Kinder von Tschernobyl-Überlebenden haben keine erhöhte Mutationsrate

Am Morgen des 26. April 1986 explodierte ein Reaktor in einem Kernkraftwerk in der heutigen Nordukraine – und löste damit den tödlichsten Atomunfall der Geschichte aus. Das höllische Feuer spie riesige Wolken von radioaktivem Fallout aus, der in die Lungen der Menschen eindrang, sich auf Häusern, Feldern und Viehweiden niederließ und die Vorräte verseuchte. Milch, Salami und Eier wurden, in den Worten eines Nuklearingenieurs, „zu einem radioaktiven Nebenprodukt“.

Seither haben Forschende die Gesundheit der Bevölkerung überwacht, die die Katastrophe von Tschernobyl miterlebt hat – von den Menschen in den nahegelegenen Städten bis hin zu den „Liquidatoren“, die mit den Dekontaminierungsarbeiten betraut waren und einen riesigen Betonsarkophag über dem Gelände errichtet haben. Fast 35 Jahre später hat ein internationales Team einen umfassenden Blick auf die genetischen Auswirkungen der Katastrophe geworfen: Die zwei Studien, die das Ergebnis dieser Untersuchung sind, geben Grund zur Hoffnung.

Lange Zeit hatte man sich darüber gesorgt, wie die Katastrophe zukünftige Generationen beeinflussen könnte. Doch die größte Studie dieser Art, die jemals durchgeführt wurde – veröffentlicht am Donnerstag in „Science“ –, fand keine Beweise dafür, dass Eltern, die der Strahlung von Tschernobyl ausgesetzt waren, Mutationen an ihre Kinder weitergaben, die sie nach der Katastrophe empfingen. Die Forscher hoffen, dass die Ergebnisse auch anderen Bevölkerungsgruppen zugutekommen werden, die von nuklearen Unfällen betroffen sind – wie zum Beispiel jenen, die 2011 durch die Kernschmelze im japanischen Atomkraftwerk Fukushima Daiichi aus ihren Heimatstädten vertrieben wurden.

„Wenn es eine schädliche Mutation gibt, dann wird sie selten auftreten. Wir können nicht sagen, dass sie nie passieren wird, aber wir sehen das nicht als eine allgemeine Krise der öffentlichen Gesundheit“, resümiert Stephen Chanock. Der leitende Autor der beiden Studien ist der Direktor der Abteilung für Krebsepidemiologie und -genetik des U.S. National Cancer Institute. „Wir denken, [die Ergebnisse] sollten beruhigend sein.“

„Während die Studie [...] nicht völlig ausschließen kann, dass solche Effekte auftreten könnten, geht klar daraus hervor, dass die Risiken wesentlich geringer sind als bisher angenommen“, sagt Robert Ullrich. Er ist der stellvertretende Vorsitzende der Radiation Effects Research Foundation, einer US-amerikanisch-japanischen Kooperation mit Sitz in Hiroshima und Nagasaki. Ullrich war nicht an den Studien beteiligt. „Wenn diese Ergebnisse bestätigt werden können, denke ich, dass wesentliche Änderungen der aktuellen Risikoabschätzungen gerechtfertigt wären.“

Die andere Studie des Teams, die ebenfalls in „Science“ veröffentlicht wurde, untersucht den Zusammenhang zwischen dem Fallout von Tschernobyl und Hunderten von Fällen von Schilddrüsenkrebs bei Menschen, die der Strahlung ausgesetzt waren. Die Arbeit liefert neue Details darüber, wie diese Krebsarten entstanden sind. Aber die Forschenden fanden auch heraus, dass durch Strahlung verursachte Krebsarten keine einzigartigen „Biomarker“ aufweisen, die sie von anderen Arten unterscheiden.

Beide Studien verdeutlichen letzten Endes auch, wie sehr die modernen Fortschritte in der DNA-Forschung die Erforschung von Krebs verbessert haben – und wie wichtig es weiterhin ist, zu untersuchen, wie Strahlung die menschliche Gesundheit beeinflussen kann.

