XFEL Schenefeld: Das Rätsel des Corona-Proteins

Stand: 16.11.2020 15:13 Uhr

Am XFEL-Forschungszentrum in Schenefeld sind Wissenschaftler einem Protein des Coronavirus auf der Spur. Mit dem Röntgenlaser wollen sie seine Struktur entschlüsseln. 

von Johannes Tran

Sie kann nicht dabei sein bei dem Experiment, auf das sie monatelang hingearbeitet hat. Stattdessen sitzt Sabine Botha an diesem Tag in ihrem Haus in Arizona in den USA, mehr als achttausend Kilometer vom European XFEL entfernt. Vor ihr stehen mehrere Bildschirme und eine Webcam, mit der sie in den kommenden Stunden und Tagen Kontakt zu den Forschern in Schenefeld halten wird. Normalerweise wäre sie für das Experiment nach Deutschland gekommen, aber wegen Corona sind alle Dienstreisen erstmal abgesagt.  Sie sagt: "Ich vermisse es, dabei zu sein. Dieser erste Moment, wenn die Probe in den Strahl kommt, diese Spannung. Das kommt per Video nicht wirklich rüber."

Das Experiment dauert fünf Nächte

Sabine Botha, 31, ist Forscherin an der Arizona State University. Sie und ihre Kollegen haben das Experiment am XFEL in Auftrag gegeben. Fünf Nächte lang soll der Versuch laufen. Fünf Nächte, um ein Rätsel zu lösen: das Rätsel um den Aufbau eines Proteins, das das Coronavirus in seiner Hülle trägt. Das sogenannte E-Protein. Mit dem Röntgenstrahl am XFEL wollen sie herausfinden, wie das E-Protein tatsächlich aussieht. Sie wollen wissen, wie seine Aminosäuren genau angeordnet sind, an welchen Stellen es positiv, an welchen es negativ geladen ist. Haben sie Erfolg, könnte das den Weg zur Entwicklung eines Corona-Medikaments ebnen. Scheitern sie, bleibt das Protein vorerst ein Mysterium. Dann werden Monate vergehen, bis sie ein neues Experiment starten können.

Experimentierstation mit 20 Bildschirmen

Es ist Freitagabend, noch ein paar Stunden bis zum Experiment. Die Experimentierstation am XFEL liegt in einer unterirdischen Halle, groß wie ein Fußballfeld. Im Hintergrund rauscht konstant die Lüftung. Joachim Schulz, 49 Jahre alt, grünkariertes Hemd, Smartwatch am Arm, läuft durch den Kontrollraum, eine Wand trennt ihn vom Raum mit dem Röntgenlaser. Auf etwa zwanzig Bildschirmen bewegen sich Schaubilder, Zahlenreihen, Tabellen. Schulz ist Gruppenleiter in der Station, der Röntgenlaser seine Leidenschaft. "Von hier aus steuern wir den Strahl", sagt er. Während des Experiments darf niemand in die Nähe des Strahls kommen, aus Sicherheitsgründen wird die Tür zum Strahlenraum geschlossen. Eine Frauenstimme tönt aus einem Lautsprecher: "Bitte verlassen Sie das Gebiet." Ein gelbleuchtendes Schild warnt: "Sperrbereich, Zutritt verboten, Strahlung".

Bilder geben Rückschlüsse auf Protein-Aufbau

Der Physiker Schulz erklärt den Aufbau des Experiments: Die Forscher spritzen eine Probe des Corona-Proteins durch einen Trichter in den Röntgenstrahl, eine milchig-weiße, zähflüssige Paste, "ähnlich wie Zahnpasta". Trifft der Röntgenstrahl auf das Protein, so wird er in unterschiedliche Richtungen gelenkt. Eine Maschine, ein sogenannter Detektor, schießt davon Bilder, zehn pro Sekunde. Diese Bilder tauchen dann auf dem Computer von Sabine Botha auf. Sie kann daraus Rückschlüsse auf den Aufbau des Proteins ziehen. Die Herausforderung: Die Biochemikerin und ihr Team brauchen insgesamt rund zehntausend Bilder, um die Struktur des Proteins berechnen zu können. Ob sie das bei diesem Experiment schaffen werden, ob die Bilder hochauflösend sein werden oder verschwommen, kann niemand vorhersagen. "Klar ist man da nervös. Es ist ein bisschen wie alles oder nichts. Wenn wir zu wenige Bilder bekommen, war die Arbeit umsonst", sagt Schulz.

