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.
- BESSY II: Neue Probenumgebung erlaubt Einblick in thermokatalytische ProzesseEine neuartige Messzelle ermöglicht erstmals Untersuchungen mit weicher und harter Röntgenstrahlung unter hohen Drücken von bis zu 20 bar und Temperaturen von bis zu 400 °C. Dies liefert neue Erkenntnisse über thermokatalytische Prozesse, wie beispielsweise die Fischer-Tropsch-Synthese zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe. Die Entwicklung der Messzelle gilt als Meilenstein im Rahmen des Care-O-Sene-Projekts.
- Präzise Grenzflächenchemie steigert Wirkungsgrad von Perowskit-SolarzellenIm Rahmen einer internationalen Forschungskooperation wurde eine neue molekulare Strategie entwickelt, um eine der Grenzflächen in Perowskit-Solarzellen zu verbessern. Die daraus resultierenden Solarzellen erreichten in der n-i-p-Architektur einen Energieumwandlungswirkungsgrad von 26,19 % bei gleichzeitig hoher Betriebsstabilität unter längerer Bestrahlung und erhöhten Temperaturen. Die Ergebnisse wurden im „Journal of the American Chemical Society“ veröffentlicht.
- Magnetische Bildgebung: Mikroblumen verstärken das lokale MagnetfeldMaterialien mit magnetischen Nanostrukturen bieten viele Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in der Spintronik. Um solche Materialien zu untersuchen, sind magnetisch empfindliche Bildgebungsverfahren im Nanobereich geeignet, bisher konnten während des Bildgebung jedoch nur schwache Magnetfelder angelegt werden. Nun hat eine internationale Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Sergio Valencia vom HZB einen Ansatz entwickelt, der diese Einschränkung überwindet. Das Team entwarf winzige Magnetflusskonzentratoren (MFCs). Die Geometrie der MFCs ähnelt einer Blume und fokussiert das angelegte Magnetfeld auf das Zentrum, in dem die Probe sitzt. Die „Mikroblumen“, die das Magnetfeld lokal verstärken, können in vielen nanometrischen magnetischen Mikroskopieverfahren eingesetzt werden.