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Freitag, 21.07.2017
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DNA mit „Sonnenbrand“

Molekulare Reaktion erstmals in Echtzeit beobachtet

Zum ersten Mal haben Forscher in Echtzeit beobachten können, wie UV-Licht das Erbmolekül DNA schädigt. Dabei zeigte sich, dass die Schlüsselreaktion für diesen Prozess unglaublich schnell abläuft: Innerhalb von weniger als einer Picosekunde – weniger als einer Millionstel Millionstel Sekunde. Entscheidend für das Ausmaß der Schäden scheint die Position des DNA-Moleküls im Moment der Bestrahlung zu sein, wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift „Science“ berichten.
DNA

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UV-Strahlung spielt eine wichtige Rolle nicht nur bei der Hautalterung, sondern auch bei Sonnenbrand und Krankheiten wie dem Hautkrebs. Schäden an der DNA stehen dabei an der Basis dieser Phänomene. Jetzt haben Wissenschaftler um Bern Kohler, Professor für Chemie an der Ohio State Universität gemeinsam mit deutschen Kollegen eine spezielle Technik eingesetzt, um in Echtzeit zu beobachten, was bei Bestrahlung mit der DNA geschieht. Zum ersten Mal gelang es ihnen dabei, die ersten molekularen Veränderungen hinter den entstehenden Schäden zu beobachten.

Irreguläre Bindungen zwischen Basen


Die eingesetzte Technik der so genannten transienten Absorption beruht auf der Tatsache, dass Moleküle Licht bestimmter Wellenlängen absorbieren und dass sich über die Veränderungen dieser Absorption auch Prozesse beobachten lassen, die im Picosekundenbereich ablaufen. Die Wissenschaftler nutzten für diese Untersuchung Stränge speziell präparierter DNA. Diese bestanden nur aus Thymin-Basen, um die Chance zu erhöhen, Reaktionen zwischen benachbarten Thymin-Basen beobachten zu können. Denn genau diese irregulären molekularen Bindungen gelten als die „klassische“ chemische Reaktion des Erbmoleküls auf die UV-Bestrahlung. Nehmen solche Bindungen überhand, können die Reparaturmechanismen der Zelle diese nicht mehr ausgleichen, und die Zelle geht zugrunde.

Als Auslöser der Reaktionen gilt eine Anregung des DNA-Moleküls durch das UV-Licht. Bisher vermuteten Forscher, dass die Dauer dieser Anregung bestimmt, wie stark die DNA geschädigt wird. Langanhaltende Bestrahlung galt daher als zerstörerischer als kurzzeitige Anregung, da dann die Wahrscheinlichkeit steige, dass die potenziell schädigende chemische Reaktion getriggert wird.


Anordnung im Raum entscheidend


Doch die jetzigen Beobachtungen erbrachten ein komplett anderes Ergebnis: Demnach wird die Reaktion zwischen den Thymin-Basen sogar durch einen extrem kurzen Anregungszustand ausgelöst. „Die Geschwindigkeit dieser Reaktion hat wichtige Auswirkungen auf das Verständnis dessen, wie die DNA durch UV-Licht geschädigt wird“, so Kohler. „In dieser Studie haben wir keinerlei Hinweis darauf gesehen, dass lang anhaltende Anregungszustände für den Schaden verantwortlich sind. Es erscheint dagegen eher wahrscheinlich, dass die kurzzeitigen Zustände den häufigsten chemischen Schaden in der DNA anrichten.“

Und noch eine andere Erkenntnis gewannen die Forscher durch ihre Beobachtungen: Offenbar ist die Position der DNA und damit auch der Thymin-Basen im Moment des Lichteinfalls entscheidend dafür, wie stark der Schaden ist: Sind zwei Basen gerade so ausgerichtet, dass die schnelle Entstehung von chemischen Bindungen zwischen ihnen erleichtert wird, geschieht dies, sonst nicht. „Diese Einsicht erklärt, warum einige Thymin-Basen häufiger geschädigt werden als andere“, erklärt Kohler. „und es deutet darauf hin, dass Wissenschaftler die Schadmuster der DNA verstehen können, indem sie die Faktoren untersuchen, die beeinflussen, wie die Basen im Raum angeordnet sind.“
(Ohio State Universität, 02.02.2007 - NPO)
 
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