Helmholtz-Gemeinschaft leistet maßgeblichen Beitrag zu größten wissenschaftlichen Durchbrüchen in 2012

Das Science-Magazin veröffentlicht als eines der renommiertesten wissenschaftlichen Fachjournale wichtige wissenschaftliche Beiträge, äußert sich zu Neuigkeiten in der Forschung und trägt so zur Meinungsbildung bei.

Die beiden gesellschaftlich hoch relevanten Forschungsthemen bewegen sich an der Schnittstelle von Medizin und Technologie: Mit einem sogenannten Freie-Elektronen-Laser entschlüsselten Helmholtz-Forscher gemeinsam mit ihren Partnern den Bauplan eines Enzyms des Parasiten, der die Schlafkrankheit verursacht. Die Ergebnisse liefern mögliche Ansatzpunkte für ein Medikament gegen die bisher nicht heilbare Krankheit. Ebenso bahnbrechend und weltweit einzigartig ist die Entwicklung von computergestützten Assistenz-Systemen: Mit einem vom Gehirn gesteuerten Roboterarm können Querschnittsgelähmte durch bloße Gedanken nach einem Gegenstand greifen.

Einzigartige Technologie läutet womöglich das Ende der Schlafkrankheit ein
Es funktioniert wie Daumenkino: Ultraschnelle Röntgenlaser lichten kleinste Teilchen, kaum dicker als ein tausendstel Millimeter, in ihrer Beschaffenheit und ihren Bewegungsabläufen in extrem kurzer Zeitfolge ab. Durch die sehr kurzen Belichtungszeiten können die atomaren Eigenschaften eines Teilchens vermessen werden. Dieses weltweit einzigartige Verfahren hat der Medizin kürzlich einen Durchbruch beschert. Mit dem derzeit weltstärksten Freie-Elektronen-Laser können kleinste biologische Strukturen exakt analysiert werden – eine Grundvoraussetzung für das Verstehen und Therapieren von Krankheiten. Nun gelang es erstmals, die Struktur eines lebenswichtigen Enzyms des Parasiten Trypanosoma brucei, dem Erreger der bisher nicht heilbaren Schlafkrankheit, zu entschlüsseln. Die detaillierte Analyse liefert Ansatzpunkte für einen potenziellen Wirkstoff gegen den Parasiten, der mehr als 60 Millionen Menschen vor allem im südlichen Afrika bedroht. Mit einem maßgeschneiderten molekularen Riegel ließe sich das untersuchte Enzym blockieren und der Parasit abtöten.
Ein Forscherteam vom zur Helmholtz-Gemeinschaft gehörenden Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) hatte die Analysen gemeinsam mit Partnern an der Linac Coherent Light Source (LCLS) des US-Forschungszentrums SLAC in Kalifornien durchgeführt. Um die Struktur des Enzyms zu bestimmen, beschossen die Forscher das Enzym mit bis zu 120 intensiven Röntgenblitzen pro Sekunde und nahmen so Hunderttausende Beugungsbilder auf, die sie nachträglich zusammenfügten. Die Freie-Elektronen-Laser beruhen auf starken Teilchenbeschleunigern. Am DESY in Hamburg entsteht derzeit mit dem European XFEL die auf absehbare Zeit leistungsstärkste Röntgenlaser-Anlage der Welt.

Die Kraft der Gedanken: Querschnittsgelähmte bewegt einen Greifarm
Helmholtz-Forscher vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und ihre Partner haben ein weltweit einzigartiges Assistenz-System entwickelt: Querschnittsgelähmte Patienten können allein durch ihre Gedanken einen Roboterarm steuern. Eine lernende Software übersetzt die Signale aus dem Gehirn des Patienten in Steuerungssignale für den Greifarm. 2011 gelang es einer Patientin, die seit 15 Jahren vom Hals abwärts gelähmt ist, mit dem neuen Roboterarm einen Strohhalm zum Mund zu führen. Seit ihrem Schlaganfall konnte die Patientin erstmals wieder selbstständig trinken. Zur Steuerung des Greifarms musste sie kein aufwendiges Training absolvieren, sondern sich nur vorstellen, ihren eigenen Arm entsprechend zu bewegen. Diese Vorstellung erzeugte Signale in dem Bereich des Gehirns, der für die Steuerung der Bewegung zuständig ist. Ein kleines Implantat im Schädel der Patientin leitete diese Signale an den Roboterarm weiter.

Dass es möglich ist, einen Cursor auf einem Bildschirm über „Gedanken“ zu steuern, hatten Neurowissenschaftler bereits zuvor gezeigt. Nun haben die Forscherinnen und Forscher diese grundsätzliche Möglichkeit auf die deutlich komplexere, dreidimensionale Steuerung einer Greifhand übertragen. Dieser technologische Durchbruch hat international viel Aufmerksamkeit erregt und besitzt großes Potenzial, das Leben von Menschen mit Behinderungen zu erleichtern. Möglich gemacht hat dies die enge Zusammenarbeit der Experten aus Neurowissenschaften, Robotik und Softwareentwicklung – ein beeindruckendes Beispiel für interdisziplinäre Kooperationen.

Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie sowie Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit fast 34.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 18 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 3,8 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894).

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