Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland 2009 - SNI-Portal

LEBENSWISSENSCHAFTENDen Molekülen des Lebens auf der SpurSynchrotronstrahlung hat enorm zum Verständnis desLebens auf molekularer Ebene beigetragen. Diese Möglichkeitengilt es auszubauen.Im Laufe der letzten Jahrzehnte wurde die atomare Struktureiner Vielzahl großer Biomoleküle wie den Proteinen erstmalsentschlüsselt. In jüngster Zeit gelang es sogar, einige dergrößten bekannten Komplexe wie etwa das Ribosom und eineReihe von besonders schwer kristallisierbaren Proteinen derZellmembran zu untersuchen. Damit ist die Strukturbiologie zueiner zentralen Forschungsrichtung in den Lebenswissenschaftengeworden – sowohl im Bereich der Grundlagenforschungals auch für wichtige Anwendungen der pharmazeutischen Industrieund Biotechnologie. Überdurchschnittlich viele Beiträgekommen dabei aus Deutschland.Diese rasante Entwicklung wäre ohne Synchrotronstrahlungnicht möglich gewesen. Die überwiegende Zahl von Strukturen– insbesondere diejenigen von großen Proteinkomplexenund Membranproteinen – wird inzwischen mit Hilfe der Beugungvon Röntgenstrahlung an kristallinen Strukturen aufgeklärt.Analytische Methoden wie die Kleinwinkelstreuung,spektroskopische Methoden und direkte Abbildungstechnikenprofitieren von der hohen Brillanz und der Strahlqualität derneuesten Synchrotronstrahlungsquellen und nehmen stark anBedeutung zu.Derzeit stehen Experimente für lebenswissenschaftlicheAnwendungen im Wesentlichen bei der ESRF, bei BESSY II amHZB und bei der EMBL-Außenstelle bei DESY zur Verfügung.Vier neue Messstationen werden ab 2010/11 an PETRA III beiDESY nutzbar. Im Rahmen ihres Erweiterungsprogramms werdenan der ESRF bestehenden Messstationen deutlich verbessert.Bei FLASH in Hamburg laufen derzeit Machbarkeitsstudienfür die Entwicklung neuartiger Abbildungsmethoden an biologischenMaterialien.Für die Entwicklung der Lebenswissenschaften sind folgendeGesichtspunkte von zentraler Bedeutung:Zukünftige Forschungsplattformen müssen Zentren der Integrationwerden: Sie müssen sowohl das weite Spektrumstrukturbiologischer Methoden zusammenführen als auchderen Integrationen in andere Bereiche der Lebenswissenschaften(Zellbiologie, Systembiologie, Molekulargenetik, Biotechnologie)und medizinische Anwendungen (Tumorforschung,Infektionsbiologie, neurodegenarative Erkrankungen)unterstützen. Die Kleinwinkelstreuung hat als Methode –neben bildgebenden Verfahren wie der Elektronenmikroskopieund der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie – besondersstark an Bedeutung gewonnen.Eine effiziente Nutzung des gesamten strukturbiologischenMethodenspektrums setzt eine durchgehende Automatisierungder Messvorgänge und Datenprozessierung voraus und stellthöchste Anforderungen an das Datenmanagement.Da in vielen Fällen die zu untersuchenden Kristalle umsokleiner werden, je größer die zu erforschenden biologischenKomplexe sind, müssen Messstationen, die Objekte im Mikrometerbereichuntersuchen können, höchste Priorität haben.Darüber hinaus sind geeignete Infrastrukturmaßnahmen zurVorbereitung von Experimenten essentiell. In Grenoble wird diesemAspekt mit dem Projekt MASSIF bereits Rechnung getragen.In Hamburg befindet sich eine ähnliche Einrichtung im Rahmendes Projektes „EMBL@PETRA-3“ im Aufbau.Um diese Messstationen ständig technisch und wissenschaftlichweiterzuentwickeln, müssen sie in führende lokaleForschungsaktivitäten eingebunden werden. Auf dem Geländeder ERSF geschieht dies durch das Forschungsumfeld des PSB(Partnership for Structural Biology). In Hamburg bestehen aufdem DESY-Gelände derzeit Forschungsmodule seitens EMBL,MPG (bis 2011), GKSS und einem Verbund der UniversitätenHamburg und Lübeck. Ein Forschungszentrum für synchrotronbasierteSystembiologie mit Schwerpunkt Infektionsbiologie(Center for Structural Systems Biology, CSSB) ist derzeit inPlanung und könnte im Falle einer Realisierung Hamburg zueinem international führenden Forschungszentrum in derStrukturbiologie machen. In Berlin sind eine Reihe von Forschungsorganisationenund -verbünden, die sich vor allem ausden Berliner Universitäten rekrutieren, mit dem HZB BESSY IIassoziiert. Letztendlich müssen stimulierende Maßnahmen fürzukünftige Forschungsideen unterstützt werden, die zur Entwicklungvon neuartigen Experimenten im Bereich der Lebenswissenschaftenmit den neuen FEL-Quellen führen können. Mitden bereits bestehenden und sich im Bau befindlichen Quellen(FLASH bei DESY bzw. European XFEL) existieren herausragendeMöglichkeiten, im Bereich der Lebenswissenschaften eine weltweitführende Rolle zu übernehmen.16 Synchrotronstrahlung 2009