Entwicklung von Optimal Control abgeleiteten Experimenten für biologische Festkörper-NMR Spektroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Reif
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431813315

Dieses Projekt stellt einen Fortsetzungsantrag eines gemeinsamen DFG-GAČR-Projekts dar, das im Zeitraum 2020-2022 durchgeführt wurde. Ziel des Projektes ist die Verbesserung von biologischen MAS (Magic Angle Spinning) Festkörper-NMR-Experimenten, die sich immer noch durch eine geringe Empfindlichkeit auszeichnen. Mithilfe von Optimal Control konnten in der ersten Förderperiode phasenerhaltende Kohärenztransferexperimente entwickelt werden. Diese Strategie verbessert die Empfindlichkeit eines Korrelationsexperimentes um einen Faktor von >1,41 pro indirekter Dimension und ermöglicht große Empfindlichkeitszugewinne in hochdimensionalen Experimenten. Gleichzeitig ist die Durchführung von Experimenten vereinfacht, da die OC abgeleiteten Pulse robust gegenüber HF-Fehlkalibrierungen sind. Im neuen Projekt werden wir adaptive Approximationsmethoden für Spindynamikberechnungen einführen, um Optimal Control Optimierungen zu beschleunigen. Zusätzlich zu rein numerischen Simulationen werden wir Effektive Hamiltonian-Theorie anwenden und repetitive Pulssequenzelemente nutzen, um große HF-Feldinhomogenitäten zu kompensieren. Wir werden spezifische Hardwareprobleme wie HF-Inhomogenitätsungleichgewichte auf verschiedenen Kanälen sowie MAS-Instabilitäten berücksichtigen, um bestehende Puls-sequenzen weiter zu verbessern. Wir werden phasenerhaltende Kohärenztransferstrategien anwenden, um Seitenketten-Zuordnungsexperimente zu entwickeln und die CB chemische Verschiebungen einbeziehen. Weiterhin werden wir effiziente Methoden zur Zuordnung von Methylresonanzen implementieren und Techniken zur quantitativen Messung von Abständen zur Strukturbestimmung bei sehr schnellen MAS einführen. Das Potential des Projekts ist groß, da es die Durchführung und Analyse höherdimensionaler Experimente, die für die routinemäßige Charakterisierung biomolekularer Strukturen mittels MAS-Festkörper-NMR erforderlich sind, erheblich erleichtern wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Privatdozent Zdenek Tosner, Ph.D.