Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

DNA-Reparatur - Zugucken, wie die Zelle arbeitet

nächste Meldung

Die Wirkung hoher Dosen ionisierender Strahlung, wie sie bei Reaktorunfällen oder dem Einsatz atomarer Waffen frei wird, ist unumstritten und umfangreich dokumentiert. Doch die Effekte niedriger Strahlendosen auf menschliche Zellen sind bisher nicht ausreichend erforscht.

Hier wollen Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) gemeinsam mit Molekularbiologen neue Erkenntnisse gewinnen: Mit Hilfe eines Mikro-Ionenstrahls, Microbeam genannt, bestrahlen sie die Bestandteile lebender Zellen gezielt mit einzelnen oder abgezählten Teilchen. An den dadurch entstehenden Doppelstrangbrüchen der DNA setzen innerhalb von Sekunden oder Minuten Reparaturmechanismen ein, die durch einen Fluoreszenzprozess sichtbar gemacht werden können. Dadurch lässt sich der Reparaturprozess nun "live", also in Echtzeit, am Mikroskop verfolgen.

Dieses "Live Cell Imaging" genannte Verfahren soll sowohl Aufschluss über Strahlenschäden und die Abfolge von verschiedenen Reparaturmechanismen in den Zellen bringen als auch zeigen, inwiefern Medikamente diese Prozesse beeinflussen könnten.

Zu den Quellen für eine schwache Strahlenbelastung zählen beispielsweise das natürlicherweise im Boden vorkommende Radon oder auch gelegentliche Röntgenaufnahmen. Über das Gesundheitsrisiko durch geringe Strahlendosen von weniger als 50 mSv gibt es bisher kaum belastbare Daten und Berechnungen. Um es besser abschätzen zu können, müssen die grundlegenden strahlenbiologischen Wirkungsmechanismen verstanden werden. Der Microbeam ist ein wichtiges Instrument, um durch die gezielte Bestrahlung mit einzelnen oder abgezählten Teilchen im Zellkern, der die Erbinformation (DNA) enthält, oder im Zytoplasma lebender Zellen genau definierte Strahlendosen und Ionisationen zu erzeugen. Dadurch entstehen entlang der Teilchenbahn Doppelstrangbrüche der DNA und andere Strahlenschäden, die fast augenblicklich Reaktionen und Reparaturprozesse in den Zellen auslösen.

Um die Schäden und den Prozess der Reparatur in den Zellen sichtbar zu machen, verbinden die Wissenschaftler fluoreszierende Proteine mit den körpereigenen Reparaturproteinen durch gentechnische Fusion. Sammeln sich die Reparaturproteine nun innerhalb von Sekunden oder Minuten an den Doppelstrangbrüchen, können sie als leuchtende Punkte "live" unter dem Mikroskop beobachtet werden. Inzwischen ist es sogar möglich, verschiedene Proteine mit unterschiedlichen Fluoreszenzen zu erzeugen und diese - da farblich verschieden - voneinander getrennt zu beobachten. Diese neuen und vielfältigen Zellsysteme wurden von den Partnern an der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig) und der Universitätsklinik Düsseldorf durch stabile Gentransfers entwickelt.

Während in früheren Studien hauptsächlich die späten biologischen Effekte wie zum Beispiel zelluläres Überleben oder Chromosomenveränderungen ausgewertet wurden, ermöglichen die neuen Zellsysteme nun die Entschlüsselung der ersten Strahlenreaktionen und, neben anderem, die Untersuchung, wie Therapeutika die Effektivität der DNA-Reparatur modifizieren. Erkenntnisse aus solchen Experimenten könnten dann helfen, die Strahlentherapie zu verbessern. ptb/if

Imke Frischmuth | idw
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de/

nächste Meldung

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...