Leibniz-Preis für DESY-Forscher Henry Chapman

Henry Chapman ist Leiter der Abteilung Kohärente Röntgenbildgebung am Center for Free-Electron Laser Science bei DESY und Physikprofessor an der Universität Hamburg. Foto: Henry Chapman
Henry Chapman ist Leiter der Abteilung Kohärente Röntgenbildgebung am Center for Free-Electron Laser Science bei DESY und Physikprofessor an der Universität Hamburg. Foto: Henry Chapman

DESY-Forscher Prof. Henry Chapman wird mit einem der begehrten Gottfried Wilhelm Leibniz-Preise 2015 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ausgezeichnet. Das gab die DFG am Mittwoch in Bonn bekannt. Der wichtigste Forschungsförderpreis in Deutschland ehrt herausragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Henry Chapman erhält den mit 2,5 Millionen Euro dotierten Preis für seine Pionierarbeiten in der Entwicklung der sogenannten seriellen Femtosekunden-Kristallografie. Sie ermöglicht, mit Hilfe von Röntgenlasern die Struktur komplizierter Biomoleküle in ihrer natürlichen Umgebung atomgenau zu entschlüsseln.

„Ich gratuliere Henry Chapman herzlich zum Gewinn dieses renommierten Preises. Die von ihm konzipierte und zur Anwendung geführte Methode der seriellen Femtosekunden-Kristallografie ermöglicht es erstmals, die atomare Struktur biologischer Proben in ihrer annähernd natürlichen Umgebung zu untersuchen“, sagt Prof. Helmut Dosch, Vorsitzender des DESY-Direktoriums. „Chapmans Pionierarbeiten auf diesem Gebiet werden die Analyse molekularer Dynamiken von hochkomplexen Systemen ermöglichen. Das wird die biologische Strukturforschung weltweit revolutionieren und ihre Agenda über die nächsten Jahrzehnte maßgeblich beeinflussen.“

Die atomare Struktur von Biomolekülen hat elementaren Einfluss auf ihre Funktion im biologischen System. Deshalb unternehmen Wissenschaftler große Anstrengungen, um diese Strukturen zu entschlüsseln, um beispielsweise Ansätze für neue Medikamente zu finden. Hierbei spielt die Kristallografie eine zentrale Rolle: Beleuchtet man Kristalle mit Röntgenlicht, streuen sie dieses in charakteristischer Weise. Aus diesem Streubild lässt sich die Struktur der Bausteine des Kristalls berechnen – bei einem Kristall aus Biomolekülen also die Struktur dieser Moleküle.

Häufig erfolgt diese Strukturanalyse mit dem intensiven Röntgenlicht großer Synchrotronstrahlungsquellen wie PETRA III bei DESY. So ist es inzwischen gelungen, die Struktur von etwa 85 000 Proteinen aufzuklären. Für die Untersuchung an konventionellen Synchrotronquellen müssen die Moleküle allerdings zu regelmäßigen Kristallen zusammengefasst werden, um ein ausreichend intensives Streubild zur Strukturberechnung zu erhalten. Dieser Prozess ist häufig sehr aufwendig, teilweise unmöglich, zudem reißt die Kristallisation das Biomolekül aus seiner natürlichen Umgebung.

Neuartige Freie-Elektronen-Röntgenlaser wie der in Hamburg in Bau befindliche European XFEL produzieren Röntgenblitze von bis dahin nie erreichter Helligkeit und Kürze. Ihre Lichtblitze, die nur einige millionstel Teile einer milliardstel Sekunde lang sind, sind gleichzeitig milliardenfach heller als bisherige Lichtquellen. Das eröffnet Forschern die Möglichkeit, die atomare Struktur komplizierter Moleküle mit winzigen Nanokristallen, in Zukunft voraussichtlich völlig ohne Kristallisation, zu erkennen. Diese nur milliardstel bis millionstel Meter großen Kristalle sind wesentlich leichter herzustellen als ihre größeren Artgenossen. In der seriellen Femtosekunden-Kristallografie wird ein Strahl dieser kleinen Kristalle mit dem Licht des Röntgenlasers gekreuzt, und daraus hunderttausende Streubilder aufgenommen. Aus dieser Reihe einzelner Röntgenlaseraufnahmen lässt sich dann die Gesamtstruktur berechnen.

Über Henry Chapman
Chapman, leitender Wissenschaftler bei DESY, ist der Pionier in der Entwicklung dieser Untersuchungsmethode, die speziell auf Freie-Elektronen-Laser zugeschnitten ist. Er hat mit dieser Methode unter anderem die Struktur des Enzyms Cathepsin B aufgelöst, das ein vielversprechender Ansatzpunkt für ein Medikament gegen Schlafkrankheit ist. Die Arbeit zählte das Wissenschaftsmagazin „Science“ zu den zehn wichtigsten Entdeckungen des Jahres 2012. Zusammen mit Chapmans Nachweis, dass man mit Röntgenlasern das Streubild eines Moleküls auffangen kann, bevor dieses durch den intensiven Lichtblitz zerstört wird, ist die Voraussetzung geschaffen, Proben zumindest annähernd in ihrem natürlichen Zustand zu untersuchen und so belastbare Aussagen über die Struktur und Funktion der etwa 100 000 bisher noch nicht entschlüsselten Biomoleküle zu machen.

