Forscher finden DNA-Schutzschild gegen UV-Licht
Die Wirkung des Sonnenlichts auf unserer Haut unterstützt das Wohlbefinden der Menschen. Allerdings bringt es nicht nur den erwünschten Nebeneffekt einer braunen Haut, sondern setzt auch schädliche Prozesse in Gang, die zu schweren Krankheiten wie Hautkrebs führen. Forschern in Österreich ist es gelungen, die Mechanismen zu enträtseln, mit denen sich die DNA (Desoxyribonukleinsäure) vor dem UV (ultraviolettem) -Licht der Sonne schützt. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht. Unter der Leitung von Professor Hans Lischka vom Institut für Theoretische Chemie an der Universität Wien in Österreich wollten die Wissenschaftler die ultraschnellen Prozesse der Fotostabilität der Nukleobasen untersuchen, ohne die DNA und RNA (Ribonukleinsäure) durch UV-Strahlen sehr rasch abgebaut würden. Den Forschern zufolge ist der untersuchte Prozess "einfach und doch hochkomplex: Wenn das UV-Licht die Elektronen auf ein höheres Energieniveau bringt, kehren diese ultraschnell in den Ausgangszustand zurück. Dabei wird elektronische Energie in Wärme umgewandelt." Trotz der Komplexität dieses Prozesses, so die Forscher um Professor Lischka, läuft dieser Prozess "in bis zu einer Billiardstel Sekunde ab - eine unvorstellbar kurze Zeit." Zusammen mit Mario Barbatti vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Deutschland und Experten von der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in Prag schuf Professor Lischka mit innovativen Computersimulationen ein anschauliches, dynamisches Bild der Fotostabilität der Nukleobasen. Die Arbeitsgruppe zeigte, wie sich die DNA-Bestandteile - die Nukleotide, die in DNA und RNA für die Ausbildung von Basenpaaren verantwortlich sind - unter UV-Bestrahlung gegen Zersetzung schützen. Den Wissenschaftlern zufolge lag die wichtigste Innovation der Studie "in der detailgetreuen Berechnung der Kopplung der Bewegungen der Elektronen mit jener der Atomkerne." Zum Einsatz kamen dabei weltweit einzigartige Methoden der Quantenchemie, die am Institut für Theoretische Chemie entwickelt wurden. "Die berechneten Bewegungszustände der Nukleobasen zeigen ein äußerst bemerkenswertes dynamisches Zeitverhalten, das sich innerhalb mehrerer Größenordnungen erstreckt", erklärten die Forscher. Diese reichten "vom Pico/Billionstel- bis Femto/Billiardstel-Sekunden-Bereich". "Der numerische Aufwand dieser Untersuchungen war enorm" und konnte nur mithilfe der kombinierten Computerressourcen von Wiens akademischen Einrichtungen gemeistert werden. Die Forscher sind überzeugt, dass sich die neu entwickelten Methoden nicht nur zur Aufklärung der Dynamik in DNA-Nukleobasen, sondern auch zur Untersuchung fotophysikalischer Vorgänge in der DNA selbst und im technologisch bedeutsamen Gebiet der Fotovoltaik eignen. "Mit den neuen Methoden lassen sich grundlegende Prozesse des Transportes von elektronischer Anregungsenergie und der Ladungstrennung zur Stromgewinnung besser verstehen", sagen sie voraus.
Länder
Österreich, Tschechien, Deutschland