Galerie: Das grausame Erbe der Atomwaffen

„Die beiden Studien stellen kritische Meilensteine in der Bewertung von Strahlungseffekten beim Menschen als Reaktion auf den Tschernobyl-Unfall dar“, schrieb Shaheen Dewji in einer E-Mail. Die Strahlenschutzphysikerin an der Texas A&M University war nicht an der Studie beteiligt.

Jahrzehntelang haben Forscher die Überlebenden der Atombombenabwürfe auf Hiroshima und Nagasaki von 1945 untersucht, um den Zusammenhang zwischen Strahlung und langfristigen Gesundheitsrisiken zu ermitteln. Aber diese Katastrophen sorgten für große Strahlungsdosen, die über einen sehr kurzen Zeitraum absorbiert wurden. Im Gegensatz dazu war die Bevölkerung in Tschernobyl geringeren Strahlungsdosen über einen längeren Zeitraum ausgesetzt. Dieser Fall wurde insbesondere in großem Maßstab und mit neuen DNA-Techniken noch nicht so eingehend untersucht.

Um die Risiken dieser Strahlungswerte zu verstehen, haben sich Wissenschaftler stark auf Laborstudien an Mäusen gestützt. Einige frühere genetische Studien von Menschen, die von der Tschernobyl-Strahlung betroffen waren, hatten behauptet, Hinweise auf vererbbare Mutationen gefunden zu haben. Insbesondere sticht dabei eine Studie aus dem Jahr 1996 hervor, die übermäßige Veränderungen in den „Minisatelliten“ von Kindern fand: sich wiederholende, mutationsanfällige Abschnitte der DNA, die keine Proteine kodieren.

Doch die Minisatelliten, die in der Studie von 1996 untersucht wurden, stehen in keinem eindeutigen Zusammenhang mit den gesundheitlichen Folgen. Spätere Überprüfungen der wissenschaftlichen Literatur ergaben, dass, wenn verstrahlte Eltern Mutationen an ihre Kinder weitergaben, die Gesundheitsrisiken gering waren. Die neuen Studien untersuchen mehr Menschen als frühere Tschernobyl-Studien, und dank der modernen Technologie konnten die Forschenden einen viel genaueren Blick auf die DNA der Teilnehmenden werfen.

Der Genetiker Yuri Dubrova von der University of Leicester ist der Hauptautor der Studie aus dem Jahr 1996. Er sagt in einer E-Mail, dass zwar weitere Forschung an menschlichen Spermien und Eiern notwendig sei, aber „die Autoren [der neuen Studien] haben eine hervorragende Arbeit geleistet: sehr beeindruckende Größe und eine sehr hohe Genomabdeckung.“

Überlebenden haben keine erhöhte Mutationsrate

Von 2014 bis 2018 sequenzierte ein Team unter der Leitung von Meredith Yeager, einer Forscherin am U.S. National Cancer Institute, die Genome von 130 Kindern, die nach dem Unfall gezeugt und zwischen 1987 und 2002 geboren wurden. Auch die Genome der Eltern dieser Kinder wurden sequenziert. Die Studie konzentrierte sich auf Familien, in denen mindestens ein Elternteil in einem Umkreis von 70 Kilometern um Tschernobyl lebte oder als Liquidator bei den Aufräumarbeiten am Unfallort tätig war.

Yeagers Team verwendete auch frühere Daten, um die Strahlendosis, die jedes Elternteil erhalten hatte, akribisch zu rekonstruieren. Bei den Vätern der Studie hatten Hoden zum Beispiel eine durchschnittliche Strahlendosis von 365 Milligray aufgenommen – etwa hundertmal mehr als bei einer durchschnittlichen Röntgenaufnahme des Beckens.

