Neue Methode deckt Veränderungen bei Vitamin B12 auf

Forschende am European XFEL haben eine hochsensitive Methode entwickelt, um Flüssigkeitsproben zu untersuchen, die für herkömmliche Röntgenexperimente zu stark verdünnt sind. In einem ersten Experiment gewann ein internationales Team so neue Erkenntnisse über die lichtinduzierte Veränderung von Vitamin B12 in Wasser, was den Weg für die Untersuchung eines weit breiteren Spektrums chemischer und biologischer Systeme ebnet. Da viele wichtige Moleküle aufgrund schlechter Löslichkeit oder geringer Verfügbarkeit nur in niedrigen Konzentrationen vorliegen, überlagert das Signal des umgebenden Wassers oft die Messwerte.

Um diese Herausforderung zu meistern, nutzt das SCS-Instrument eine spezielle Strahlteilung, die jeden Röntgenimpuls in einen Proben- und zwei Referenzstrahlen aufspaltet. Durch den Abgleich dieser Signale lassen sich Schwankungen korrigieren und selbst minimalste Veränderungen identifizieren. „Die Normalisierung jedes einzelnen Durchgangs ist entscheidend“, sagt Benjamin Van Kuiken. „Das verschafft uns die nötige Empfindlichkeit, um mit verdünnten Proben zu arbeiten.“

Seit langem offene Frage beantwortet

Die Forschungsgruppe wählte Vitamin B12 als anspruchsvollen Testfall für ihre neue Methode. „Vitamin B12 ist eine schwierig zu untersuchende Probe“, sagt Erstautorin Nahid Ghodrati. „Es löst sich nur begrenzt auf, das Wasser um es herum erzeugt ein starkes Hintergrundsignal, und die Veränderungen, die wir beobachten wollen, geschehen sehr schnell.“ Trotz einer geringen Konzentration von nur 9,5 Gramm pro Liter Wasser wies das Team extrem kleine, lichtinduzierte Veränderungen nach, wobei selbst Signalabweichungen von lediglich 0,005 % sichtbar wurden. Diese ultraschnellen Prozesse wurden durch Röntgenblitze mit einer Dauer von nur 100 Billiardstel Sekunden erfasst.

Neben der methodischen Demonstration klärte das Experiment eine langjährige Frage zur Struktur des Vitamins: Die Messungen deuten darauf hin, dass sich die Hauptveränderung nach der Lichtabsorption auf das zentrale Kobaltatom konzentriert, ohne größere Elektronenverschiebungen über die gesamte Struktur. „Die einzigartige Fähigkeit des SCS-Instruments, verdünnte Proben zu untersuchen, verschaffte uns Einblicke in die rasante Entwicklung der elektronischen Struktur des Moleküls, die wir sonst nirgendwo erhalten hätten“, sagt Professor James Penner-Hahn.

Neue Experimente werden möglich

Dies zeigt, dass der neue Ansatz selbst über schwer zu untersuchende Proben in Lösung aussagekräftige Informationen liefern kann. Die Forschungsgruppe erwartet, dass sich dadurch das Spektrum der am European XFEL möglichen Experimente erweitern wird. „Da wir nun biologisch und chemisch wichtige Moleküle untersuchen können, die bisher in Lösung und bei niedrigen Konzentrationen schwer zu untersuchen waren, rückt eine Menge neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse in greifbare Nähe“, sagt Andreas Scherz. Professorin Roseanne Sension fügt hinzu: „Durch den Zugang zu einer neuen Reihe biologisch und chemisch wichtiger Proben hat das SCS-Instrument das Spektrum der Proben, die wir untersuchen möchten, dramatisch erweitert.“

Quelle

European XFEL GmbH (05/2026)