UV-Licht, Radioaktivität oder freie Radikale – biologische Prozesse und verschiedene Umwelteinflüsse nagen ständig am Erbgut in unseren Körperzellen. Diese Schäden können im schlimmsten Fall zur Entstehung von Krebs führen. Deshalb müssen in unserem Körper ständig Instandhaltungsmaßnahmen durchgeführt werden: Zellen verfügen dazu über verschiedene natürliche Strategien, mit denen sie beschädigte DNA reparieren können. Im Fall von Astronauten ist eine effiziente Flickarbeit besonders wichtig: Da sie sich außerhalb der schützenden Erdatmosphäre befinden, sind sie verstärkt ionisierender Strahlung ausgesetzt und damit einem erhöhten Risiko von genetischen Schäden.
Bisher ist allerdings unklar, inwieweit das DNA-Reparatursystem auf die veränderten Schwerkraftbedingungen im Weltraum reagiert. Es gibt Hinweise darauf, dass die Bedingungen der Mikrogravitation die Art und Weise der Reparatur beeinflusst. Dies lässt befürchten, dass zusätzlich zu der höheren Belastung die genetischen Selbstheilungskräfte von Raumfahrern beeinträchtigt sein könnten. Die weitere Erforschung dieses Themas wurde bisher durch technologische und sicherheitstechnische Hindernisse eingeschränkt: Der Einsatz von Untersuchungstechniken, bei denen genetisches Material etwa durch Strahlung experimentell geschädigt wird, sind auf der ISS problematisch. Außerdem führen sie zu unspezifischen Schäden an der DNA, sodass Reparaturprozesse nicht gezielt untersucht werden können.
Knifflige Laborarbeit in der Schwebe
Deshalb haben die Forscher um Sarah Stahl-Rommel vom Johnson Space Center der NASA in Houston nun eine neue Untersuchungsmethode für den Einsatz im Weltraum entwickelt. Sie basiert auf der CRISPR/Cas9-Genom-Editierungstechnologie. Die Spezifität bei der DNA-Schneidefunktion hat dieses Werkzeug berühmt gemacht. Sie beruht auf der Kombination eines Genabschnitts mit der Zielinformation mit einem Enzym, das als Schere fungiert. Dieses Gespann ist in der Lage, gezielt an bestimmte DNA-Abfolgen im Erbgut zu binden und diese zu schneiden. So lassen sich auch gezielt experimentelle Schäden an der DNA erzeugen, um anschließende Reparaturmechanismen zu untersuchen, erklären die Forscher. In ihrem Fokus stehen dabei besonders gefährliche DNA-Schäden: die sogenannten Doppelstrangbrüche.
Die Wissenschaftler nutzen für ihr Space-CRISPR/Cas9-Verfahren den einzelligen Hefepilz Saccharomyces cerevisiae. Denn diese eukaryontischen Organismen lassen sich leicht handhaben und besitzen einen Zellkern wie wir sowie ähnliche DNA-Reparaturmechanismen. Wie die Forscher berichten, bestand die Herausforderung bei der Entwicklung des Verfahrens vor allem darin, die Methoden, die auf der Erde bei der CRISPR/Cas9-Technologie eingesetzt werden, an die Schwerelosigkeit anzupassen. Man kann sich dabei leicht vorstellen, dass viele Reagenzien, Verfahren und Arbeitsweisen wie sie bei der irdischen Laborarbeit zum Einsatz kommen, im Schwebezustand schlecht oder gar nicht funktionieren.
