Bedeutende Förderung für einen neuen Ansatz zur Erforschung von Proteinen in Aktion
Villigen, 12.11.2026 — Proteine sind die Bausteine des Lebens – und wichtige Ansatzpunkte für pharmazeutische Wirkstoffe. Das Verständnis, wie Proteine funktionieren und auf äussere Reize reagieren, eröffnet daher neue Möglichkeiten für die Arzneimittelforschung. Vier Forschende erhalten nun einen renommierten ERC-Synergy-Grant, um die Reaktion von Proteinen auf elektrische Felder zu untersuchen. Die neue Methode soll zunächst am Schweizer Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL des Paul Scherrer Instituts PSI entwickelt und erprobt werden – mit dem Ziel, sie später auf weitere Grossforschungsanlagen zu übertragen.
Vier Forschende erhalten für ihr gemeinsames Projekt SPARX einen ERC-Synergy-Grant des Europäischen Forschungsrats. Die Förderung beläuft sich auf rund 8,5 Millionen Schweizer Franken über die nächsten sechs Jahre. Beteiligt sind John Beale vom Zentrum für Photonenforschung am Paul Scherrer Institut PSI, Doeke Hekstra von der Harvard University mit der Universität Hamburg als Gastinstitution, Thomas J. Lane vom Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg und Guido Meier vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie MPSD in Hamburg. Gemeinsam wollen sie eine neue Methode entwickeln, mit der sich untersuchen lässt, wie Proteine, die Bausteine des Lebens, auf elektrische Felder reagieren.
SPARX steht für «Structural Perturbations by Applied electRic-field Xtallography», zu Deutsch in etwa: Kristallografie von Strukturänderungen durch angelegte elektrische Felder. Das Projekt verbindet etablierte Techniken der seriellen Kristallografie mit dem noch jungen Forschungsgebiet der Elektrofeldkristallografie. Bei der seriellen Kristallografie werden zunächst Kristalle aus Proteinen gezüchtet und anschliessend mit Röntgenlicht bestrahlt. Aus den dabei entstehenden Beugungsmustern lässt sich bestimmen, wo sich die einzelnen Atome in einem Protein befinden.
«Wenn wir die Struktur von Proteinen bis auf die Ebene einzelner Atome verstehen, können wir besser nachvollziehen, wie sie in lebenden Organismen funktionieren», erklärt John Beale, der am Schweizer Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL des PSI forscht. «Dieses Wissen lässt sich dann nutzen, um gezielt neue pharmazeutische Wirkstoffe zu entwickeln.»
Mit elektrischen Feldern Proteine in Aktion beobachten
Proteine sind keine starren Gebilde: Sie verändern ihre Form und setzen dadurch Prozesse in unserem Körper in Gang. Forschende möchten daher Proteine in Aktion untersuchen. Bislang werden solche Bewegungen meist mithilfe von Laserpulsen ausgelöst und anschliessend mit Röntgenlicht beobachtet, wie es etwa der SwissFEL erzeugt.
«Nur wenige Proteine in unserem Körper reagieren allerdings direkt auf Licht», erklärt Doeke Hekstra. «Deshalb wollen wir statt Laserpulsen elektrische Felder nutzen, um die Proteindynamik auszulösen.» Damit würden die Forschenden Bedingungen nachbilden, wie sie tatsächlich in lebenden Organismen vorzufinden sind. Denn elektrische Felder spielen in unserem Körper an vielen Stellen eine Rolle, etwa wenn Nervenzellen im Gehirn Signale weiterleiten. Auch bestimmte Regionen in Enzymen verändern ihre elektrische Ladung, um chemische Reaktionen im Körper anzustossen. «Wenn wir Proteine mit elektrischen Feldern stimulieren, können wir eine grössere Bandbreite ihrer Bewegungen und Strukturveränderungen untersuchen», fasst Hekstra zusammen.
Infrastruktur für SwissFEL und andere Grossforschungsanlagen
Die Forschenden verfolgen mehrere Ziele. Zunächst werden sie einen Teil des ERC-Synergy-Grants dafür einsetzen, Geräte zu entwickeln, welche die bestehenden Methoden der seriellen Kristallografie erweitern: Elektrische Felder sollen dabei die Dynamik von Proteinen auslösen.
Anschliessend werden sie mit diesen Instrumenten am SwissFEL ausgewählte Proteine unter die Lupe nehmen. «Uns interessiert besonders, ob wir mit elektrischen Feldern Proteine untersuchen können, für die sich bislang keine geeigneten Wirkstoffe entwickeln liessen. Man spricht hier von nichtmedikamentös angreifbaren Proteinen», sagt Thomas J. Lane. Die Forschenden vermuten, dass ihre neue Methode geeignet ist, sogenannte «kryptische Bindungstaschen» aufzudecken. Diese entstehen erst, wenn sich Proteine bewegen und ihre Struktur verändern. Sie könnten neue Bindungsstellen für Wirkstoffe bieten. «Wir hoffen insbesondere, Signalproteine und Ionenkanäle besser zu verstehen. Dieses Wissen soll in die Entwicklung künftiger Therapien gegen Krebs und neurologische Erkrankungen wie Parkinson einfliessen», ergänzt Lane.
Schliesslich werden die im Projekt entwickelten Geräte als Vorbild für ähnliche Aufbauten an Synchrotronlichtquellen dienen, die ebenfalls Röntgenlicht für die Forschung bereitstellen. «Dabei denken wir natürlich an die Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS am PSI und an die Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III des DESY in Hamburg», sagt Guido Meier. Langfristig könnten solche Geräte an Synchrotronanlagen auf der ganzen Welt installiert werden und so die Erforschung der Proteindynamik weiter vorantreiben. «Um das Ziel von SPARX zu erreichen, braucht es eine internationale Zusammenarbeit von Forschenden verschiedener Institutionen, die jeweils ihr eigenes Fachwissen einbringen», sagt Meier.
«Wir freuen uns sehr über diese Gelegenheit, gemeinsam einen neuen Weg zu entwickeln, um für die Medizin wichtige Proteine in Aktion zu beobachten», fügt Beale hinzu.
Text: Paul Scherrer Institut PSI/Laura Hennemann
Über das PSI
Das Paul Scherrer Institut PSI ist das grösste Forschungsinstitut für Natur- und Ingenieurwissenschaften der Schweiz. Es ist der zentrale Standort der Schweizer Grossforschungsanlagen, die für Wissenschaft und Industrie zur Verfügung stehen. Die eigene Forschung umfasst Zukunftstechnologien, Energie und Klima, Health Innovation und Grundlagen der Natur. Das Jahresbudget beträgt CHF 450 Millionen. 2300 Menschen sind am PSI angestellt; davon sind rund ein Viertel Postdoktorierende, Doktorierende oder Lernende. Das PSI ist Teil des ETH-Bereichs, dem auch die ETH Zürich und die ETH Lausanne angehören sowie die weiteren bundeseigenen Forschungsinstitute Empa, Eawag und WSL.
Kontakt
Dr. John Beale
PSI Center for Photon Science
Paul Scherrer Institut PSI
+41 56 310 47 15
john.beale@psi.ch
[Englisch, Deutsch]