Meereswürmer unter dem Röntgenmikroskop

Bereits heute fungiert die hochintensive Röntgenstrahlung aus Teilchenbeschleunigern wie PETRA III als leistungsfähiges Forschungswerkzeug für die Molekularbiologie. Bislang stehen dabei vor allem die Proteinkristallographie und die Kleinwinkelstreuung im Vordergrund. Sie erlauben es, die Struktur von Eiweißmolekülen bis auf die Ebene der Atome genau zu enträtseln – eine wichtige Information, um etwa die Funktionsweise eines Enzyms zu verstehen. Mit PETRA IV wird es möglich sein, die Arbeitsweise von Proteinen mit noch besserer Zeitauflösung zu beobachten. Doch die neue Röntgenquelle verspricht noch mehr – Forschende wollen die Nutzung der Röntgentomographie intensivieren und die Aufnahme detaillierter dreidimensionale Bilder von Kleinstlebewesen bis hin zu biologischen Gewebeproben verbessern und beschleunigen. 

„Zwar kennen wir die Struktur vieler Proteine bereits, wissen aber oft noch nicht so richtig, wie sie im Detail zusammenspielen“, sagt Selina Storm, Forscherin am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL). Die einzige zwischenstaatliche Forschungsvereinigung für Lebenswissenschaften betreibt eine ihrer sechs Niederlassungen bei DESY.

Dies wird dabei helfen, eines der entscheidenden Ziele in EMBL’s aktuellem Programm ‚Von Molekülen zu Ökosystemen‘ zu realisieren, nämlich das Leben im Kontext zu verstehen. Eines der Ziele ist, mit den so gewonnen Erkenntnissen die molekularen Mechanismen im Ökosystem unseres Planeten und die von Krankheiten besser zu verstehen. Mit der Röntgentomographie können dann Zell- und Gewebestrukturen untersucht werden – und damit die Grundlage des Lebens.

Von den neuen Möglichkeiten profitieren auch Forschende in weiteren Bereiche der Biologie, zum Beispiel beim TREC (Traversing European Coastlines)-Projekt, welches eines der Leuchtturmprojekte des aktuellen Programms ist und das EMBL gemeinsam mit vielen europäischen Partnern durchführt. Eines der vielen Organismen von Land und aus dem Meer, die untersucht werden können, ist ein winzigen Meereswurm– „Platynereis dumerilii“ kommt in fast allen marinen Gewässern vor und ist ein gutes Modellsystem, um die Anpassung an Umweltbedingungen zu studieren.

„Dadurch lässt sich die Frage zu beleuchten, welche Folgen verschiedene Umwelteinflüsse auf die Entwicklung der Meereswürmer haben“, erläutert Thomas Schneider, Leiter der Forschungsinfrastrukturen an EMBL Hamburg. „Durch die Aufnahme extrem detailreicher dreidimensionale Röntgenaufnahmen von vielen Exemplaren derselben Spezies könnte PETRA IV auch wertvolle Informationen über den menschlichen Einfluss auf Ökosysteme liefern.“