Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Goethe-Universität und des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY) hat einen bedeutenden Durchbruch in der Molekularforschung erzielt. Wie puk.uni-frankfurt.de berichtet, wurde der chemisch verwandte Wirkstoff 2-Thiouracil untersucht, dessen Bedeutung in der Entwicklung von Immunsuppressiva und Zytostatika besteht, obwohl er aktuell nicht therapeutisch eingesetzt wird.
Die Studie zeigt, dass UV-Strahlung 2-Thiouracil deformiert und dessen Reaktivität erhöht. Diese Erkenntnis ist von großer Wichtigkeit, da viele biologisch bedeutende Moleküle ihre Form bei UV-Anregung verändern, was bisher nur unzureichend verstanden wurde.
Innovative Techniken der Molekülanalyse
Für die Analyse der Molekülveränderungen wurde die innovative Technik des Coulomb-Explosion-Imaging eingesetzt. Diese Methode ermöglicht es, Moleküle mit intensiven Röntgenpulsen zu untersuchen. Dabei wird das Molekül extrem positiv aufgeladen und zerfällt innerhalb von Sekundenbruchteilen. Informationen über die Struktur des Moleküls lassen sich aus der Richtung der Bruchstücke ablesen.
Das Experiment fand an der SQS-Experimentierstation des European XFEL statt. Die Kombination von Coulomb-Explosion-Imaging mit einem neuen Versuchsaufbau machte es möglich, komplexere Moleküle zu analysieren. Röntgenpulse des European XFEL erlauben die Untersuchung größerer Moleküle, indem diese mit einer feinen Gasdüse in den Röntgenstrahl eingebracht werden.
Ein entscheidender Schritt bei der Untersuchung war die Einspeisung eines UV-Pulses, der kurz vor dem Röntgenpuls auftaucht und die Moleküle anregt. Auf diese Weise entstand ein Zeitlupen-Film der Vorgänge, indem der zeitliche Abstand zwischen den Pulsfolgen variierte. Die Versuche belegen, dass 2-Thiouracil sich unter UV-Anregung verbiegt, was auf die spezifischen Eigenschaften des Schwefelatoms zurückzuführen ist. Dieses Atom hemmt die Umwandlung von UV-Strahlung in ungefährliche Wärme.
Relevanz für die Forschung
Die Rekonstruktion des Moleküls kann in gewissem Maße ohne die Notwendigkeit aller Atome erfolgen, wobei lediglich Schwefel, Sauerstoff und Wasserstoffkerne nachgewiesen werden müssen. Diese Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Darüber hinaus erörtert eine Vielzahl anderer Studien, wie etwa die von Kneuttinger et al., die Bedeutung UV-induzierter DNA-Pyrimidin-Läsionen und deren Reparaturmechanismen.
Zusammenfassend zeigt die Forschung, dass die Veränderungen und Dynamiken von Molekülen unter UV-Licht mehr Einfluss auf biologische Prozesse haben, als bisher angenommen, und bietet damit wichtige Anhaltspunkte für die Weiterentwicklung therapeutischer Ansätze im Bereich der Chemie und Biologie.
