HZB Newsroom

Nachdem die Eizelle von einem Spermium befruchtet wurde, zieht sich die Eihülle zusammen und schützt den Embryo, indem sie mechanisch das Eindringen weiterer Spermien verhindert. Diesen neuen Einblick hat nun ein Team des Karolinska Instituts u.a. durch Messungen an den Röntgenlichtquellen BESSY II, DLS und ESRF gewonnen.

Ende Februar 2024 hat ein Team am HZB einen Artikel in Synchrotron Radiation News (SRN) veröffentlicht. Darin beschreibt es die nächsten Entwicklungsziele für die Röntgenquelle sowie das Upgrade Programm BESSY II+ und die Nachfolgequelle BESSY III.

Bei der 4000. Struktur handelt es sich um das Molekül FKBP51, das mit stressinduzierten Erkrankungen wie Depressionen, chronischen Schmerzen und Diabetes zusammenhängt. Das Team um Prof. Dr. Felix Hausch, TU Darmstadt, nutzt die Kenntnis der dreidimensionalen Struktur, um neue Strategien für das Design passender Medikamente zu entwickeln.

Bei industriellen Prozessen entstehen immer auch feinkörnige Rückstände. Diese finden nur selten den Weg zurück in die industrielle Wertschöpfungskette, sondern werden meist entsorgt und stellen ein potenzielles Umweltrisiko dar. Das Projekt FINEST erfasst und untersucht verschiedene dieser Feinststoffströme mit dem Ziel, neue Konzepte zu entwickeln, um sie im Kreislauf zu halten und verbliebene Reststoffe gefahrlos abzulagern. FINEST konnte sich beim Nachhaltigkeitswettbewerb der Helmholtz-Gemeinschaft durchsetzen und wird nun 5 Millionen Euro gefördert.

Am Freitag, den 17. Juni, war eine Delegation aus Singapur zu Gast am HZB. Heng Swee Keat, stellvertretender Premierminister von Singapur, wurde vom Botschafter von Singapur in Berlin, Laurence Bay, sowie von Vertreter*innen aus Forschung und Wirtschaft begleitet.

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.

In einer Pionierarbeit konnte ein deutsch-japanisches Team an BESSY II die 3D-Struktur eines katalytischen Metallo-Proteins bestimmen, das in allen Pflanzenzellen eine wichtige Rolle spielt. Es handelt sich dabei um die DYW-Desaminase-Domäne des so genannten RNA-Editosoms. In dieser DYW-Domäne sitzt ein Zink-Ion, dessen Aktivität mit einem sehr ungewöhnlichen Mechanismus kontrolliert wird. Das Team konnte nun diesen Mechanismus erstmals im Detail aufklären. Die Studie in Nature Catalysis gilt als Durchbruch auf dem Gebiet der molekularen Pflanzenbiologie und hat weitreichende biotechnologische Implikationen.

Metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs) finden breite Anwendung in Gasspeicherung, Stofftrennung, Sensorik oder Katalyse. Eine spezielle Klasse dieser MOFs hat nun ein Team um Prof. Dr. Stefan Kaskel, TU Dresden, an den MX-Beamlines von BESSY II untersucht. Es handelt sich um „schaltbare“ MOFs, die auf äußere Reize reagieren können. Ihre Analyse zeigt, wie das Verhalten des Materials mit Übergängen zwischen geordneten und ungeordneten Phasen zusammenhängt. Die Ergebnisse sind nun in Nature Chemistry publiziert.

Prof. Dr. Udo Heinemann arbeitet am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin und forscht seit 40 Jahren in der Strukturbiologie. Von 2008 bis 2012 war er Mitglied im Advisory Committee der European Protein Database. Im Interview spricht er darüber, welchen Mehrwert die Proteindatenbank für die Forschung heute bringt und warum es wichtig ist, dass es in Berlin spezialisierte Strahlrohre für die biologische Strukturanalyse gibt.

Um die systematische Entwicklung von Medikamenten zu beschleunigen, hat das MX-Team am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) mit der Drug Design Gruppe der Universität Marburg eine neue Substanzbibliothek aufgebaut. Sie besteht aus 1103 organischen Molekülen, die als Bausteine von neuen Wirkstoffen infrage kommen. Das MX-Team hat diese Bibliothek nun in Kooperation mit der FragMAX-Gruppe am MAX IV validiert. Die Substanzbibliothek des HZB steht weltweit für die Forschung zur Verfügung und spielt auch bei der Suche nach Wirkstoffen gegen SARS-CoV-2 eine Rolle.

Pflanzen nutzen Licht nicht nur für die Photosynthese. Die Pflanzenzelle hat zwar keine Augen, kann aber dennoch Licht wahrnehmen und damit ihr Umfeld. Dabei spielen Phytochrome, bestimmte türkisfarbige Proteine, die zentrale Rolle. Wie genau sie funktionieren, ist noch unklar. Nun konnte das Team um den Pflanzenphysiologen Jon Hughes (Justus-Liebig-Universität Gießen) an BESSY II die dreidimensionale Architektur von verschiedenen pflanzlichen Phytochrom-Molekülen entschlüsseln. Dabei zeigt sich, wie Licht die Struktur des Phytochroms verändert, so dass die Zelle das Lichtsignal weiterleitet, um die Entwicklung der Pflanze entsprechend zu steuern.

