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Chromosomes - Strahlenbelastung kann Erbgut bei Astronauten beeinträchtigen (abgeschlossen)

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  • Veränderung der Chromosomen von Langzeitastronauten

    Veränderung der Chromosomen von Langzeitastronauten

    Die Aufnahme zeigt eine komplexe Veränderung der Chromosomen von Langzeitastronauten. Besonders betroffen sind in diesem Beispiel die Chromosomen 3, 7, 12, 15 und das X-Chromosom.

  • Chromosomen von peripheren Lymphozyten im Blut der Astronauten

    Chromosomen von peripheren Lymphozyten im Blut der Astronauten

    Für das Experiment wurden die Chromosomen von peripheren Lymphozyten im Blut der Astronauten auf Veränderungen untersucht. Dazu wurde den Astronauten zehn bis 15 Milliliter Blut einige Tage vor und kurz nach dem Flug entnommen.

  • Chromosomen in der Metaphase

    Chromosomen in der Metaphase

Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

Die Strahlung im Weltraum ist für Astronauten ein großer Risikofaktor für ihre Gesundheit. Sensoren - sogenannte Dosimeter - messen diese Weltraumstrahlung und liefern so wichtige Aufschlüsse über ihre Stärke und Zusammensetzung. Doch wie wirkt sich diese Strahlung auf das Erbgut von Organismen und damit letztendlich von Astronauten aus? Langzeitaufenthalte des Menschen im Weltraum können aufgrund der Strahlung zu erhöhten Mutationsraten von Chromosomen, sogenannten Chromosomen-Aberrationen, führen. Der Zusammenhang von Chromosomenveränderungen und einem erhöhten Krebsrisiko zeigt, wie wichtig diese Forschung ist. Prof. Günther Obe und Dr. Christian Johannes (Universität Duisburg-Essen) haben mit Hilfe neuer zytogenetischer Methoden im Chromosomes-Experiment mehr über die Mutationen auslösende (mutagene) Strahlenbelastung von ISS-Astronauten herausgefunden.

Experimentbeschreibung:

Für das Experiment wurden die Chromosomen von peripheren Lymphozyten im Blut der Astronauten auf Veränderungen untersucht. Dazu wurde den Astronauten zehn bis 15 Milliliter Blut einige Tage vor und kurz nach dem Flug entnommen. Lymphozyten aus dem Blut stehen gewissermaßen stellvertretend für alle Körperzellen. Sie zirkulieren mit dem Blut im ganzen Körper und besitzen zudem ein langes "Gedächtnis", indem sie nach Stimulation zur erneuten Zellteilung in der Zellkultur auch Veränderungen zeigen, die vor längerer Zeit entstanden sind. In Vorversuchen konnte nachgewiesen werden, dass die Mutationsrate mit der Aufenthaltsdauer und der Strahlendosis steigt. Damit können Chromosomenveränderungen gewissermaßen als "biologisches Dosimeter" herangezogen werden.

Um eine hohe Qualität der Ergebnisse zu erzielen, mussten die Proben innerhalb von 72 Stunden im Labor sein. Dort angekommen wurden die Lymphozyten aus den Blutproben aufbereitet (Mitose, Inkubation, Färbung) und mit Hilfe verschiedener mikroskopischer Analysemethoden auf verschiedene Veränderungen hin untersucht. Es folgte ein quantitativer Vergleich.

Status:

Chromosomes wurde in zwei Teilexperimenten von November 2002 bis Juli 2006 und von November 2005 bis April 2008 durchgeführt. Dabei setzten die Wissenschaftler im zweiten Teil erweiterte zytogenetische Methoden ein, um nun noch genauere Erkenntnisse über die mutagene Strahlenbelastung von ISS-Astronauten zu gewinnen.

Insgesamt wurden 13 Astronauten der ISS-Langzeitcrews untersucht. Zum Vergleich wurden Analysen an 16 Astronauten herangezogen, die sich während Shuttle-Missionen oder bei den sogenannten Taxiflügen mit Sojus-Kapseln zur ISS nur für acht bis 13 Tage im Weltraum aufgehalten hatten.

Ergebnisse:

Die Ergebnisse von ISS-Langzeit-Besatzungsmitgliedern zeigen eine leichte, signifikante Erhöhung (plus 0,33 Prozent) der Mutationsrate, während für die Kurzzeitcrews keine Veränderungen festgestellt wurden. Dabei traten bei den Langzeitastronauten sowohl Austausch- als auch komplexere Aberrationen auf.

Die meisten Lymphozyten haben im Körper nur eine relativ kurze Lebensdauer und werden beständig durch im Knochenmark neu gebildete Zellen ersetzt. Darum konnten bei Kontrolluntersuchungen wenige Monate nach dem Ende der Langzeitmissionen keine Veränderungen an Chromosomen dieser Zellen mehr festgestellt werden. Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass das Strahlenfeld des erdnahen Weltraums die Astronauten zwar belastet, aufgrund der schon eingesetzten Strahlenschutzmaßnahmen führen die Missionen jedoch nicht zu einer unverantwortbaren Gefährdung der Gesundheit.

Vor allem die starke Wirkung der sogenannten schweren Ionen in der Weltraumstrahlung verlangt eine verbesserte Abschirmung der Raumfahrzeuge, besonders für künftige exploratorische Langzeitmissionen zu Mond und Mars.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

Mit der beim ISS-Experiment Chromosomes genutzten Methodik werden auf der Erde bereits mutagene Belastungen durch Umweltgifte beim Menschen erfasst. Insbesondere bei unkontrollierten Strahlenexpositionen (Strahlenunfälle) werden Chromosomenschäden untersucht und gezählt, um die Dosis abzuschätzen. Hierbei wird den Ärzten eine recht genaue Information gegeben, sodass potenziell beeinträchtigte Personen entsprechend behandelt werden können.

Bodenexperiment: Blutproben wurden vor und nach dem Flug entnommen
Experiment-Zeitraum Chromosome-1: November 2002 bis Juli 2006;
Chromosome-2: November 2005 bis April 2008
Unterbringung Kennedy Space Center auf Merritt Island/Florida; Institut für Biomedizinische Probleme (IBMP) in Moskau
Experimentator Prof. Dr. Günther Obe; Dr. Christian Johannes
Einrichtung Universität Duisburg-Essen
Bereich Strahlenbiologie
Partner ESA, NASA

 

Zuletzt geändert am:
02.07.2014 15:59:31 Uhr