Winzige Würmer vertragen die Strahlung von Tschernobyl, wie neue Forschungsergebnisse zeigen

Die Katastrophe im Kernkraftwerk Tschernobyl im Jahr 1986 verwandelte die Umgebung in die radioaktivste Landschaft der Erde. Menschen wurden evakuiert, aber viele Pflanzen und Tiere leben weiterhin in der Region, trotz der hohen Strahlungswerte, die fast vier Jahrzehnte später noch anhalten.

Eine neue Studie Erscheinen in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften und unter der Leitung von Forschern der New York University kommt zu dem Ergebnis, dass die chronische Strahlenexposition von Tschernobyl die Genome der heute dort lebenden mikroskopisch kleinen Würmer nicht geschädigt hat – was nicht bedeutet, dass die Region sicher ist, warnen die Wissenschaftler, sondern dass es sich bei diesen Würmern um eine Ausnahme handelt robust.

In den letzten Jahren haben Forscher herausgefunden, dass einige Tiere, die in der Sperrzone von Tschernobyl leben – der Region im Norden der Ukraine in einem Umkreis von 30 Kilometern um das Kraftwerk – sich physisch und genetisch von ihren Artgenossen anderswo unterscheiden, was Fragen über die Auswirkungen chronischer Erkrankungen aufwirft Strahlung auf DNA.

„Tschernobyl war eine Tragödie von unvorstellbarem Ausmaß, aber wir haben immer noch kein umfassendes Verständnis für die Auswirkungen der Katastrophe auf die lokale Bevölkerung“, sagte Sophia Tintori, Postdoktorandin am Fachbereich Biologie der NYU und Erstautorin des Buches Studie. „Hat die plötzliche Umweltveränderung Arten oder sogar Individuen innerhalb einer Art selektiert, die von Natur aus resistenter gegen ionisierende Strahlung sind?“

Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, griffen Tintori und ihre Kollegen auf Nematoden zurück, winzige Würmer mit einfachen Genomen und schneller Reproduktion, was sie besonders nützlich für das Verständnis grundlegender biologischer Phänomene macht.

„Diese Würmer leben überall, und sie leben schnell, also durchlaufen sie Dutzende Generationen der Evolution, während ein typisches Wirbeltier noch seine Schuhe anzieht“, sagte Matthew Rockman, Biologieprofessor an der NYU und leitender Autor der Studie.

„Ich hatte Aufnahmen der Sperrzone gesehen und war überrascht, wie üppig und überwuchert sie aussah – ich hätte nie gedacht, dass es dort voller Leben wimmelt“, fügte Tintori hinzu. „Wenn ich Würmer finden möchte, die besonders tolerant gegenüber Strahlenbelastung sind, ist dies eine Landschaft, die möglicherweise bereits dafür ausgewählt wurde.“

Die Würmer von Tschernobyl

In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern in der Ukraine und US-Kollegen – darunter dem Biologen Timothy Mousseau von der University of South Carolina, der die Auswirkungen der Strahlung der Katastrophen von Tschernobyl und Fukushima untersucht – besuchten Tintori und Rockman 2019 die Sperrzone von Tschernobyl, um zu sehen, ob chronische Strahlung vorhanden ist hatte einen erkennbaren Einfluss auf die Würmer in der Region.

Mit Geigerzählern zur Messung der örtlichen Strahlungswerte und persönlicher Schutzausrüstung zum Schutz vor radioaktivem Staub sammelten sie Würmer aus Bodenproben, verrottenden Früchten und anderem organischen Material. Würmer wurden an Orten in der gesamten Zone mit unterschiedlichen Strahlungsmengen gesammelt, die von niedrigen Strahlungswerten auf dem Niveau von New York City (vernachlässigbar radioaktiv) bis zu Standorten mit hoher Strahlung auf dem Niveau des Weltraums (gefährlich für Menschen, aber es ist unklar, ob dies der Fall wäre) reichen gefährlich für Würmer).

