HZB koordiniert europäische Kooperation zur Entwicklung von Wirkstoffen gegen Corona
Das MX-Team an BESSY II ist auf die Entschlüsselung von Proteinstrukturen spezialisiert. Damit lässt sich auch die Entwicklung von Medikamenten gegen COVID-19 beschleunigen. © HZB
Die Röntgenstrukturanalyse an BESSY II ermöglicht die systematische Prüfung von vielen tausend Molekülen, die die Reproduktion und Virulenz von SARS-CoV2-Viren hemmen könnten. Nun hat ein Team am HZB mit Partnern aus Österreich und der Tschechischen Republik das Projekt NECESSITY aufgesetzt, um im Hochdurchsatzverfahren mehr als 8000 Verbindungen zu untersuchen und Wirkstoffe gegen COVID-19 zu entwickeln.
Die COVID-19-Pandemie ist noch lange nicht beendet. Trotz der raschen Entwicklung von Impfstoffen ist es aus unterschiedlichen Gründen nicht möglich, alle Menschen schnell genug durch eine Impfung dauerhaft zu schützen. Doch bisher gibt es kaum wirksamen Medikamente für schwer an COVID-19 erkrankte Patienten. Die Therapie beschränkt sich im Wesentlichen auf die Verabreichung von Steroidmedikamenten zur Kontrolle der Immunreaktion und die künstliche Beatmung.
An der Lichtquelle BESSY II, die das HZB betreibt, steht mit der Strukturanalyse von Makromolekülen ein fantastisches Werkzeug zur Verfügung, um die Entwicklung von wirksamen Substanzen gegen das SARS-CoV2-Virus zu beschleunigen. Hier wurde Anfang 2020 erstmals die dreidimensionale Struktur der so genannten Hauptprotease des SARS-CoV2-Virus entschlüsselt. Dieses Enzym ist für die Virusreproduktion unverzichtbar. Die Kenntnis dieser Struktur grenzt das Spektrum an möglichen Substanzen entscheidend ein – denn solche Substanzen müssen wie ein Schlüssel ins Schloss passen, damit sie die Funktion des Enzyms blockieren können.
Es ist jedoch nicht ausreichend nur dieses eine Ziel zu untersuchen. Deshalb werden im Rahmen des neuen Projekts NECESSITY, das der HZB-Forscher Dr. Christian Feiler initiert hat, mehrere virale Zielproteine adressiert. Gemeinsam mit Partnern der Medizinischen Universität Innsbruck, Österreich, und der Universität Olomouc, Tschechische Republik, wollen die Berliner Forscher*innen die Entwicklung von Medikamenten systematisch vorantreiben: Sie werden im Hochdurchsatzverfahren mehr als 8000 Verbindungen an den MX-Beamlines von BESSY II untersuchen und daraus Substanzen identifizieren, die an die Hauptprotease des SARS-CoV-2 oder an weitere Zielproteine andocken könnten.
Diese Substanzen stammen aus einer einzigartigen Bibliothek, die die Gruppe um Dr. Vladimír Kryštof, Palacký University Olomouc erstellt hat. Alle Substanzen sind bereits für die Behandlung anderer Erkrankungen zugelassen oder befinden sich in klinischen Phasen. Sollten sich daraus Treffer ergeben, wäre eine besonders schnelle Entwicklung von Medikamenten gegen COVID-19 möglich.
Prof. Dr. Klaus Scheffzek und sein Team an der Medizinischen Universität in Innsbruck können die Trefferverbindungen mit biophysikalischen Methoden eingehend untersuchen und erste virologische Studien initiieren. Als Berater und Partner sind auch Prof. Dr. Christian Drosten, Direktor des Instituts für Virologie an der Charité Berlin sowie weitere Experten mit an Bord.
„Im Projekt NECESSITY bringen wir Expertise aus sehr unterschiedlichen Bereichen zusammen“, sagt Feiler, der das Projekt auch koordiniert. „Wir haben gemeinsam einen hocheffizienten interdisziplinären Arbeitsablauf geplant, um schnellstmöglich antivirale Substanzen zu identifizieren, die sich als wirksame Medikamente gegen COVID-19 einsetzen lassen.“
Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie den entsprechenden Förderorganisationen in Österreich und der Tschechischen Republik für 36 Monate mit insgesamt knapp 800.000 Euro gefördert.
- Optische Innovationen für Solarmodule – Was bringt den Ausbau am meisten voran?Im Jahr 2023 erzeugten Photovoltaikanlagen weltweit mehr als 5% der elektrischen Energie und die installierte Leistung verdoppelt sich alle zwei bis drei Jahre. Optische Technologien können die Effizienz von Solarmodulen weiter steigern und neue Einsatzbereiche erschließen, etwa in Form von ästhetisch ansprechenden, farbigen Solarmodulen für Fassaden. Nun geben 27 Fachleute einen umfassenden Überblick über den Stand der Forschung und eine Einschätzung, welche Innovationen besonders zielführend sind. Der Bericht, der auch für Entscheidungsträger*innen in der Forschungsförderung interessant ist, wurde von Prof. Christiane Becker und Dr. Klaus Jäger aus dem HZB koordiniert.
- Katalyseforschung mit dem Röntgenmikroskop an BESSY IIAnders als in der Schule gelernt, verändern sich manche Katalysatoren doch während der Reaktion: So zum Beispiel können bestimmte Elektrokatalysatoren ihre Struktur und Zusammensetzung während der Reaktion verändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. An der Berliner Röntgenquelle BESSY II gibt es mit dem Röntgenmikroskop TXM ein weltweit einzigartiges Instrument, um solche Veränderungen im Detail zu untersuchen. Die Ergebnisse helfen bei der Entwicklung von innovativen Katalysatoren für die unterschiedlichsten Anwendungen. Ein Beispiel wurde neulich in Nature Materials publiziert. Dabei ging es um die Synthese von Ammoniak aus Abfallnitraten.
- BESSY II: Magnetische „Mikroblüten“ verstärken Magnetfelder im ZentrumEine blütenförmige Struktur aus einer Nickel-Eisen-Legierung, die nur wenige Mikrometer misst, kann Magnetfelder lokal verstärken. Der Effekt lässt sich durch die Geometrie und Anzahl der „Blütenblätter“ steuern. Das magnetische Metamaterial wurde von der Gruppe um Dr. Anna Palau am Institut de Ciencia de Materials de Barcelona (ICMAB) mit Partnern aus dem CHIST-ERA MetaMagIC-Projekts entwickelt und nun an BESSY II in Zusammenarbeit mit Dr. Sergio Valencia untersucht. Die Mikroblüten ermöglichen vielfältige Anwendungen: Sie können die Empfindlichkeit magnetischer Sensoren erhöhen, die Energie für die Erzeugung lokaler Magnetfelder reduzieren, und am PEEM-Messplatz an BESSY II die Messung von Proben unter deutlich höheren Magnetfeldern ermöglichen.