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Ungewöhnliche DNA-Struktur lässt Super-Bakterium das Tausendfache einer tödlichen Strahlendosis überstehen

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Diese Falschfarbenaufnahme zeigt die ringartige Genomstruktur in Deinococcus radiodurans. (Quelle: Smadar Levin-Zaidman, Weizmann-Institut)
Das Bakterium Deinococcus radiodurans überlebt das Tausendfache der Strahlendosis, die für den Menschen und die meisten anderen Organismen tödlich ist. Wissenschaftler vom israelischen Weizmann-Institut haben jetzt eine ringartige Form des Genoms dieses Bakteriums beobachtet. Sie vermuten, dass diese ungewöhnliche Ringform dem Bakterium bei der Rekonstruktion seiner durch die Strahlung zerstörten Erbgutsequenz hilft. Die Forscher stellen ihre Arbeit in der Fachzeitschrift Science (Bd. 299, S. 254) vor.

D. radiodurans überlebt eine Strahlendosis von 15.000 Gray. Zum Vergleich: Eine einmalige Dosis von zehn Gray ist für die meisten Organismen tödlich. Die natürliche Strahlenbelastung liegt in der Größenordnung von einem Tausendstel Gray pro Jahr. Die in Gray gemessene Energiedosis entspricht der pro Kilogramm Material aufgenommenen Strahlungsenergie, gemessen in Joule.

Durch starke Strahlung werden chemische Bindungen in der DNA, dem Träger der Erbinformation, zerstört. Das Molekül bricht auseinander. Abraham Minsky und seine Kollegen glauben, dass die von ihnen beobachtete dicht gepackte Ringstruktur dafür verantwortlich ist, dass die auseinandergebrochenen DNA-Stücke an ihrem Platz bleiben. Das erleichtert es dem bakterieneigenen Reparaturmechanismus, die DNA-Stücke wieder fehlerfrei zusammenzubringen.

Diese Schlussfolgerung wird durch eine andere Beobachtung unterstützt: In der Umgebung der DNA-Moleküle sind in D. radiodurans relativ hohe Mengen von zweifach positiv geladenen Mangan-Ionen gespeichert. Man weiß, dass solche Mangan-Ionen DNA-Moleküle dazu veranlassen, ringförmige Strukturen zu bilden. Eine von den Wissenschaftlern erzwungene Änderung der Mangan-Konzentration beeinträchtigte die Strahlungsresistenz der Bakterien. Gleichzeitig waren keine ringförmigen DNA-Strukturen mehr zu beobachten.

„Obwohl der Mechanismus dieses von den Mangan-Ionen hervorgerufenen Effektes unklar bleibt, sprechen unsere Beobachtungen dafür, dass die ringartige DNA-Struktur etwas mit der DNA-Reparaturfähigkeit der Bakterien zu tun hat“, mutmaßen die israelischen Wissenschaftler.

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Axel Tillemans
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