XFEL: Einblicke in Coronavirus-Proteine durch Röntgenstreuung

Ein Team unter der Leitung von Forschenden des European Molecular Biology Laboratory (EMBL) nutzte Röntgen - KleinwinkelstreuungKleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) am European XFEL um Proben zu untersuchen, die Coronavirus-Spike-Proteine enthielten, darunter auch Proteine der isolierten Rezeptor-Binde-Domäne. Die Ergebnisse können helfen herauszufinden, wie Antikörper an das Virus binden. Die Forschenden erhalten damit ein neues Werkzeug, das das Verständnis der Immunantwort unseres Körpers auf das Coronavirus verbessert und dazu beitragen kann, medizinische Strategien zur Bekämpfung von COVID-19 zu entwickeln

SAXS ist eine leistungsstarke Methode, die es Forschenden ermöglicht, Einblicke in die Form und Funktion von Proteinen auf der Mikro- und Nanoskala zu gewinnen. Die Technik hat sich als äußerst nützlich bei der Untersuchung von makromolekularen Strukturen wie Proteinen erwiesen, vor allem, weil diese nicht mehr kristallisiert werden müssen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können die Probe so in ihrer nativen Form unter physiologischen Bedingungen untersuchen, unter denen biologische Reaktionen ablaufen,.

"Unseres Wissens nach sind dies die ersten 'Formfaktoren', die von Makromolekülen in Lösung an einem Röntgenlaser gewonnen wurden ", sagt Adam Round, Wissenschaftler an der SPB/SFX Experimentierstation (Single Particles, Clusters, and Biomolecules & Serial Femtosecond Crystallography) des European XFEL, an dem das Experiment durchgeführt wurde. Ein Formfaktor ist das beobachtete Streumuster, aus dem das Rauschen und der Hintergrund der Lösung (Wasser, Salze) entfernt werden, so dass nur das Signal der Probe übrig bleibt. Er ist ein Maß für die Form und Größe eines Proteins und ändert sich, wenn zum Beispiel wie in diesem Fall Antikörper binden. Angetrieben durch den Erfolg sammelte das Team fast ein PetaByte an Daten. "Mit Hilfe einer Software, die in der Lage war, die riesige Datenmenge zu verarbeiten und das unerwünschte Rauschen herauszufiltern, konnten wir das sehr schwache Signal der Proteine sichtbar und uns zu Nutze machen Wir hoffen, dass wir mit den bereits gesammelten Daten und denen, die in Zukunft mit dieser Technik gesammelt werden können, bei der Entwicklung von Therapeutika wie mRNA-Impfstoffen und monoklonalen Antikörpern für Covid-19 und anderen helfen können", sagt Round.

An dem Experiment waren Forscherteams von European XFEL, EMBL-Hamburg, CFEL, DESY und dem Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie beteiligt. "Unser Erfolg basiert auf einem kollaborativen Ansatz, der hohen Wiederholungsrate des European XFEL und der Software, die in der Lage war, die enormen Datenmengen zu filtern", sagt Studienleiter Dmitri Svergun, der die Gruppe Biologische Kleinwinkelstreuung am EMBL Hamburg leitet. "Das war nur der erste Schritt, denn das Experiment hat die Aussicht eröffnet, ultraschnell-zeitaufgelöstes SAXS mit biologischen Proben am European XFEL einzusetzen", fügt er hinzu.