Röntgenblitze durchleuchten Biomoleküle
Erste Ergebnisse von Experimenten am European XFEL veröffentlicht.
Nur wenige Tage vor dem ersten Jahrestag des Beginns des Nutzerbetriebs am 1. September hat ein Team von Wissenschaftlern um Ilme Schlichting vom MPI für medizinische Forschung in Heidelberg die weltweit erste Publikation zu Forschungsarbeiten am European XFEL veröffentlicht. Die Forscher beschreiben die Untersuchung der dreidimensionalen Struktur von Eiweißmolekülen im Strahl des Röntgenlasers. Dabei konnten sie erstmals zeigen, dass unter den Messbedingungen des Experiments Daten hoher Qualität mit sehr kurz aufeinanderfolgenden Pulsen gesammelt werden können. Das verkürzt die Messzeit deutlich. Die genaue Strukturbestimmung von Biomolekülen ist von großer Bedeutung, weil sich daraus unter anderem wichtige Hinweise zur Entstehung und Behandlung von Krankheiten ergeben können.
Abb.: Gastwissenschaftler Tokushi Sato bereitet eine Untersuchung am Röntgenlaser vor. (Bild: European XFEL)
Die Forscher untersuchten eine Mischung drei verschiedener Proteinmoleküle aus Pflanzen. Sie spritzten kleine Kristalle der Proteine in einem Flüssigkeitsstrahl in den Röntgenstrahl. Wenn ein Röntgenblitz einen Probenkristall trifft, nimmt ein hinter der Probe eingebauter Detektor das Muster der gestreuten Röntgenstrahlen auf. Mit Hilfe von Computerprogrammen können die Forscher mit diesen Aufnahmen dreidimensionale Modelle der untersuchten Moleküle berechnen. Während des Experiments sind Tausende von Bildern aufgenommen worden, die gut genug waren, um die drei verschiedenen Moleküle zu unterscheiden und dreidimensionale Modelle ihrer Struktur zu berechnen.
Der Röntgenlaser kann bis zu 27.000 Blitze pro Sekunde erzeugen. Die Blitze kommen in Pulsfolgen von zehn Paketen pro Sekunde, die von vergleichsweise langen Pausen ohne Blitze unterbrochen sind. Würde eine Pulsfolge eine ganze Sekunde andauern, würde sie mehr als 1.1 Millionen Pulse liefern. Mit der Veröffentlichung dieser Forschungsergebnisse wurde erstmals an Röntgenlasern eine solche Pulsrate erreicht und für Experimente genutzt. Kein anderer Röntgenlaser weltweit kann eine solche Rate erreichen. Aufbauend auf den Ergebnissen können die Forscher nun die Pulse dazu nutzen, Moleküle in Aktion zu filmen. Wenn sie eine Reaktion während der ersten Pulse eines Pakets starten können, dann können dir mit den folgenden Pulsen des Pakets Schnappschüsse von der Reaktion aufnehmen während diese abläuft.
E-XFEL / RK