Medikamentenentwicklung kann Jahre dauern

Das, was die Forscher bei diesem Experiment in Schenefeld machen, ist Grundlagenforschung. Es wird Monate, vielleicht Jahre dauern, bis ihre Erkenntnisse zur Entwicklung eines Medikaments gegen das Coronavirus führen. Und doch leisten solche grundlegenden Versuche dafür einen wichtigen Beitrag. Solange der Aufbau des E-Proteins unbekannt ist, solange bleibt auch unklar, welche Rolle es bei einer Corona-Infektion im menschlichen Körper spielt. Braucht das Virus das Protein, um zu überleben? Um an die menschliche Zelle anzudocken? Um sich im Körper schnell zu verbreiten? Vermutungen gibt es viele, Klarheit kaum. Erst wenn Struktur und Funktion des Proteins erforscht sind, können Pharmakonzerne gezielter Medikamente entwickeln, die dieses Protein ausschalten - und im besten Fall das Virus weniger gefährlich machen.

Ergebnisse werden für alle einsehbar sein

"Wir wollen, dass die Arzneimittelfirmen unsere Ergebnisse direkt nutzen können", sagt Sabine Botha. Wenn das Experiment erfolgreich verläuft, will ihr Team die gewonnenen Erkenntnisse sofort in eine Protein-Datenbank eintragen - offen einsehbar für die gesamte Forschungswelt. Botha setzt ihre Hoffnung dabei auf die millionenschwere Technik im XFEL. Weltweit gebe es nur eine Handvoll vergleichbarer Röntgenlaser, sagt sie. Der Vorteil am XFEL: Der Röntgenstrahl sei zwar sehr stark, treffe das Protein aber nur äußerst kurz, "ein paar Femtosekunden". Eine Femtosekunde entspricht dem Billiardstel einer Sekunde. Deshalb werden die Proteinkristalle anders als bei anderen Strahlern nicht direkt zerstört.

Freitagabend, 21 Uhr. In paar Minuten soll es losgehen, dann schießen sie die Probe in den Röntgenlaser. Die Forscher wuseln durch den Kontrollraum, Spannung liegt in der Luft. Wir Reporter ziehen uns zurück. Vor den Wissenschaftlern in Schenefeld und Arizona liegen lange Tage und Nächte. Sie werden zeigen, ob sie das Rätsel um das E-Protein lösen können.  

Nachtrag vom 16.11.2020

Drei Tage nach Beginn des Experiments meldet sich Sabine Botha mit einem ernüchternden Zwischenfazit. Der Versuch habe nicht zum erhofften Ergebnis geführt, die Bilder des Proteins seien zu verschwommen, um auf seine Struktur schließen zu können. „Es sieht so aus, als ob die Proben während des Transports ziemlich gelitten haben“, schreibt sie. Vermutlich seien Temperaturschwankungen daran schuld, dass sich die Proteinkristalle aufgelöst hätten und der Röntgenlaser keine klaren Bilder produzieren konnte. Damit bleibt die Struktur des E-Proteins vorerst ungelöst. Sabine Botha und ihr Team werden Monate brauchen, so sagt sie, um das nächste Experiment vorzubereiten.

 

Weitere Informationen
Ein Virus schwebt vor einer Menschenmenge (Fotomontage) © panthermedia, fotolia Foto: Christian Müller

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Dieses Thema im Programm:

NDR 1 Welle Nord | Schleswig-Holstein Magazin | 14.11.2020 | 19:30 Uhr

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