Rasterkraftmikroskop identifiziert unbekannte Substanz und könnte die Suche nach neuen medizinischen Wirkstoffen beschleunigen

Molekül unter dem Atomkraftmikroskop

Aberdeen (Großbritannien)/Zürich (Schweiz) - Mit zunehmender Verschmutzung der Meere und industrieller Ausbeutung von Rohstoffen in den Ozeanen schwindet die marine Artenvielfalt. Gerade die Tiefsee birgt noch zahlreiche unbekannte Organismen und chemische Substanzen, die aussterben und verloren gehen könnten, bevor sie überhaupt erst entdeckt werden. Doch eine neue Analyse-Methode von Schweizer Physikern könnte das Identifizieren von unbekannten Substanzen zumindest beschleunigen. Zusammen mit schottischen Biologen berichten sie in der Fachzeitschrift "Nature Chemistry", wie sie mit einem Rasterkraftmikroskop ein Molekül aus der Tiefsee-Bakterie Dermacoccus abyssi eindeutig identifizieren konnten.

"Die Natur bietet ein vielfältiges Angebot an einzigartigen Organismen, die wiederum unzählige, für die pharmazeutische Forschung interessante chemische Verbindungen enthalten", sagt Marcel Jaspars, Leiter des Marine Biodiscovery Centre in Aberdeen. Seine Arbeitsgruppe fand die seltenen, druckresistenten Bakterien in einer Schlammprobe aus dem fast 11.000 Meter tiefen Marianengraben im westlichen Pazifik. Diese schieden ein Stoffwechselprodukt aus, das die Forscher mit allen bislang verfügbaren chemischen Analysemethoden und Kernspinresonanz-Verfahren nicht eindeutig identifizieren konnten. Nur die chemische Zusammensetzung konnten sie bestimmen. Die molekulare Struktur, die gerade für medizinische Anwendungen wichtig wäre, blieb jedoch im Dunkeln.

Hilfe bekamen die Meeresbiologen mit den Entwicklern neuartiger Mikroskopie-Methoden am IBM-Forschungslabor in Rüschlikon von eher unerwarteter Seite. Erst vor gut einem Jahr hatten IBM-Forscher Leo Groß und seine Kollegen das weltweit erste Rasterkraftmikroskop konstruiert, das mit seiner atomfeinen Spitze aus einem einzigen Kohlenmonoxid-Molekül sogar die atomare Struktur von organischen Molekülen ertasten und damit sichtbar machen konnte. Dieses Instrument wendeten sie nun auf das Tiefsee-Molekül an und entschlüsselten bereits nach wenigen Tagen dessen exakte Struktur.

Das geheimnisvolle Stoffwechselprodukt offenbarte sich als das Molekül Cephalandole A, das zuvor schon in einer taiwanesischen Orchidee hatte nachgewiesen werden können. So haben die Forscher zwar kein neues Molekül und damit neuen Kandidaten für die Wirkstoffsuche entdeckt. Doch die schnelle Identifikation, die sonst mehrere Monate dauern könnte, zeigt, dass auch Mikrobiologen das neue Rasterkraftmikroskop sinnvoll anwenden können. "Die Möglichkeit, die Struktur eines Moleküls in so kurzer Zeit mit einem Mikroskop sichtbar zu machen, ist eine enorme Leistung, wenn man bedenkt, wie aufwändig und zeitintensiv der herkömmliche Prozess ist", sagt Jaspers.