XFEL: European XFEL Young Scientist Award für Camila Bacellar

Camila Bacellar, Beamline-Wissenschaftlerin am SwissFEL, dem Schweizer Freie-Elektronen-Röntgenlaser am Paul Scherrer Institut, wurde auf dem European XFEL Nutzertreffen am 26. Januar für ihre Arbeit im Bereich der Dynamik angeregter Zustände in chemischen und biologischen Systemen mit dem European XFEL Young Scientist Award geehrt. An der European XFEL-Experimentierstation für Femtosekunden-Röntgenexperimente (FXE) hat sie Häm-Proteine untersucht, die zu den wichtigsten Bausteinen in unserem Körper gehören. Dafür hat sie mehrfach an Strahlzeiten an der European XFEL-Experimentierstation FXE teilgenommen. „Camila Bacellar erhält den European XFEL Young Scientist Award 2022 für ihre exzellente Forschung zu Häm-Proteinen mithilfe von Femtosekunden-Röntgenspektroskopie im Rahmen des Nutzerprogramms an der FXE-Experimentierstation“, erklärt Sakura Pascarelli, wissenschaftliche Direktorin bei European XFEL.

Auf dem European XFEL Users' Meeting gab Bacellar Einblicke in ihre Forschungsarbeit, erläuterte die Bedeutung des European XFEL für ihr Fachgebiet und warf einen Blick in die Zukunft.

Was ist der Schwerpunkt Ihrer Forschung?

Meine Forschung konzentriert sich auf das Verständnis und die Kartierung der Dynamik angeregter Zustände in chemischen und biologischen Systemen mit Hilfe von Röntgenmethoden: der Spektroskopie und Streuung. Experimentell setzen wir einen ultraschnellen optischen Laserpuls ein, um den Prozess, den wir untersuchen wollen, in Gang zu setzen, und verfolgen seine Entwicklung, indem wir Röntgenpulse eines Freie-Elektronen-Lasers verwenden, um zu unterschiedlichen Zeiten Schnappschüsse des Systems zu machen und einen sogenannten molekularen Film zu erstellen.

Welche Bedeutung hat der European XFEL für Ihr Forschungsgebiet?

Die Techniken der Röntgenspektroskopie sind insofern einzigartig, als sie elementspezifisch sind, das heißt, man kann ein einzelnes Element in einem großen Molekül abfragen, und elektronische und strukturelle Informationen liefern, so dass man die Entwicklung des angeregten Systems in Zeit und Raum sehr detailliert verfolgen kann. Dazu sind Femtosekunden-Röntgenpulse mit hoher Brillanz erforderlich, die in Anlagen mit Freie-Elektronen-Röntgenlasern erzeugt werden. In meiner Forschung verwende ich harte Röntgenstrahlung, die weltweit nur in fünf Anlagen zur Verfügung steht, und European XFEL ist eine davon. Insbesondere die hohe Wiederholrate der Röntgenpulse am European XFEL ermöglicht die Untersuchung anspruchsvoller Proben mit „photonenhungrigen“ Techniken, wie der Röntgenemissionsspektroskopie (XES).

Könnten Sie etwas genauer beschreiben, worum es in Ihrem Vortrag auf dem Nutzertreffen ging?

In meinem Vortrag habe ich die Untersuchung der Dynamik von zwei Häm-Proteinen vorgestellt, die zum Teil bei zwei verschiedenen Strahlzeiten an der FXE-Beamline am European XFEL im Rahmen einer Zusammenarbeit mit Forscherinnen und Forschern von der Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), dem Paul Scherrer Institut PSI, dem European XFEL und dem SPRing-8 Compact Free-Electron Laser (SACLA) durchgeführt wurde. Häm-Systeme gehören zu den wichtigsten Proteinen in unserem Körper und das Verständnis der Entwicklung ihres angeregten Zustands gibt uns weitere Einblicke in ihre Funktionsweise. Wir haben uns auf zwei Proteine konzentriert, Nitrosyl-Myoglobin und eisenhaltiges Cytochrom c, und die Ergebnisse wurden vor kurzem veröffentlicht (https://www.nature.com/articles/s41467-020-17923-w bzw. https://www.pnas.org/content/117/36/21914).

Welche zukunftsträchtigen Entwicklungen sehen Sie in Ihrem Forschungsgebiet?

Es gibt derzeit viele interessante Entwicklungen im Bereich der chemischen Dynamik bei Freie-Elektronen-Lasern. Ich bin besonders an den ständig wachsenden Anwendungen der zeitaufgelösten Röntgenemissionsspektroskopie interessiert, vor allem an den Valence-to-Core-Emissionslinien, die sehr niedrige Wirkungsquerschnitte haben, aber an hoch brillanten Röntgenquellen möglich sind. Diese speziellen Übergänge sind viel empfindlicher für die Dynamik von Valenzelektronen als die üblicherweise verwendeten Core-to-Core-Übergänge, aber es ist sehr schwierig, sie in „realen“ Proben zeitaufgelöst zu messen.