Makromolekülstrukturen auf einfachere und zugänglichere Weise erforschen
Die im Rahmen des EU-finanzierten Projekts ARISE durchgeführte Forschungsarbeit mündete in einer neuen Methode der seriellen In-situ-Kristallografie zur Untersuchung der Struktur von Makromolekülen. Die in einer in „IUCrJ“ veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeit beschriebene Methode wird jetzt am ID23-2 eingesetzt, einem Mikrofokus-Strahlrohr für makromolekulare Kristallografie, das gemeinsam vom ARISE-Koordinator, dem Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL), Deutschland, und der Europäischen Synchrotronstrahlungsanlage, Frankreich, betrieben wird. Nicolas Foos, Stipendiat am EMBL Grenoble, und Erstautor der Studie, gehörte zur ersten Generation Forschender, die im Rahmen des Projekts ARISE ausgebildet wurden. Die teilnehmenden Stipendiatinnen und Stipendiaten erhalten eine Ausbildung im Forschungsinfrastrukturmanagement, Karriereförderung sowie die Gelegenheit, an einem Technologieentwicklungsprojekt von Interesse mitzuarbeiten. In einem auf der EMBL-Website veröffentlichten Interview beschreibt Foos die neue Methode. „Das Hauptmerkmal der Methode besteht darin, dass sie direkt von der Kristallisationsplatte aus arbeitet“, erklärt er. „Eine Kristallisationsplatte verfügt durchschnittlich über 96 Wells (sehr kleine Vertiefungen), die jeweils drei winzige Tropfen kristallisiertes Protein enthalten. Es ist mühsam und zeitaufwändig, diese Kristalle zu ernten, um jeweils nur einige wenige gute zu finden, was jedoch die übliche Vorgehensweise ist. Anstatt nur die ‚bestaussehenden‘ Kristalle zu ernten, werden bei In-situ-Experimenten die Kristalle direkt in der Kristallisationsplatte überprüft und die Daten von dort gewonnen. Diese Art von Experimenten wurde jedoch nicht als eine alltagstaugliche Methode betrachtet.“ Das neue Verfahren beruht auf Instrumenten, die eine hervorragende Genauigkeit in Hinsicht auf Bewegung und Datenerfassung bieten, und es ist einfach und effizient. „Wenn die richtigen Werkzeuge vorhanden sind, wird die passende Schnittstelle gebraucht, um sie optimal zu nutzen“, erläutert Foos. „Um eine zuverlässige, präzise und gut steuerbare Methode zu gewährleisten, haben wir eine Benutzungsoberfläche entwickelt, die an die Bedürfnisse der Anwendung angepasst ist.“
Die Vorteile der Methode
Mit der neuen Methode wird eine Abkürzung im üblichen Arbeitsablauf der Strukturbestimmung geschaffen, wodurch In-situ-Experimente einfach und effizient werden. Auf diese Weise gestaltet sich der Prozess der Strukturbestimmung weniger kostspielig und zeitaufwändig. Zudem würde die Anwendung der Methode in Wirkstoffentdeckungsprojekten die Durchführung von Experimenten bei Raumtemperatur ermöglichen, da die Verbindungen direkt auf der Platte untersucht werden können. Nach Ansicht des Forschers wird die Möglichkeit, Zielverbindungen in ihrem natürlichen Zustand zu untersuchen, zu einer besseren Qualität und Zuverlässigkeit des Endergebnisses beitragen. Foos fügt hinzu: „Damit gehen wir noch einen Schritt weiter und eröffnen neue Chancen auf noch stärker automatisierte experimentelle Arbeitsabläufe. Wir werden vielleicht schon bald eine ‚Von-der-Platte-zum-3D-Modell‘-Pipeline ohne menschliches Zutun entwickeln, worin meiner Meinung nach das ultimative Ziel bestehen sollte.“ Das Projekt ARISE (Career Accelerator for Research Infrastructure Scientists) endet im April 2027. Weitere Informationen: ARISE-Projektwebseite
Schlüsselbegriffe
ARISE, Kristallografie, Makromolekül, Kristallisationsplatte, Strukturbestimmung
