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NASA-Forscherin entwickelt Diagnoseverfahren

DNA-Schäden im Blut im Fokus – im Weltall und auf der Erde

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

„Unser System darf nicht größer und schwerer als ein Smartphone sein.“ Dr. Maria Moreno-Villanueva, Invited Senior Scientist, NASA Johnson Space Center, Houston/USA
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„Unser System darf nicht größer und schwerer als ein Smartphone sein.“ Dr. Maria Moreno-Villanueva, Invited Senior Scientist, NASA Johnson Space Center, Houston/USA (Bild: Universität Konstanz)

Wie wirkt sich der Aufenthalt im Weltall auf Astronauten aus? Dr. Maria Moreno-Villanueva erläutert im LP-Interview, warum dies permanent überwacht werden sollte und welche Auswirkungen ihre Arbeiten auf Labordiagnostik auf der Erde haben kann. Das Gespräch führte LP-Chefredakteur Marc Platthaus.

LP: Astronauten sind bei ihrer Arbeit im All einer Vielzahl von Gefahren ausgesetzt, die DNA-Schädigungen hervorrufen können. Welche Gefahren sind das hauptsächlich?

Dr. Maria Moreno-Villanueva: Das Magnetfeld der Erde, die so genannte Magnetosmosphäre, wirkt zwar wie ein riesiger Schutzschild, doch sobald der Mensch die nächste Umgebung der Erde verlässt, wird er ständig von Strahlen bedroht. Besonders die geplanten Missionen zum Mars sind gefährlich, wenn Astronauten das schützende Magnetfeld verlassen. Je weiter wir uns von der Erdoberfläche entfernen, desto mehr energiereiche Partikel aus dem Weltall treffen auf unseren Körper.

LP: Und was verursachen diese energiereichen Partikel?

Moreno-Villanueva: Solche kosmischen Partikel können chemische Bindungen in der DNA aufbrechen und Mutationen verursachen, die zu schweren Erkrankungen wie Krebs führen können. Im Weltall herrscht aber auch Schwerelosigkeit. Der Einfluss der Mikrogravitation auf lebende Organismen wird seit vielen Jahren untersucht. Fehlende Schwerkraft wirkt sich negativ auf Blutkreislauf, Muskeln- und Knochenmasse sowie das Immunsystem aus. Das haben mehrere Untersuchungen am Menschen und an Tiermodellen gezeigt. Experimente auf zellulärer Ebene in der Internationalen Raumstation ISS und unter simulierten Laborbedingungen, die den Einfluss der Mikrogravitation auf DNA-Schädigung untersuchen, zeigen teilweise widersprechende Ergebnisse. Weitere Weltraum­experimente sind deshalb notwendig, um den Einfluss von Mikrogravitation auf genetische Veränderungen in den menschlichen Zellen zu untersuchen.

LP: Sie arbeiten derzeit bei der NASA an einem automatisierten Diagnoseverfahren, welches im Weltall eingesetzt werden soll, um DNA-Schäden im Blut nachzuweisen. Worauf beruht das Verfahren?

Ergänzendes zum Thema
 
Zur Person  Dr. Maria Moreno-Villanueva

Moreno-Villanueva: Es handelt sich dabei um ein bekanntes biochemisches Verfahren, das wir aber zum Teil modifizieren wollen. Die verschiedenen chemischen Stoffe werden in einem geschlossenen System zu den Blutzellen zugegeben. Die chemischen und physikalischen Bedingungen, die zur Detektion von DNA-Strangbrüchen notwendig sind, werden im Gerät konstant gehalten. Das Neue dabei ist nicht das Verfahren selbst, sondern das Gerät. Die Idee wird von der NASA unterstützt und die Experimente werden am Johnson Space Center in Zusammenarbeit mit meiner amerikanischen Kollegin Stephanie Krieger durchgeführt.

LP: Welche außergewöhnlichen Herausforderungen und Schwierigkeiten stellen sich durch das Arbeiten in der Schwerelosigkeit?

Moreno-Villanueva: Eine Herausforderung wird die Handhabung von Flüssigkeiten sein. Die kontrollierte Zugabe und Durchmischung der chemischen Stoffe ist Voraussetzung für den Erfolg der Messung. Die Schwerelosigkeit beeinflusst das Verhalten von Flüssigkeiten – es gibt kein Oben und Unten. Flüssigkeiten tendieren dazu, sich gleichmäßig zu verteilen. Das passiert übrigens auch im Körper – ohne die Wirkung der Schwerkraft fließen das Blut und andere Körperflüssigkeiten zum Kopf hin. Wenn diese erste Herausforderung überwunden ist, geht es an die Konstruktion des Analyse-Gerätes. Jedes Gramm, welches zur Raumstation transportiert werden soll, ist mit Energieaufwand und sehr hohen Kosten verbunden. Daneben ist auch der Platz limitiert. Aus diesen Gründen darf das Gerät nicht größer als ein Smartphone sein.

LP: Wo kann das Diagnosegerät nach seinem Einsatz im All später Verwendung finden?

Moreno-Villanueva: Eigentlich überall dort, wo Interesse besteht, DNA-Schäden nachzuweisen. Solche Methoden gibt es seit langem und sie werden in Bereichen der Toxikologie, Pharmakologie, Medizin, Epidemiologie aber auch in der Kosmetikindustrie eingesetzt. Aber soweit ich weiß, gibt es keine Lösung die schnell und günstig ist, ähnlich einem Schwangerschafts- oder Blutzuckertest. Das Verfahren könnte z.B. in der personalisierten Medizin benutzt werden, wo die Strahlenwirkung auf Tumore oder gesunde Zellen individuell bewacht werden könnte. Ich bin fest davon überzeugt, dass es möglich sein muss, ein solches Verfahren zu entwickeln. Schließlich basieren andere medizinische Tests wie die genannten Schwangerschafts- oder Blutzuckertests auch auf enzymatischen oder biochemischen Reaktionen. Nichtsdestotrotz sind wir ganz am Anfang. Ich bin zwar optimistisch aber auch vorsichtig: Solche Entwicklungen können sehr viel Zeit in Anspruch nehmen. Ende des Jahres werden wir mehr wissen.

Vielen Dank für das Gespräch Frau Dr. Moreno-Villanueva.

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