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Prof. Betzel, woran forschen Sie?

Der Forschungsschwerpunkt meiner Arbeitsgruppe liegt im Bereich der strukturellen Infektionsbiologie. D.h., wir untersuchen am DESY unter Nutzung der hochintensiven Synchrotronstrahlung die dreidimensionalen Strukturen von Biomolekülen. Hauptmethode ist dabei die Proteinkristallographie. Wie der Name vermittelt, werden hierzu Kristalle der zu untersuchenden Proteine benötigt. Diese Kristalle können heute klein sein, mit Abmessungen von 0,1 Millimetern in allen Raumrichtungen, oder sogar noch kleiner.

Seit mehr als 20 Jahren beschäftige ich mich daher in Kooperation mit nationalen und internationalen Partnern auch mit der Erforschung und Analyse von Kristallisationsbedingungen und Kristallisationsphänomenen. Die Kristallisation von Proteinen und anderen Biomolekülen wird seit den Anfangszeiten der Proteinkristallographie mehr als eine Kunst als eine Wissenschaft bezeichnet, da jedes Biomolekül sich hierbei anders verhält. Wobei ein Hauptparameter der Einfluss der Gravitation ist.

Welche Experimente werden auf der ISS durchgeführt und haben Sie auch Kontakt zu den Astronauten?

In Schwerelosigkeit, unter Mikrogravitätsbedingungen auf der ISS, wird der Parameter Gravitation nahezu vollständig „ausgeschaltet“ und dadurch lassen sich vergleichend eine Reihe von sehr interessanten Experimenten durchführen.

Wir haben bereits vor 2,5 Jahren begonnen, Proben für diese Experimente auszuwählen und vorzubereiten. Es handelt sich um Lösungsreihen von ausgewählten Proteinen, die nach einem ausgewählten und optimierten Schema mit minimalen Verunreinigungen versehen wurden. Über angeheftete Fluoreszenzmarkierungen lässt sich der Einbau dieser Verunreinigungen, wir nennen das dann im Kristall Fehlstellen, unter verschiedenen Gravitationsbedingungen analysieren.

Kontakt zur ISS besteht nicht direkt. Wir kommunizieren mit Kolleginnen und Kollegen in den USA über die NASA Koordinationsstelle, welche auf der ISS die Nutzung und Einstellungen des Mikroskops (LMM – Light Modul Module) steuert. Entscheidungen, die wir auf der Erde fällen, werden an die Astronauten weitergeben. In der anderen Richtung senden die Astronauten Daten und fragen Informationen zum Ablauf und Fortführung einzelner Experimente ab. Das funktioniert recht gut, allerdings muss die Erreichbarkeit zu den Wissenschaftlern auf der Erde auch 24 Stunden und 7 Tage die Woche gewährleistet sein, da dieses spezielle Mikroskop auf der ISS von zahlreichen unterschiedlichen Experimenten ständig genutzt wird. Ich vermute, es ist bereits für einige Jahre ausgebucht.

Was erwarten Sie sich von den Experimenten?

Unser Ziel ist es, die Herstellung von Mikro- und Nanokristallen besser zu verstehen und zu optimieren.

Die Erkenntnisse aus den Experimenten und vergleichenden Analysen, etwa wie, wann und wo sich Fehlstellen in wachsende Kristalle einbauen und wie sich das zukünftig verhindern oder reduzieren lässt, können wir auch auf der Erde nutzen, um zukünftig noch kleinere Kristalle herzustellen. Damit können wir Datensammlungen effizienter gestalten, die zum Beispiel am Röntgenlaser European XFEL genutzt werden, der dieses Jahr in Betrieb geht.

Ich erwähne gerne, dass diese Forschungsaktivitäten ohne die Unterstützung der Deutschen Luft und Raumfahrt Agentur (DLR) nicht möglich wären.