Nachdem das Team Proben auf dem Feld gesammelt hatte, brachte es sie in Mousseaus Feldlabor in einem ehemaligen Wohnhaus in Tschernobyl, wo sie Hunderte von Nematoden aus dem Boden oder den Früchten trennten. Von dort aus machten sie sich auf den Weg zu einem Hotel in Kiew, wo sie mithilfe von Reisemikroskopen von jedem Wurm Kulturen isolierten und etablierten.

Zurück im Labor der NYU untersuchten die Forscher die Würmer weiter – unter anderem auch durch das Einfrieren.

„Wir können Würmer kryokonservieren und sie dann für spätere Untersuchungen auftauen. Das bedeutet, dass wir die Evolution im Labor verhindern können, was bei den meisten anderen Tiermodellen unmöglich ist und sehr wertvoll ist, wenn wir Tiere vergleichen möchten, die unterschiedliche Evolutionsgeschichten durchlaufen haben.“ „, sagte Rockman.

Sie konzentrierten ihre Analysen auf 15 Würmer einer Nematodenart namens Oscheius tipulae, die in genetischen und evolutionären Studien verwendet wurde. Sie sequenzierten die Genome der 15 O. tipulae-Würmer aus Tschernobyl und verglichen sie mit den Genomen von fünf O. tipulae aus anderen Teilen der Welt.

Unterschiedliche DNA – aber nicht aufgrund von Strahlung

Überrascht stellten die Forscher fest, dass sie mithilfe verschiedener Analysen keine Anzeichen von Strahlenschäden im Genom der Würmer aus Tschernobyl feststellen konnten.

„Das bedeutet nicht, dass Tschernobyl sicher ist – es bedeutet eher, dass Nematoden wirklich widerstandsfähige Tiere sind und extremen Bedingungen standhalten können“, bemerkte Tintori. „Wir wissen auch nicht, wie lange jeder der von uns gesammelten Würmer in der Zone war, daher können wir nicht genau sagen, wie stark jeder Wurm und seine Vorfahren in den letzten vier Jahrzehnten der Exposition ausgesetzt waren.“

Die Forscher fragten sich, ob das Fehlen einer genetischen Signatur darauf zurückzuführen sei, dass die in Tschernobyl lebenden Würmer ihre DNA ungewöhnlich effektiv schützen oder reparieren. Sie entwickelten ein System, um zu vergleichen, wie schnell Populationen von Würmern wachsen, und nutzten es, um zu messen, wie empfindlich die Nachkommen der einzelnen Würmer sind 20 genetisch unterschiedliche Würmer wiesen unterschiedliche Arten von DNA-Schäden auf.

Zwar unterschieden sich die Abstammungslinien der Würmer darin, wie gut sie DNA-Schäden tolerierten, diese Unterschiede entsprachen jedoch nicht den Strahlungswerten an den einzelnen Sammelstellen. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass Würmer aus Tschernobyl nicht unbedingt strahlungstoleranter sind und die radioaktive Landschaft sie nicht zur Entwicklung gezwungen hat.

Was uns Würmer über unsere eigene Biologie lehren können

Die Ergebnisse geben Forschern Hinweise darauf, wie die DNA-Reparatur von Individuum zu Individuum variieren kann – und könnten trotz der genetischen Einfachheit von O. tipulae zu einem besseren Verständnis der natürlichen Variation beim Menschen führen.

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

Wie unterschiedliche Individuen einer Spezies auf DNA-Schäden reagieren, ist für Krebsforscher von größter Bedeutung, wenn sie verstehen wollen, warum manche Menschen mit einer genetischen Veranlagung für Krebs die Krankheit entwickeln, andere jedoch nicht.

„Wenn wir darüber nachdenken, wie Individuen unterschiedlich auf DNA-schädigende Wirkstoffe in der Umwelt reagieren, können wir uns eine klare Vorstellung von unseren eigenen Risikofaktoren machen“, fügte Tintori hinzu.

Weitere Studienautoren sind Derin Çağlar und Patrick Ortiz von der NYU, Timothy Mousseau von der University of South Carolina und Ihor Chyzhevskyi vom staatlichen Spezialunternehmen „Ecocentre“ in der Ukraine.