Mit Neutronen der Funktion von Enzymen auf der Spur
München/Los Alamos, 27.02.2009.
Nervenkampfstoffe zählen zu den gefürchtesten chemischen Waffen und können bisher nur mit harschen chemischen Mitteln entgiftet werden. Das Enzym DFPase, das aus dem Tintenfisch Loligo vulgaris gewonnen werden kann, ist in der Lage, hochtoxische Nervenkampfstoffe abzubauen.
Das Wissen, wie dieses Enzym Nervengifte katalysiert, fehlt bislang. Einer Forschergruppe gelang es in einem einmaligen Kooperationsprojekt, die Struktur der DFPase mit Hilfe von Neutronenbeugung zu bestimmen.
Fortschritt
Gemeinsam mit der Universität Frankfurt waren Dr. Marc-Michael Blum (Blum – wissenschaftliche Dienste) und Oberfeldarzt Dr. Kai Kehe (Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Bundeswehr) in der Lage, das Tintenfischenzym DFPase zu optimieren.
Mit diesem modifizierten Enzym können Nervenkampfstoffe besser, schneller und in einer, für den Menschen, schonenden Art und Weise abgebaut werden.
Ehrgeizige Aufgabe
Keine leichte Aufgabe, von den über 50.000 Einträgen in der Protein Data Bank (PDB) sind ediglich 20 Neutronenstrukturen erforscht.
Neutronenstrukturen von Proteinen sind aufgrund des immensen experimentellen Aufwands immer noch selten und erfordern große Proteinkristalle und lange Messzeiten. Für die entscheidenden Messungen nutzte das Forscherteam die Neutronenquelle am Los Alamos National Laboratory in den USA, eine von weltweit drei Quellen für die Arbeit mit Proteinen.
Hintergrund
Ausgenutzt wurde die besondere Eigenschaft von Neutronen, die wie Wellen an die Atomkerne des Enzyms branden. Durch die Brechung der Neutronenwellen und dem daraus entstehenden Muster können Physiker und Chemiker die Position der Atome errechnen und im Computer ein dreidimensionales Modell der DFPase abbilden.
Im Vergleich zur Röntgenstrahlung können Neutronen die Position von Wasserstoffatomen bestimmen. Diese Eigenschaft ist insbesondere für die Aufklärung von Enzymmechanismen von großer Bedeutung.
Vorteil
Auf der Grundlage der aktuellen Ergebnisse wurden Veränderungen im Reaktionszentrum der DFPase vorgenommen. Chemische Kampfstoffe können nun beschleunigt abgebaut werden.
Weiterer Vorteil: Die Zahl der Nervenkampfstoffe, gegen die DFPase wirksam ist, konnte erhöht werden. Dem Ziel, ein schonendes Hautdekontaminationsmittel der nächsten Generation zu entwickeln, ist die Forschergruppe einen wesentlichen Schritt näher gekommen.
Das internationale Wissenschaftlerteam veröffentlichte ihre Ergebnisse in der Januarausgabe der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences.
