Ein Projektil schlägt in die Kommandozentrale ein, beschädigt wichtige Geräte und zerstört Datenspeicher Das Reparaturteam eilt zur Arbeit: Der Schaden muss behoben werden, bevor es zu einem Unfall kommt. Manche Geräte sollten dringend vor Ort repariert, andere ausgetauscht und in Werkstätten geschickt werden. Ungefähr so funktionieren intrazelluläre Abwehrmechanismen als Reaktion auf die Einwirkung harter kosmischer Strahlung.
Durch kosmische Strahlung beschädigte DNA: Strahlung (oben) und ionisierte Teilchen (unten)
Eine solche Notsituation spielt sich täglich in den Zellen der Astronauten ab: Hochgeschwindigkeitsteilchen der kosmischen Strahlung durchdringen die Körper der Raumfahrer. Einige dieser Partikel kollidieren zufällig mit DNA-Molekülen und beschädigen diese: Die „Kommandozentrale“der Zelle wird beschädigt. Diese Situation kann zu unvorhersehbaren Folgen und sogar zur Entstehung eines bösartigen Tumors führen.
Glücklicherweise verfügt die Zelle über wirksame Mechanismen zur Wiederherstellung des Erbguts - Reparatursysteme. Sie erkennen Schäden schnell und meistern ihre „Reparatur“in den meisten Fällen erfolgreich. Bisher glaubte man, dass Reparaturproteine nur am Schadensort wirken – bis eine aktuelle Studie des Teams von Francis Cucinotta zeigte, dass eine Zelle in manchen Fällen DNA-Fragmente an spezielle „Reparaturwerkstätten“übergeben kann. Dies scheint bei besonders stark geschädigten Stellen der Fall zu sein.
Wenn das stimmt, bietet der Fund Wissenschaftlern eine bequeme Möglichkeit, zwischen geringfügigen Schäden am Erbgut und schweren Schäden zu unterscheiden. Im Gegensatz zu kleinen Verletzungen, die meist erfolgreich durch Reparatursysteme behandelt werden, können große Verletzungen nicht immer repariert werden, und die Zellfunktion kann bis zur vollständigen Funktionsstörung oder Umwandlung in ein bösartiges Gebilde gestört werden. Die rechtzeitige Übergabe solch stark beschädigter Fragmente an "Reparaturwerkstätten" kann daher effizienter und sicherer sein, und selbst wenn sie nicht repariert wird, führt dies höchstens zum Tod einer einzelnen Zelle - und rettet den Körper als Ganzes.
In ihren Experimenten setzten Wissenschaftler Kulturen menschlicher Zellen einem ganzen Arsenal schädlicher Dinge aus: Gamma- und Röntgenstrahlen, die im Beschleuniger beschleunigten Kerne von Eisenatomen. Solche Eisenkerne sind in ihrer Wirkung der kosmischen Strahlung, der gefährlichsten Komponente der kosmischen Strahlung für lebende Organismen, ziemlich ähnlich. Auf kolossale Geschwindigkeiten beschleunigt, dringen Teilchen der kosmischen Strahlung leicht in die Schiffshülle ein und verursachen besonders schwere Schäden an Biomolekülen, die sich ihnen in den Weg stellen.
Wissenschaftler setzten Zellen 10 Minuten lang einem zerstörerischen Beschuss aus. Gleichzeitig wurden fluoreszierende Fragmente an die Reparaturproteine angehängt, sodass durch Beobachtung der grün leuchtenden Bereiche die Bereiche verfolgt werden konnten, in denen die „Reparatur“der DNA am aktivsten war. Auf diese Weise wurde festgestellt, dass neben den Proteinen, die direkt an den Schadensstellen an den DNA-Strang gebunden wurden, einige davon in anderen Teilen der Zelle angereichert wurden.
Laut den Autoren der Studie erleichtert die Bewegung besonders stark beschädigter DNA-Fragmente ihre Bergung. Komplexe Reparatursysteme erfordern die Beteiligung Dutzender verschiedener Proteine. Anstatt sie um ein beschädigtes Fragment herum zu sammeln, kann es energetisch vorteilhafter sein, "Reparaturwerkstätten" in der Nähe, im Zellkern, einzurichten, wo alle notwendigen Enzyme gespeichert sind. Die Einzelheiten, wie ein solches System funktioniert, bleiben jedoch unklar.
Obwohl die Vorstellung von der Existenz solcher "Reparaturwerkstätten" neu ist, kann man sich an ähnliche Mechanismen erinnern, die bei einfacheren Kreaturen als uns funktionieren. Wenn zum Beispiel Bakterien ihr einzelnes Chromosom verdoppeln, geschieht dies nicht durch die Bewegung des Enzyms entlang des DNA-Strangs (wie ein Schieber sich durch einen Reißverschluss bewegt – wie es bei uns passiert), sondern durch die allmähliche Bewegung der DNA selbst durch a Proteinkomplex, der unbeweglich auf der Zellmembran fixiert ist - hier hat das Bakterium alle dafür notwendigen Proteine gesammelt.
Weitere Informationen zu DNA-Reparatursystemen finden Sie unter Warum jeder anders ist, Genom in Genom.
