28.08.2018

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

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