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Brilliant X-Rays leuchten gefährliche Viren in detaillierten 3D

Diamond Light Source, die nationale Synchrotroneinrichtung des Vereinigten Königreichs, startet ein neues Labor, um die detaillierten atomaren und molekularen Strukturen gefährlicher Viren und Bakterien zu untersuchen, darunter solche, die schwere Krankheiten wie AIDS, Hepatitis und einige Arten von Grippe verursachen. Die Untersuchung der detaillierten Strukturen von Pathogenen auf diese Weise kann die Entwicklung neuer Behandlungen und Impfstoffe unterstützen.
Auf dem Harwell Science and Innovation Campus in der Nähe von Oxford gelegen, ist Diamond die erste und einzige Einrichtung dieser Art in Europa und nur eine von zweien in der Welt.
Das Synchrotron erzeugt hochintensive punktförmige Lichtstrahlen, indem es Elektronen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.
Die außergewöhnlich hochwertigen Strahlen reichen von Röntgenstrahlung bis Ultraviolett und Infrarot und sind extrem hell. Zum Beispiel sind die Röntgenstrahlen etwa 100 Milliarden Mal heller als die eines herkömmlichen Krankenhaus-Röntgengeräts.
Diamonds neues Labor namens Crystal wird Krankheitserreger der Stufe 3 behandeln, also solche, die zu ernsthaften Erkrankungen und zum Tod führen können und für die es Behandlungen gibt.
Dies ist eine Stufe unterhalb der Stufe 4, die tödliche Erreger wie Marburg- und Ebolaviren abdeckt, für die es keine Behandlung gibt. Diese Menge an Krankheitserregern kann nur von hochsicheren Regierungslabors gehandhabt werden.
Katherine McAuley, wissenschaftliche Leiterin der Diamond-Anlage, sagt in einer Erklärung:

"Es wird erwartet, dass die einzigartigen Fähigkeiten, die die Einrichtung bietet, Wissenschaftler aus der ganzen Welt anziehen und das Synchrotron der Nation als Zentrum für die weltweit führende Forschung zur Krankheitsprävention etablieren werden."
Dave Stuart, Direktor für Biowissenschaften an der Diamond Light Source und Professor für Strukturbiologie an der Universität Oxford, präsentierte auf der Jahrestagung 2013 der American Association for the Advancement of Science, die vom 14. bis 18. Februar in Boston stattfand, die neuesten Arbeiten von Diamond zu Viren.
Bei dem Treffen sprach Stuart auch über den Start des neuen Labors:
"Crystal bietet in Europa einzigartige Einrichtungen für das Studium von ernsthaften Viren. Nirgendwo auf der Welt können Strukturen so schnell mit der Geschwindigkeit und Effizienz gelöst werden, wie sie Diamond heute bietet."
Er sagt, das neue Labor sei "eine großartige Nachricht für die britische Forschungsgemeinschaft, da die Einrichtung eine Ressource sein werde, die neue Behandlungswege eröffnen könnte."
Er und seine Kollegen erwarten, dass die Ankündigung das Interesse von anderen britischen Gruppen wie dem Particle Imaging Center in Oxford wecken wird, das auch Labors einschließlich eines Kristallisationslabors enthält, das die Vorbereitung von Proben vor der Studie bei Diamond unterstützen könnte.
Die Wissenschaftler von Diamond haben bereits Krankheitserreger auf niedrigerem Niveau untersucht.
Zum Beispiel bestimmten 2012 ein chinesisches und ein britisches Team die Struktur von humanem Enterovirus 71 (EV71), das eine Hand-Fuß-Mund-Krankheit verursacht.
Die Hand-Fuß-Mund-Krankheit ist bei Kleinkindern häufig, kann sich aber in jedem Alter entwickeln. Symptome sind Hautausschlag an den Handflächen und Fußsohlen, begleitet von Geschwüren im Mund. Der Ausschlag kann manchmal auf die Beine und das Gesäß ausbreiten.
Jedoch kann EV71 auch schwere Erkrankungen des zentralen Nervensystems bei Kindern verursachen und ernste Gefahren für die öffentliche Gesundheit in der asiatisch-pazifischen Region darstellen. Derzeit gibt es keine Behandlung oder Impfung.
Mithilfe der brillanten Röntgenstrahlen des Synchrotrons konnte das Team EV71 in verschiedenen Zuständen visualisieren und eine Reihe von Strukturen sammeln. Diese enthüllten ein detailliertes 3D-Bild des Virus, wo es "atmend" zu sein scheint, anstatt sich nur wie ein starres Objekt zu verhalten.
Stuart sagt, dass solche Ergebnisse Möglichkeiten zur Entwicklung neuer Behandlungen schaffen. Sie haben nicht nur die Struktur von EV71 entdeckt, sondern auch herausgefunden, wie es sich durch die Zellen des menschlichen Körpers ausbreitet.
"Diese Ergebnisse können jetzt verwendet werden, um neue Behandlungen für Hand-Fuß-und-Mund zu entwickeln, und auch direkt auf andere Viren der gleichen Familie übertragen werden, einschließlich Polio und einige Formen der Erkältung", sas Stuart.
Mit dem neuen Labor wollen die Forscher von Diamond auf dem Erfolg mit EV71 aufbauen und komplexere Studien schnell und effektiv durchführen.

McAuley, Stuart und die etwa 3.000 anderen akademischen und industriellen Forscher hoffen, Diamonds Licht auf eine breite Palette von Anwendungen zu richten, die von Strukturbiologie, Gesundheit und Medizin bis zu Festkörperphysik, Nanowissenschaften, Elektronik, Chemie und Ingenieurwissenschaften reichen.
In der Biologie und Medizin erwarten sie beispielsweise Fortschritte im Kampf gegen Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer, Osteoporose und viele Krebsarten.
Diamond Light Source ist eine gemeinnützige Gesellschaft mit beschränkter Haftung, die als Joint Venture der britischen Regierung über den Wissenschafts- und Technologierat (STFC) in Partnerschaft mit dem Wellcome Trust finanziert wird.
In einer Studie in der Januar-Ausgabe der Zeitschrift veröffentlicht ImmunitätForscher in den USA beschreiben, wie sie ein natürliches antivirales Protein identifiziert haben, das verhindert, dass HIV und bestimmte andere tödliche Viren in Wirtszellen gelangen. Es ist zu hoffen, dass die Entdeckung auch dazu beitragen wird, neue Therapien gegen Krankheiten zu entwickeln, die für nationale Biosicherheitszwecke als "prioritäre Pathogene" gelten.

Das Diamond Particle Imaging Center


Geschrieben von Catharine Paddock

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