target - GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

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target WISSENSCHAFT GSI-Wissenschaftler können die Reparaturvorgänge in Zellen direkt beobachten Wissenschaftler am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung haben erstmals direkt die Reparaturvorgänge bei DNA-Schäden beobachtet, nachdem menschliche Zellen mit Ionen bestrahlt wurden. DNA-Schäden speziell durch Ionenstrahlen ermöglichen neue grundlegende Erkenntnisse darüber, wie die Reparatur in menschlichen Zellen generell abläuft. Das genaue Verständnis der Reparaturabläufe hilft Wissenschaftlern, die Entstehung von Krebs besser nachzuvollziehen und künftige Behandlungsmöglichkeiten zu entwickeln. Krebs kann entstehen, wenn DNA-Schäden fehlerhaft repariert werden. Seite 6 Die DNA, die das gesamte menschliche Erbgut enthält, ist in mehreren so genannten Chromosomen zusammengefasst. Die GSI-Wissenschaftler haben nun beobachtet, dass Proteine, die für die Reparatur verantwortlich sind, zur Schadensstelle hinwandern. Größere Bewegungen der Chromosomen sind für die Reparatur daher nicht nötig. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit am größten, dass es bei Reparaturfehlern zu einem Austausch von DNA-Bruchstücken zwischen benachbarten Chromosomen kommt. Dies führt zu einer Veränderung der Chromosomen - eine häufi ge Ursache für die Entstehung von Krebs. GSI-Wissenschaftler Dr. Burkhard Jakob am Messplatz zur Untersuchung der Zellproben Strahlenschäden in der Erbsubstanz des Menschen In dieser Darstellung sind Chromosomen mit menschlichem Erbgut sichtbar: Teile des grünen Chromosoms (Nr. 4) wurden mit dem violetten (Nr. 11) vertauscht. Diese Vertauschungen von Chromosomenteilen können durch Reparaturfehler nach Strahlenschäden entstehen und beispielsweise zur Entstehung von Krebs führen.
Ionenstrahlen, die DNA-Schäden verursachen, schädigen diese in einem räumlich begrenzten Bereich. Daher können die Wissenschaftler anschließend die Reparaturvorgänge in der Zelle an dieser Stelle genau beobachten. Andere Strahlungsarten, wie zum Beispiel Röntgenstrahlung, erzeugen Schäden, die über die gesamte Zelle verteilt sind. Dadurch wird es für die Wissenschaftler im Einzelnen schwieriger nachzuvollziehen, wie der Reparaturvorgang an einem Schadenspunkt vor sich geht. Die GSI-Wissenschaftler benutzen für ihre Beobachtungen einen neu entwickelten Messplatz am Beschleuniger des GSI. Dort können sie kultivierte lebende menschliche Zellen mit Ionen bestrahlen. Mit speziellen Mikroskopen beobachten sie die Reparaturvorgänge in den geschädigten Zellen unmittelbar nach der Bestrahlung mehrere Stunden lang. Dazu werden die Proteine, die für die Reparatur verantwortlich sind, mit speziellen fl uoreszierenden Farbstof- GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung 30‘ 40‘ 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h fen versehen, so dass sie im Mikroskop sichtbar sind. Wissenschaftlicher Kontakt: Dr. Burkhard Jakob, GSI Doppelt magischer Sauerstoffkern nachgewiesen Manche Atomkerne sind stabiler als andere. Das hängt von der Anzahl von Protonen und Neutronen in ihrem Kern ab. Wie die Elektronen der Atomhülle bilden auch Protonen und Neutronen abgeschlossene Schalen im Atomkern, die diesem eine erhöhte Stabilität verleihen. Ist sowohl die Protonen- als auch die Neutronenschale gefüllt, spricht man von einem doppelt magischen Kern. Beispielsweise ist die besondere Protonenzahl 8 Lage des 24 O-Kerns in der Nuklidkarte Stabilität von Blei auf eine solche Zusammensetzung zurückzuführen. Am GSI Helmholtzzentrum gelang den Wissenschaftlern nun der Nachweis, dass Sauerstoff mit einer Protonenzahl von Z=8 und einer Neutronenzahl von N=16 ( 24 O) ebenfalls doppelt magisch ist. 24 O-Kerne wurden am Fragmentseparator FRS erzeugt, separtiert und anschließend auf ein Kohlenstoff-Target 16 Neutronenzahl Ausgabe Nr. 2 3µm Entwicklungsverlauf der Reparatur einer mit Ionen bestrahlten Zelle über zwölf Stunden. An den DNA-Schäden sind die Reparaturproteine grün eingefärbt. Über zwölf Stunden ist so gut wie keine Bewegung der geschädigten DNA zu beobachten. geschossen. Die Wissenschaftler untersuchten gezielt die Sauerstoffkerne, die in der Reaktion genau ein Neutron verloren und sich zu einem 23 O-Kern umgewandelt hatten. Anhand dieser Reaktion konnten die Forscher auf die Besetzungswahrscheinlichkeit des 16ten Neutrons und dadurch auf die doppelt magische Struktur des Kerns schließen. Den Schalenabschluss bei N=16 hatten Theorien bereits für 24 O vorhergesagt. Dies konnte im Experiment bei GSI zum ersten Mal nachgewiesen werden. Die Untersuchung von leichten Kernen an der Neutronenabbruchkante erlaubt Rückschlüsse auf das Verhalten schwerer Kerne nahe der Neutronenabbruchkante, die im Experiment bisher noch nicht erzeugt werden konnten. Somit trägt das Ergebnis generell zum Verständnis der Struktur von exotischen Kernen bei. Wissenschaftlicher Kontakt: Dr. Chiara Nociforo, GSI Seite 7
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