18.11.1999

Erbgut eines strahlenresistenten Bakteriums entschlüsselt

Einer amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, das Erbgut eines äusserst strahlenresistenten Bakteriums zu entschlüsseln.

Daraus erhofft man sich neue Erkenntnisse über das Entstehen und die Verhinderung von Tumoren sowie neue Möglichkeiten zur Dekontamination von problematischen Altlasten aus dem amerikanischen Kernwaffenprogramm. Das Bodenbakterium Deinococcus radiodurans überlebt Strahlendosen von 15'000 Gy - ungefähr das 3000-fache der Dosis, die für einen Menschen tödlich wäre - und eine dauernde Dosisleistung von 60 Gy/h. Daneben ist es resistent gegenüber Schwermetallen, Austrocknung, UV-Strahlung und organischen Giften. Das Bakterium wurde erstmals 1956 in bestrahltem Dosenfleisch gefunden. Seither wurde es an verschiedenen Orten mit extremen Lebensbedingungen entdeckt, wo kaum andere Bakterien überleben können, wie beispielsweise arktische Felsen oder das Abschirmbecken einer radioaktiven Cäsiumquelle.
Speziell interessiert die Forscher die Funktion der zahlreichen Reparaturmechanismen, mit denen das Bakterium sein durch Strahleneinwirkung in hunderte von Stückchen gespaltenes Erbgut innert 24 Stunden wieder richtig zusammensetzen kann. Dieses besteht wie beim Menschen aus Desoxyribonukleinsäure (DNS). Durch die Kombination von vier verschiedenen, paarweise angeordneten Basen wird die genetische Information in langen doppelkettigen Molekülen gespeichert. Ionisierende Strahlung verursacht Brüche in diesen Molekülen. Falls diese falsch repariert werden, ist das Erbgut entweder nicht mehr brauchbar, oder es enthält Fehlinformationen, die beispielsweise zur Krebsentstehung führen können. Es wurden sehr viele verschiedene, teilweise redundante Reparaturmechanismen gefunden. Deren molekulare Funktion ist meist noch nicht genau bekannt. Das Erbgut des Bakteriums besteht aus rund 3,3 Mio. Basenpaaren (BP) und ist in zwei ringförmigen Chromosomen mit 2,6 Mio. BP und 400'000 BP sowie zwei kleineren, ebenfalls ringförmigen Molekülen mit 180'000 BP und 45'000 BP enthalten. Es wird vermutet, dass die drei kleineren DNS-Moleküle für die aussergewöhnliche Resistenz verantwortlich sind.
Deinococcus radiodurans ist für das amerikanische DOE (Department of Energy), das diese Forschungen finanziert, von grossem Interesse. Es ist geplant, verschiedene Gene in das Erbgut des Bakteriums einzuschleusen, die ihm die Fähigkeit zum Abbau organischer Lösungsmittel geben. Dies würde dessen Einsatz zur Dekontamination belasteter Standorte aus dem amerikanischen Kernwaffenprogramm erlauben. Während vergangener Jahrzehnte wurden oft hoch giftige radioaktive, schwermetallhaltige und organisch belastete Abfälle und Abwässer der Kernwaffenproduktion gemischt und in unterirdischen Tanks gelagert. Da die Tanks teilweise leck sind, ist eine Sanierung dringend erforderlich, aber aufgrund des komplexen Inhaltes sehr aufwändig.

Quelle: 
M.E. nach Science Vol. 286 vom 19. November 1999, S. 1571-1577