord.
„Im Projekt NECESSITY bringen wir Expertise aus sehr unterschiedlichen Bereichen zusammen“, sagt Feiler, der das Projekt auch koordiniert. „Wir haben gemeinsam einen hocheffizienten interdisziplinären Arbeitsablauf geplant, um schnellstmöglich antivirale Substanzen zu identifizieren, die sich als wirksame Medikamente gegen COVID-19 einsetzen lassen.“
Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie den entsprechenden Förderorganisationen in Österreich und der Tschechischen Republik für 36 Monate mit insgesamt knapp 800.000 Euro gefördert.
- Was die Zinkkonzentration in Zähnen verrätZähne sind Verbundstrukturen aus Mineralien und Proteinen, dabei besteht der Großteil des Zahns aus Dentin, einem knochenartigen, hochporösen Material. Diese Struktur macht Zähne sowohl stark als auch empfindlich. Neben Kalzium und Phosphat enthalten Zähne auch Spurenelemente wie Zink. Mit komplementären mikroskopischen Verfahren hat ein Team der Charité Berlin, der TU Berlin und des HZB die Verteilung von natürlichem Zink im Zahn ermittelt. Das Ergebnis: mit zunehmender Porosität des Dentins in Richtung Pulpa steigt die Zinkkonzentration um das 5- bis 10-fache. Diese Erkenntnis hilft, den Einfluss von zinkhaltigen Füllungen auf die Zahngesundheit besser zu verstehen und könnte Verbesserungen in der Zahnmedizin anstoßen.
- Faszinierendes Fundstück wird zu wertvoller WissensquelleDas Bayerische Landesamt für Denkmalpflege (BLfD) hat ein besonderes Fundstück aus der mittleren Bronzezeit nach Berlin geschickt, um es mit modernsten Methoden zerstörungsfrei zu untersuchen: Es handelt sich um ein mehr als 3400 Jahre altes Bronzeschwert, das 2023 im schwäbischen Nördlingen bei archäologischen Grabungen zutage trat. Die Expertinnen und Experten konnten herausfinden, wie Griff und Klinge miteinander verbunden sind und wie die seltenen und gut erhaltenen Verzierungen am Knauf angefertigt wurden – und sich so den Handwerkstechniken im Süddeutschland der Bronzezeit annähern. Zum Einsatz kamen eine 3D-Computertomographie und Röntgendiffraktion zur Eigenspannungsanalyse am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) sowie die Röntgenfluoreszenz-Spektroskopie bei einem von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) betreuten Strahlrohr an BESSY II.
- Topologische Überraschungen beim Element KobaltDas Element Kobalt gilt als typischer Ferromagnet ohne weitere Geheimnisse. Ein internationales Team unter der Leitung von Dr. Jaime Sánchez-Barriga (HZB) hat nun jedoch komplexe topologische Merkmale in der elektronischen Struktur von Kobalt entdeckt. Spin-aufgelöste Messungen der Bandstruktur (Spin-ARPES) an BESSY II zeigten verschränkte Energiebänder, die sich selbst bei Raumtemperatur entlang ausgedehnter Pfade in bestimmten kristallographischen Richtungen kreuzen. Dadurch kann Kobalt als hochgradig abstimmbare und unerwartet reichhaltige topologische Plattform verstanden werden. Dies eröffnet Perspektiven, um magnetische topologische Zustände in Kobalt für künftige Informationstechnologien zu nutzen.