Auswirkungen von Strahlung auf DNA: Mutationen und zelluläre Effekte

Strahlung und DNA

Strahlung, oder genauer gesagt, Röntgen- und Gammastrahlung kann große Schäden an den Molekülen Ihrer DNA verursachen – dem genetischen Bauplan Ihres Körpers. Eine starke Strahlendosis kann Zellen abtöten, deren Wirkung sofort erkennbar sein kann. Nicht-tödliche Dosen sind eine andere Sache. Laut der Website des U.S. Department of Energy (DOE): „Die Wirkung der Strahlung besteht möglicherweise nicht darin, die Zelle abzutöten, sondern ihren DNA-Code auf eine Weise zu verändern, dass die Zelle am Leben bleibt, aber einen Fehler im DNA-Bauplan aufweist.“ Dieser „Fehler“ wird als Mutation bezeichnet.

Mutation und DNA

Laut dem DOE sind DNA-Moleküle enorm lange Ketten von Atomen, die um Proteine gewickelt und in Strukturen namens Chromosomen im Zellkern verpackt sind. Ionisierende Strahlung drängt das Elektron aus seiner Umlaufbahn um den Atomkern. Wenn dieses Elektron von einem DNA- oder benachbarten Molekül stammt und „direkt das DNA-Molekül trifft und stört“, wird die Wirkung als direkte Einwirkung bezeichnet. Indirekte Einwirkung, der Prozess, der für die meisten durch Röntgenstrahlen verursachten DNA-Schäden verantwortlich ist, tritt auf, wenn das verdrängte Elektron ein Wassermolekül ionisiert und ein freies Radikal erzeugt. Während das freie Radikal driftet, um „eine stabile Konfiguration von Elektronen wiederherzustellen“, kann es ein DNA-Molekül stören. Ob die Einwirkung direkt oder indirekt ist, wenn sie ein DNA-Molekül beschädigt, kann eine Mutation auftreten. Die Wirkung von Strahlung auf Neutronen kann jedoch dazu führen, dass ein Neutron direkt einen Atomkern trifft – meist Kohlenstoff- oder Sauerstoffkerne – und Fragmente des Kerns herausschlägt. Diese Teilchen ionisieren dann benachbarte Elektronen und erzeugen den oben beschriebenen Prozess der Radikalisierung.

Somatische Zellen

Wenn Strahlung eine Mutation in nicht-keimbahnigen Zellen verursacht, kann dies schließlich zum Verlust der Fähigkeit der betroffenen Zelle führen, ihre Teilung zu kontrollieren. Obwohl die Wirkung möglicherweise erst nach einer Reihe von Jahren erscheint, kann die letztendliche, unkontrollierte Zellteilung zu bösartigem Wachstum führen. Da Krebs durch Strahlenbelastung nicht von anderen Krebsarten unterscheidet, hat die Wissenschaft keine Möglichkeit, die Rate strahlenbedingten Krebses zu ermitteln. Der DOE weist jedoch darauf hin, dass bestimmte Körperteile „radiosensibler“ sind als andere. „Zum Beispiel ist Knochenmark empfindlicher gegenüber strahleninduziertem Krebs als Hautzellen“, so der DOE.

Keimbahnzellen

Mutationen, die in Keimbahnzellen – Spermien und Eizellen – verursacht werden, werden als „genetische oder vererbliche“ Wirkungen bezeichnet. Der DOE macht deutlich, dass strahlenbedingte Mutation nicht zu den „visuellen Monstren der Science-Fiction“ führt. Vielmehr erzeugt die Mutation eine „höhere Häufigkeit“ der Arten von Mutationen – positiv und negativ –, die natürlich durch Evolution auftreten. Die Forschung auf diesem Gebiet ist auf Tierstudien und Studien japanischer Überlebender der Atombombenabwürfe auf Hiroshima und Nagasaki beschränkt. Es gibt eine Debatte unter Forschern über das Ausmaß und die Folgen für Menschen durch strahleninduzierte, vererbliche Mutation. Studien haben große Unterschiede zwischen Tierarten in ihrer Anfälligkeit für genetische Mutation gezeigt. Zum Beispiel scheinen die großen Chromosomen von Fruchtfliegen besonders empfindlich gegenüber genetischer Mutation zu sein, während Menschen „weniger verwundbar sein könnten als zuvor angenommen“, so der DOE.