Fadenwürmer in der Sperrzone von Tschernobyl zeigen keine DNA-Schäden

Mikroskopisch kleine Würmer, die ihr gesamtes Leben in der stark radioaktiven Umgebung der Sperrzone von Tschernobyl (CEZ) verbringen, scheinen dabei völlig frei von Strahlenschäden zu bleiben.

Bei Fadenwürmern, die dort gesammelt wurden, fanden sich keine Hinweise auf Schäden an ihrem Genom – entgegen dem, was man bei Organismen in einer derart gefährlichen Umgebung erwarten würde.

Die Anfang dieses Jahres veröffentlichte Erkenntnis bedeutet nach Angaben der Forschenden nicht, dass die CEZ sicher sei. Vielmehr deute sie darauf hin, dass diese Würmer widerstandsfähig sind und sich geschickt an Bedingungen anpassen können, die für andere Arten lebensfeindlich sein könnten.

Nach Ansicht eines von Sophia Tintori von der New York University geleiteten Biologieteams könnte dies Einblicke in Mechanismen der DNA-Reparatur liefern, die eines Tages für die Humanmedizin nutzbar gemacht werden könnten.

Die radioaktive Sperrzone von Tschernobyl

Seit der Explosion eines Reaktors im Kernkraftwerk Tschernobyl im April 1986 ist das Gebiet rund um die Anlage und die nahe gelegene ukrainische Stadt Prypjat für Menschen ohne behördliche Genehmigung streng gesperrt.

Radioaktive Stoffe, die sich in der Umwelt ablagerten, setzen Organismen extrem unsicheren Mengen ionisierender Strahlung aus. Dadurch steigt das Risiko für Mutationen, Krebs und Tod erheblich.

Es wird Tausende Jahre dauern, bis „Chornobyl“, wie Tschernobyl in der Ukraine geschrieben wird, wieder für Menschen bewohnbar ist. Das wissen die meisten von uns und halten sich entsprechend fern. Tiere hingegen verstehen nicht, dass sie Abstand halten sollten. Sie gehen, wohin sie wollen, und die Sperrzone hat sich seither in eine ungewöhnliche, radioaktive 2.600-Quadratkilometer-Tierzuflucht verwandelt.

Untersuchungen an Tieren aus der Region haben deutliche genetische Unterschiede gegenüber Tieren aus anderen Gebieten gezeigt. Über die Folgen der Katastrophe für die örtlichen Ökosysteme ist jedoch weiterhin vieles unbekannt.

„Chornobyl war eine Tragödie unvorstellbaren Ausmaßes, doch wir verstehen die Auswirkungen der Katastrophe auf lokale Populationen noch immer nicht besonders gut“, sagte Tintori damals. „Hat die abrupte Veränderung der Umwelt Arten – oder sogar einzelne Individuen innerhalb einer Art – begünstigt, die von Natur aus widerstandsfähiger gegen ionisierende Strahlung sind?“

Fadenwürmer aus der CEZ und ihre DNA

Eine Möglichkeit, dieser Frage näherzukommen, besteht darin, Fadenwürmer zu untersuchen – mikroskopisch kleine Rundwürmer, die in zahlreichen Lebensräumen vorkommen, darunter auch in den Körpern anderer Organismen. Fadenwürmer können bemerkenswert robust sein: Mehrfach wurden Nematoden dokumentiert, die nach Tausenden Jahren im Permafrost wieder erwachten.

Ihre Genome sind einfach aufgebaut, und ihr Leben ist kurz. Dadurch lassen sich mehrere Generationen in einem vergleichsweise kurzen Zeitraum erforschen. Das macht sie zu hervorragenden Modellorganismen für Untersuchungen etwa zur biologischen Entwicklung, zur DNA-Reparatur und zur Reaktion auf Giftstoffe.

Aus diesem Grund suchten Tintori und ihre Kolleginnen und Kollegen in Chornobyl nach Fadenwürmern der Art Oschieus tipulae, die üblicherweise im Boden lebt.

Sie sammelten Hunderte Nematoden aus verrottetem Obst, Laubstreu und Erde in der CEZ. Dabei maßen sie die Umgebungsstrahlung mit Geigerzählern und trugen Schutzanzüge gegen radioaktiven Staub.

Fast 300 der Würmer aus der CEZ wurden im Labor kultiviert. Für die Genomsequenzierung wählten die Forschenden 15 Exemplare von O. tipulae aus.

Diese sequenzierten Genome verglichen sie anschließend mit den sequenzierten Genomen von fünf O. tipulae-Exemplaren aus anderen Teilen der Welt: von den Philippinen, aus Deutschland, den Vereinigten Staaten, Mauritius und Australien.

Die Würmer aus der CEZ waren einander genetisch überwiegend ähnlicher als den übrigen Würmern. Über alle 20 Stämme hinweg entsprach die genetische Distanz der geografischen Entfernung. Hinweise auf DNA-Schäden durch die radioaktive Umgebung fehlten jedoch.

Das Team analysierte die Genome der Würmer sorgfältig und fand keine Belege für die großräumigen Chromosomenumlagerungen, die in einer mutagenen Umwelt zu erwarten wären. Ebenso zeigte sich kein Zusammenhang zwischen der Mutationsrate der Würmer und der Stärke der Umgebungsstrahlung an dem Ort, von dem jedes einzelne Tier stammte.

Schließlich untersuchten die Forschenden die Nachkommen jedes der 20 Wurmstämme, um festzustellen, wie gut die Population DNA-Schäden toleriert. Zwar wies jede Linie ein anderes Toleranzniveau auf, doch auch dieses stand in keinem Zusammenhang mit der Umgebungsstrahlung, der ihre Vorfahren ausgesetzt gewesen waren.

Das Team konnte daher nur schlussfolgern, dass es keine Hinweise auf genetische Auswirkungen der Umwelt in der CEZ auf die Genome von O. tipulae gibt.

Die Ergebnisse könnten Forschenden zudem dabei helfen zu verstehen, warum manche Menschen anfälliger für Krebs sind als andere.

„Jetzt, da wir wissen, welche Stämme von O. tipulae empfindlicher oder toleranter gegenüber DNA-Schäden sind, können wir diese Stämme nutzen, um zu untersuchen, warum manche Individuen häufiger als andere unter den Auswirkungen von Karzinogenen leiden“, sagte Tintori.

„Darüber nachzudenken, wie unterschiedlich Individuen auf DNA-schädigende Stoffe in der Umwelt reagieren, wird uns helfen, unsere eigenen Risikofaktoren klarer zu erkennen.“

Die Studie wurde in den Verhandlungen der Nationalen Akademie der Wissenschaften veröffentlicht.

Eine frühere Fassung dieses Artikels erschien im März 2024.