29.11.1998

Transgene Pflanze als biologisches Dosimeter

Über die Auswirkungen einer chronischen Strahlenbelastung auf das Erbgut von Pflanzen war bisher wenig bekannt. Einer schweizerisch-ukrainischen Forschergruppe um Barbara Hohn vom Basler Friedrich Miescher Institut ist es jetzt gelungen, die Pflanze "Arabidopsis thaliana" genetisch so zu verändern, dass sich die Strahlenwirkung auf das Erbgut auf einfache Weise mittels einer Farbreaktion messen lässt.

Feldversuche in der Sperrzone um das Kernkraftwerk Tschernobyl haben gezeigt, dass die transgene Pflanze auch als zuverlässiges biologisches Dosimeter in radioaktiv belasteten Gebieten eingesetzt werden könnte.
Auf mikroskopischer Ebene führen ionisierende Strahlen zu sogenannten Doppelstrangbrüchen in den DNS-Molekülen des Erbmaterials. Durch DNS-Reparaturmechanismen können die Bruchstücke wieder zusammengefügt werden. Dies machte sich die Gruppe Hohn zunutze: Sie baute zwei überlappende Fragmente eines Gens in das Erbgut von Arabidopsis thaliana ein. Das zweigeteilte Gen ist in den Pflanzen normalerweise funktionslos. Findet jedoch ein Doppelstrangbruch statt, können die beiden Fragmente durch die Reparaturmechanismen so zusammengefügt werden, dass ein funktionsfähiges Gen entsteht, welches seinerseits die Bildung des Enzyms β-Glucoronidase veranlasst. Mit einer Färbungsreaktion können Zellen, in denen β-Glucoronidase produziert wird, als blaue Flecken sichtbar gemacht werden.
Sowohl im Labor- als auch im Feldversuch nahm die Anzahl blauer Flecken mit zunehmender radioaktiver Belastung der Böden zu, was auf einen Anstieg der strahlungsinduzierten Brüche im Erbmaterial hinweist. Ab einer Bodenbelastung von ca. 1000 Curie/km[sup]2[/sup] ging die Fleckenzahl jedoch wieder zurück. Die genaue Ursache dafür kennen die Forscher noch nicht. Eine mögliche Erklärung ist, dass die Reparaturmechanismen bei einer Radioaktivität von über 1000 Curie/km[sup]2[/sup] weniger gut funktionieren. Mit zunehmender Strahlenbelastung nahm auch die Keimungsrate ab. Im "Red Forest" von Tschernobyl, wo der Boden heute noch mit 6000 Curie/km[sup]2[/sup] verseucht ist, konnten die Pflanzen nicht mehr wachsen.

Quelle: 
M.K. nach Nature Biotechnology, November 1998