Das European XFEL, eine Großforschungsanlage in Schönefeld bei Hamburg, hat Forschern kürzlich geholfen, die mikroskopische Bewegung von Proteinen in hochkonzentrierten Lösungen zu beobachten. Diese Forschung zum dynamischen Verhalten von Proteinen wurde in der Fachzeitschrift *Nature Communications* veröffentlicht.

In biologischen Zellen befinden sich Proteine ​​typischerweise in einer hochkonzentrierten Umgebung. Das Verständnis ihrer Bewegung unter diesen beengten Bedingungen ist entscheidend für die Grundlagenforschung in der Biologie und für Anwendungen in der Nanomedizin. Ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Stockholm nutzte den Röntgenlaser des European XFEL, um Ferritin, ein in lebenden Organismen weit verbreitetes Ferritin, detailliert zu untersuchen.

Das Experiment nutzte eine neue Technik namens Megahertz-Röntgenphotonenkorrelationsspektroskopie. Johannes Möller, Wissenschaftler am European XFEL Materials Imaging and Dynamics Instrument, erklärte: „Mithilfe der extrem schnellen Röntgenblitze des European XFEL können wir Proteinbewegungen innerhalb einer Millionstel Sekunde messen.“ Diese Technik ermöglicht die Verfolgung mikroskopischer Bewegungen mit extrem hoher zeitlicher Auflösung.

Forschungen haben gezeigt, dass die Bewegung von Ferritinmolekülen unter hohen Konzentrationen keine gleichmäßige Diffusion darstellt, sondern ein käfigartiges, eingeschränktes Muster aufweist: Die Moleküle werden kurzzeitig von anderen Proteinen umschlossen und eingeschlossen, bevor sie sich wieder lösen. Studienleiterin Anita Girelli erklärte: „Die Bewegung der Proteine ​​wird nicht einfach verlangsamt, sondern verläuft auf komplexe und ungewöhnlich eingeschränkte Weise.“ Ein weiterer Studienleiter, Fivos Perakis, betonte: „Diese Erkenntnisse sind nicht nur für die Grundlagenforschung von Bedeutung, sondern tragen auch zur Entwicklung neuer biomedizinischer Anwendungen bei.“ Ferritin hat Potenzial für Anwendungen in der Wirkstofffreisetzung, der medizinischen Bildgebung und anderen Bereichen, und seine Diffusionseigenschaften beeinflussen die Effektivität der entsprechenden Technologien direkt. Diese präzise Beobachtung des dynamischen Verhaltens von Proteinen eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis ihrer tatsächlichen Funktion in dichten Umgebungen. Girelli schlussfolgerte: „Mithilfe des European XFEL können wir die kollektive Bewegung von Proteinen präziser als je zuvor verfolgen.“ Diese Forschung ist Teil eines langfristigen Kooperationsprojekts mit Instrumenten des European XFEL und beteiligten Institutionen, darunter mehrere deutsche Universitäten und Forschungseinrichtungen.

Weitere Informationen: Anita Girelli et al., „Coherent X-rays reveal unusual molecular diffusion and cage effect in crowded protein solutions“, *Nature Communications* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Nature Communications*