Ein Coronavirus hält die Welt in Atem. SARS-CoV-2  ist hochansteckend und kann schwere Lungenentzündung mit Atemnot (COVID-19) verursachen. Weltweit sucht die medizinische Forschung nach Möglichkeiten, wie man die Vermehrung der Viren mithilfe von Medikamenten verhindern kann. Ein Team der Universität Lübeck und am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) hat dafür einen vielversprechenden Ansatz gefunden. Mithilfe des hochintensiven Röntgenlichts der Berliner Synchrotronquelle BESSY II haben sie die dreidimensionale Architektur der viralen Hauptprotease von SARS-CoV-2 entschlüsselt. Die virale Hauptprotease ist an der Vermehrung des Virus beteiligt.

An einer der drei MX-Beamlines am HZB wurde letzte Woche ein neuer Detektor installiert. Im Vergleich zum alten Detektor ist der neue besser, schneller und empfindlicher. Er ermöglicht es, binnen kürzester Zeit vollständige Datensätze von komplexen Proteinen aufzunehmen.

In Tumorzellen ist die DNA im Vergleich zu normalen Körperzellen verändert. Wie solche Veränderungen verhindert oder gehemmt werden können, ist ein spannendes Forschungsgebiet mit großer Relevanz für die Entwicklung von Krebsbehandlungen. Ein interdisziplinäres Team hat nun durch Proteinkristallographie an BESSY II die möglichen  Bindungsmechanismen von bestimmten therapeutischen Substanzen aus der Gruppe der Tetrazolhydrazide an ein entscheidendes Protein in der Zelle analysiert.

Ein HZB-Team hat einen neuartigen Probenhalter entwickelt, der die Messung von Proteinkristallen deutlich erleichtert. In einem kurzen Video zeigen die Forscher, wie Proteine in Lösung auf den neuen Probenhaltern selbst auskristallisieren und im Anschluss an den MX-Beamlines von BESSY II analysiert werden können. Ein Patent ist bereits erteilt und ein Hersteller gefunden.

Ein Team der Universität Greifswald und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) hat an BESSY II die Struktur eines wichtigen Enzyms ("MHETase") entschlüsselt. Die MHETase wurde in einem Bakterium entdeckt und ist in der Lage, zusammen mit einem zweiten Enzym, der PETase, den weit verbreiteten Kunststoff PET in seine Grundbausteine zu zerlegen. Die 3D-Struktur der MHETase ermöglichte es den Forschern bereits, die Aktivität dieses Enzyms gezielt zu optimieren, um es zusammen mit der PETase für das nachhaltige Recycling von PET zu nutzen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Seit acht Jahren kooperiert die HZB-Arbeitsgruppe „Makromolekulare Kristallographie“ erfolgreich mit dem Lehrstuhl „Strukturbiochemie“ unter der Leitung von Prof. Markus Wahl an der Freien Universität Berlin. Nun wird sich diese Zusammenarbeit weiter intensivieren. Beide Einrichtungen bauen eine gemeinsame Forschergruppe auf, um biochemische Vorgänge bei der Verarbeitung von genetischen Informationen zu untersuchen. Die Forschergruppe profitiert dabei insbesondere vom Zugang zu den drei MX-Beamlines, an denen Proteinkristalle mit dem Synchrotronlicht von BESSY II untersucht werden können.

Die MX-Beamlines der Röntgenquelle BESSY II am HZB sind auf die hochautomatisierte Strukturanalyse von Proteinkristallen spezialisiert. Mit bereits über 2000 bestimmten Proteinstrukturen sind sie in Deutschland mit Abstand die produktivsten Beamlines dieser Art und werden von Forschung und Industrie stark nachgefragt. Nun haben Teams der Philipps-Universität Marburg und des HZB auch die Auswertung der Datensätze automatisiert: Das neu entwickelte Computerprogramm (Expertensystem) identifiziert aus den Rohdaten einer Röntgenstrukturanalyse diejenigen Molekülfragmente, die sich als Startpunkt für die Entwicklung eines Wirkstoffs eignen. An einer Serie von 364 Proben demonstrierten die Kooperationspartner, dass das Expertensystem zuverlässig arbeitet und die Suche nach einem passenden Wirkstoff beschleunigen kann. Die Arbeit ist im Journal Structure publiziert.

Im Juli 2013 wurde die 1000. Proteinstruktur veröffentlicht, die auf bei BESSY gemessenen Daten beruht. Dabei handelt es sich um ein Protein aus der Gruppe der Sirtuine, die bei Alterungs-, Stress- und Stoffwechselprozessen im menschlichen Organismus eine Rolle spielen. Die Wissenschaftler um Prof. Clemens Steegborn von der Universität Bayreuth konnten dabei einen raffinierten Mechanismus entschlüsseln, mit dem ein Wirkstoff die Aktivität eines Sirtuins hemmen kann. Die Ergebnisse wurden in dem renommierten Fachblatt Proceedings of the National Academy of Sciences USA veröffentlicht und könnten Wege zu neuen Tumortherapien aufzeigen.

Feierlich eingeweiht: Der neue Pilatus-Detektor für die Kristallographie ist nun einsatzbereit

Haare, Haut, Blutkreislauf und Nervensystem – alles wird von winzigen biologischen Bausteinen gesteuert. Wer nach diesen kleinsten Bausteinen des Lebens forscht, landet automatisch bei ihnen: den Proteinen. Um diese Grundbausteine des Lebens und die Vorgänge, die sie bewirken, besser zu verstehen, archivieren Wissenschaftler in aller Welt ihre Erkenntnisse über Proteine in einer gemeinsamen Datenbank. Die HZB-Forschungsgruppe Makromolekulare Kristallografie (MX) stellt Nutzern am BESSY II die Technik zur Verfügung, mit der sie Protein-Strukturen entschlüsseln können. Vor kurzem wurde die bereits 500ste Struktur an diesen MX-Strahlrohren des HZB von Wissenschaftlern der Bayer Healthcare Pharmaceuticals Berlin entschlüsselt.