Nematoden in der Sperrzone von Tschernobyl zeigen keine Strahlenschäden

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

Bei Nematoden, die in diesem Gebiet gesammelt wurden, fanden sich keine Hinweise auf Schäden an ihrem Erbgut – entgegen dem, was man bei Organismen an einem derart gefährlichen Ort erwarten würde. Die Anfang dieses Jahres veröffentlichte Untersuchung bedeutet nach Angaben der Forschenden nicht, dass die CEZ sicher ist. Vielmehr seien die Würmer widerstandsfähig und könnten sich geschickt an Bedingungen anpassen, die für andere Arten unwirtlich wären.

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 sind das umliegende Gebiet und die nahe gelegene ukrainische Stadt Prypjat für Menschen ohne staatliche Genehmigung streng gesperrt. Die in der Umwelt abgelagerten radioaktiven Stoffe setzen Organismen extrem gefährlichen Dosen ionisierender Strahlung aus und erhöhen damit das Risiko für Mutationen, Krebs und Tod erheblich.

Es wird noch Tausende Jahre dauern, bis „Chornobyl“, wie Tschernobyl in der Ukraine geschrieben wird, wieder für Menschen bewohnbar ist. Die meisten Menschen wissen das und halten sich entsprechend fern. Tiere hingegen verstehen nicht, dass sie Abstand halten sollten. Sie gehen dorthin, wohin sie wollen, und so entwickelte sich die Sperrzone zu einer ungewöhnlichen, radioaktiven Schutzzone für Tiere mit einer Fläche von 2.600 Quadratkilometern (1.000 Quadratmeilen).

Untersuchungen an Tieren der Region haben deutliche genetische Unterschiede gegenüber Tieren außerhalb des Gebiets gezeigt. Dennoch ist über die Folgen der Katastrophe für die lokalen Ökosysteme weiterhin vieles unbekannt.

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

Nematoden als Modellorganismen

Eine Möglichkeit, dieser Frage näherzukommen, besteht in der Untersuchung von Nematoden – mikroskopisch kleinen Fadenwürmern, die in unterschiedlichsten Lebensräumen vorkommen, auch in den Körpern anderer Organismen. Nematoden können ausgesprochen robust sein: Mehrfach wurden Fadenwürmer beobachtet, die nach Tausenden Jahren in gefrorenem Permafrost wieder erwachten.

Ihre Genome sind einfach aufgebaut, und ihre Lebensspanne ist kurz. Dadurch lassen sich innerhalb kurzer Zeit mehrere Generationen erforschen. Das macht sie zu hervorragenden Modellorganismen für verschiedene Forschungsbereiche – von der biologischen Entwicklung über DNA-Reparatur bis zur Reaktion auf Giftstoffe. Deshalb suchten Tintori und ihre Kolleginnen und Kollegen in Chornobyl nach Nematoden der Art Oschieus tipulae, die gewöhnlich im Boden lebt.

Mithilfe von Geigerzählern ermittelten sie die Umgebungsstrahlung und trugen Schutzanzüge gegen radioaktiven Staub. Anschließend sammelten sie in der CEZ Hunderte Nematoden aus verrottetem Obst, Laubstreu und Erde. Fast 300 der gesammelten Würmer wurden im Labor kultiviert; 15 Exemplare von O. tipulae wählte das Team für die Genomsequenzierung aus.

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

Keine erkennbaren Strahlenschäden im Genom

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

Das Team untersuchte die Genome der Würmer sorgfältig und fand keinerlei Belege für die großflächigen Umlagerungen von Chromosomen, die in einer mutagenen Umgebung zu erwarten wären. Ebenso zeigte sich kein Zusammenhang zwischen der Mutationsrate der Würmer und der Stärke der Umgebungsstrahlung an dem jeweiligen Fundort.

Zum Schluss testeten die Forschenden die Nachkommen aller 20 Wurmstämme, um festzustellen, wie gut die Population DNA-Schäden verträgt. Zwar wies jede Abstammungslinie ein anderes Toleranzniveau auf, doch auch dieses stand in keinem Zusammenhang mit der Umgebungsstrahlung, der ihre Vorfahren ausgesetzt gewesen waren.

Das Team konnte daher lediglich feststellen, dass es keine Belege für genetische Auswirkungen der Umwelt in der CEZ auf die Genome von O. tipulae gibt.

Die Ergebnisse könnten Forschenden jedoch dabei helfen, besser 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 eher als andere unter den Auswirkungen von Karzinogenen leiden“, sagte Tintari.

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

Die Forschung wurde in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.

Eine frühere Fassung dieses Artikels erschien im März 2024.