Um zu testen, ob die Strahlung die DNA der Kinder beeinflusst hatte, beobachteten die Forscher De-novo-Mutationen, also leichte Variationen in der DNA eines Kindes, die bei keinem der biologischen Elternteile vorhanden sind. Diese Art von Mutationen treten auf natürliche Weise auf, da die zelluläre Maschinerie, die unsere DNA bei der Zellteilung kopiert – einschließlich der Zellen, die Spermien und Eizellen produzieren – gelegentlich Fehler macht. Im Durchschnitt trägt jeder von uns zwischen 50 und 100 dieser zufälligen Mutationen in seinem eigenen Genom, die unsere DNA von der unserer Eltern unterscheiden.

Wenn die Strahlung einen Effekt hätte, würden die Forschenden erwarten, mehr Mutationen bei Kindern zu sehen, deren Eltern höheren Strahlungsdosen ausgesetzt waren. Aber als Yeager und ihre Kollegen die DNA der Familien durchkämmten, sahen sie keinen solchen Zusammenhang. Stattdessen war der größte Einflussfaktor auf die Anzahl der De-novo-Mutationen das Alter des Vaters.

Der Schildkrüsenkrebs

Die Studien geben auch einen detaillierten Einblick in die Art und Weise, wie die Strahlung des Tschernobyl-Fallouts Schilddrüsenkrebs in der Schilddrüse verursacht. Die schmetterlingsförmige Drüse spielt eine entscheidende Rolle im menschlichen Stoffwechsel. Schilddrüsenkrebs ist gut behandelbar, die Überlebensrate liegt bei über 90 Prozent. In den ersten 20 Jahren nach Tschernobyl starben nur sehr wenige Menschen an Schilddrüsenkrebs im Zusammenhang mit dem Fallout.

Frühere Forschungen hatten ergeben, dass Menschen, die dem Fallout von Tschernobyl ausgesetzt waren, ein größeres Risiko für ein papilläres Schilddrüsenkarzinom hatten. Das galt besonders für solche Menschen, die zur Zeit der Nuklearkatastrophe noch kleine Kinder waren. Das liegt vor allem daran, dass der Fallout Jod-131 enthielt – eine radioaktive Art von Jod, die in die lokale Lebensmittelversorgung gelangte, nachdem sie sich auf Feldern und Viehweiden abgesetzt hatte. Wenn die Menschen kontaminierte Milch und Pflanzen zu sich nahmen, absorbierte ihr Körper das Jod-131 und reicherte es in ihren Schilddrüsen an. Die Strahlung, die dieses Jod-131 abgab, schädigte dann die DNA der Schilddrüsenzellen.

Dank der Fortschritte in der Genetik konnten Forschende den Tschernobyl-Datensatz nun nutzen, um „herauszufinden, wie ein Karzinogen tatsächlich Krebs verursacht“, sagt Lindsay Morton, eine Epidemiologin am U.S. National Cancer Institute und Hauptautorin der Studie.

Morton und ihre Kollegen untersuchten Gewebeproben von 440 Ukrainern, bei denen Schilddrüsenkrebs diagnostiziert worden war. 359 von ihnen waren der Strahlung von Tschernobyl ausgesetzt gewesen. Die meisten waren weiblich und hatten zur Zeit des Tschernobyl-Unfalls in der ukrainischen Hauptstadt Kiew gelebt. Außerdem waren sie jung: Im Durchschnitt waren sie zum Zeitpunkt der Exposition etwa sieben Jahre alt. Als bei ihnen Krebs diagnostiziert wurde, waren sie durchschnittlich 28 Jahre.

Mortons Team wusste auch eine Menge darüber, wie viel Strahlung die Schilddrüsen dieser Personen absorbiert hatten. Bei 53 Personen der Studie hatten die Forscher 1986 die Radioaktivität ihrer Schilddrüsen direkt gemessen. Andere wurden dazu befragt, wo sie lebten und was sie zur Zeit des Tschernobyl-Unfalls gegessen hatten. Dadurch konnten die Forscher abschätzen, welche Strahlendosis sie wahrscheinlich aufgenommen hatten.

