Extrem zerstörerische Wirkung

10. Mai 2003, 10:00
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Sogar Elektronen mit nahezu null Energie schädigen biologisches Gewebe

Seit Jahren versuchen Forscher die Wirkung energiereicher Strahlung wie beispielsweise Alpha-, Beta- und Gammastrahlen sowie Schwerionenstrahlen auf biologisches Gewebe zu untersuchen. Es zeigte sich, dass nicht nur primäre Strahlen zu Schäden des biologischen Materials führen, sondern dass in zwei Dritteln der Fälle sekundäre Prozesse für die Zerstörung der Zellmaterialien verantwortlich sind.

Die zahlenmäßig häufigste Sekundärkomponente sind Elektronen mit Energien von rund 20 eV (Elektronenvolt): Durch primäre Strahlung entstehen etwa 10.000 Elektronen pro Million eV. Die meisten dieser Sekundärelektronen verlieren sehr rasch an Energie, bis sie dann - die bisherige Meinung - als unschädliche thermische (energielose) Elektronen zwischen den Wassermolekülen der Zelle gelöst werden.

Forscher haben laut Fachzeitschrift Science gezeigt, dass diese Elektronen zwischen drei und 20 eV noch erhebliche genotoxische (Erbgut schädigende) Wirkung haben, unter anderem auch zu Doppelstrangbrüchen der DNA führen können. Ein Innsbrucker Forscherteam um Tilmann Märk am Institut für Ionenphysik ist in einer vom Wissenschaftsfonds geförderten Arbeit nun der Frage nachgegangen, ob auch Elektronen mit Energien unter drei eV eventuell Schäden in Zellmaterial anrichten können.

Dazu wurden isolierte Uracylmoleküle (Uracyl ist eines der Basismoleküle der RNA) mit langsamen Elektronen genau definierter Energie beschossen und die entstehenden Reaktionsprodukte analysiert. Wie Märk und seine Mitarbeiter in einem diese Woche erschienenen Artikel in den Physical Review Letters berichten, stellte sich dabei zur großen Überraschung heraus, dass auch Elektronen mit nahezu keiner kinetischen Energie (also im Energiebereich zwischen null und drei eV) bereits zur Zerstörung dieser Uracylmoleküle führen können. Die Elektronen lagern sich dabei an das Molekül an, bilden ein instabiles negativ geladenes Ion, das in der Folge in zwei Bruchstücke zerfällt.

Eines der Bruchstücke ist ein sehr mobiles Wasserstoffradikal. Da Radikale ebenfalls zellschädigend wirken, kommt es somit durch die entdeckte Reaktionskette zu einer sehr effektiven Schädigung des bestrahlten Materials.

Weitere Versuche der Innsbrucker Forscher, etwa an Thymin (einem Baustein der DNA), haben gezeigt, dass es sich bei diesem Zerstörungsmechanismus um ein weit verbreitetes Phänomen handeln muss, das bei der Betrachtung von Strahlenschäden auf molekularer Ebene, wie sie einerseits bei Radiotherapie (etwa in der Krebsbehandlung) und Radiodiagnostik, andererseits durch radioaktive Strahlung auftreten können, zu berücksichtigen ist.(DER STANDARD, Print-Ausgabe, 10./11. 5. 2003)

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