Über DESY
Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY ist das führende deutsche Beschleunigerzentrum und eines der führenden weltweit. DESY ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft und wird zu 90 Prozent vom BMBF und zu 10 Prozent von den Ländern Hamburg und Brandenburg finanziert. An seinen Standorten in Hamburg und Zeuthen bei Berlin entwickelt, baut und betreibt DESY große Teilchenbeschleuniger und erforscht damit die Struktur der Materie. Die Kombination von Forschung mit Photonen und Teilchenphysik bei DESY ist einmalig in Europa.

 

Universität Hamburg
Prof. Dr. Henry Chapman, Leiter der Abteilung Kohärente Röntgenbildgebung am CFEL an der Universität Hamburg, erhält als einer von insgesamt acht Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern den mit 2,5 Millionen Euro dotierten Leibniz-Preis, den höchstdotierten Forschungspreis in Deutschland. Diese Gelder können die Preisträgerinnen und Preisträger bis zu sieben Jahre lang nach ihren eigenen Vorstellungen und ohne bürokratischen Aufwand für ihre Forschungsarbeit verwenden.

Der Leibniz-Preis wird seit 1986 jährlich von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) vergeben und zeichnet herausragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für ihre Forschungen auf allen Gebieten der Wissenschaft aus.

Henry Chapman ist seit 2007 Professor für Physik an der Universität Hamburg und Leiter der „Coherent Imaging Group“ am Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) beim DESY in Hamburg. Seine Forschungen zu Freie-Elektronen Lasern (FEL) tangieren viele Wissenschaftsfelder. Er entwickelte unter anderem neue Abbildungsverfahren unter Nutzung extrem intensiver und kurzer Röntgenpulse, wie sie an modernen Beschleunigeranlagen erzeugt werden. Die Anwendungen reichen von der Strukturbiologie über die Festkörper- bis zur Plasmaphysik. Seine Forschungsarbeiten sind stets höchstinnovativ, u. a. gelang es ihm zu beschreiben, wie kohärente Röntgenmikroskopie, die letztlich nur limitiert ist durch die Lichtwellenlänge, genutzt werden kann, um nichtperiodisch angeordnete, isolierte Objekte abzubilden. Die mit hoher Auflösung rekonstruierten 3D Formen und 2D Tiefenprofile zählen zu den großen innovativen Höchstleistungen der internationalen Forschung auf diesem Gebiet. Von besonderem Interesse sind heute die Untersuchungen an biologischen Molekülverbänden, bei denen die Minimierung von Strahlenschädigung durch die Verwendung von Femtosekunden-Pulsen essentiell ist.


Der 47-jährige Wissenschaftler, für seine Forschungen vielfach ausgezeichnet, wurde in England geboren und studierte Physik in Melbourne, Australien, wo er auch promovierte. Danach hat er als Postdoktorand an der Stony Brook University gearbeitet. Später war er am renommierten Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in Livermore, USA, tätig, bevor er von der Universität Hamburg und dem DESY nach Hamburg berufen wurde.

Henry Chapman hat nicht nur die Fortschritte zur Auslotung des wissenschaftlichen Potentials von Freie-Elektronen Röntgen-Lasern international entscheidend geprägt, sondern hat auch durch seine ausgezeichnete fachliche Kompetenz und Lehrbefähigung zur Weiterentwicklung der Lehre an der Universität Hamburg beigetragen, in dem er traditionelle Elemente wie Vorlesungen, Übungen, Praktika mit Ansätzen zu einem Projektstudium fortgeschrittener Studierender verband. Er betreut seit Jahren intensiv Doktoranden.

Der Präsident der Universität Hamburg, Prof. Dr. Dieter Lenzen: „Ich gratuliere Herrn Professor Chapman zu dieser herausragenden Auszeichnung. Durch seine innovative Forschungsstrategie, sein Integrations- und Kooperationsvermögen ist es ihm gelungen, international herausragende Forschungsleistungen zu erbringen und eine ebensolche Wertschätzung zu erlangen. Die Auszeichnung zeigt auch, wie hoch die Qualität unseres Exzellenz-Clusters CUI ist, das von solch herausragenden Wissenschaftlern unterstützt wird.“

Universität Hamburg

 

Werdegang: Professor Chapman

Seit 2007 Gründungsdirektor der Gruppe CFEL Coherent Imaging, DESY
Seit 2007 Professor der Physik (W3) an der Universität Hamburg
1996-2007 Physiker (Festanstellung) am LLNL
1996 Wissenschaftlicher Mitarbeiter Postdoc am  LLNL
1992-1996 Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Department Physik, SUNY at Stony Brook, New York 
1989-1992 Mitarbeiter in der Forschung, Commonwealth Scientific and Industrial Research, Organisation (CSIRO), Clayton, Victoria, Australien
1989-1992 Promotion in Physik an der Universität in Melbourne, Australia
1988 Bachelor of Science mit Auszeichnung in Physik an Universität in Melbourne, Australien
1985-1987 Bachelor of Science in Physik an der Universität in Melbourne, Australien

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