„Diese Studie ist das erste Mal, dass wir solche groß angelegten molekularen Bilder mit sehr detaillierten Expositionsdaten verknüpft haben“, sagt Morton.

Als Morton und ihre Kollegen tiefer in die Daten eintauchten, sahen sie klare Anzeichen für die Auswirkungen der Strahlung auf die DNA. Je höher die Strahlendosis einer Person war, desto wahrscheinlicher war es, dass ihre Schilddrüsenzellen eine Art von DNA-Mutation namens Doppelstrangbruch aufwiesen. Die Forschenden fanden auch heraus, dass die Veränderungen umso ausgeprägter waren, je jünger jemand war, als er der Strahlung ausgesetzt wurde. Je höher die Strahlendosis war, desto wahrscheinlicher war es, dass der DNA des Tumors kleine Abschnitte fehlten.

Mortons Team beobachtete außerdem einen Überschuss an „Genfusionen“: Mutationen, bei denen DNA-Stränge vollständig auseinandergebrochen wurden – und als die Zelle versuchte, den Schaden zu beheben, wurden die falschen Stücke wieder zusammengefügt. Diese Art von Mutation kann auch bei „spontanen“ Fällen von Schilddrüsenkrebs vorkommen, aber sie ist normalerweise seltener.

„Die Strahlung hat die Gene sozusagen nachteilig neu arrangiert“, sagt Chanock, der Bereichsleiter des National Cancer Institute. Doch obwohl Morton und ihre Kollegen überall suchten, fanden sie keine strahlungsspezifische „Signatur“ in der Genexpression der Krebszellen oder in den chemischen Markern an den Zellen.

Wenn Krebs eine solche Signatur trägt, muss sie laut Morton und Chanock nur in den frühesten Stadien des Krebses vorhanden sein. Sobald die entscheidenden krebsauslösenden Mutationen auftreten, übernehmen diese Gene biochemisch die Kontrolle – und spülen alle Anzeichen der Strahlung weg wie eine Welle, die eine kleine Sandburg zerstört. „Es ist ein Tumor, und dem Tumor ist es egal, dass er vorher Strahlung hatte“, sagt Chanock. „Er hat sozusagen einen eigenen evolutionären Willen.“

Ullrich fügt hinzu, dass die Ergebnisse der Studie die bisherigen Vermutungen der Wissenschaftler darüber, wie Strahlung das Krebsrisiko erhöht, nochmals stark untermauern. „Das ist wirklich die erste Studie, die in der Lage war, strahlenbedingte Krebserkrankungen umfassend und detailliert zu charakterisieren“, sagt er.

Tschernobyl-Überlebende sollen weiterhin an Studien teilnehmen

Die Studien sollten Wissenschaftlern ein besseres Verständnis für die allgemeinen Gesundheitsrisiken ionisierender Strahlung vermitteln – insbesondere bei Bevölkerungsgruppen, die von nuklearen Unfällen betroffen sind, wie beispielsweise Evakuierte des Fukushima-Unfalls von 2011. Chanock äußerte die Hoffnung, dass die Ergebnisse die Menschen beruhigen würden, die von Fukushimas Strahlung betroffen sind. Der Unfall hatte immerhin nur ein Zehntel der Strahlung freigesetzt hat, die in Tschernobyl nachgewiesen wurde. Theoretisch würde er also sogar ein geringeres Risiko für vererbbare Mutationen darstellen.

Aber sowohl die Autoren der Studie als auch externe Experten stimmen darin überein, dass es noch mehr Arbeit zu tun gibt. Vor allem die gesundheitlichen Auswirkungen der Tschernobyl-Strahlung müssen die kommenden Jahrzehnte über weiterhin verfolgt werden.

„Es gibt nur sehr wenige Studien zu Personen, die in jungen Jahren Strahlung ausgesetzt waren und deren Daten bis ins Erwachsenenalter gesammelt und ausgewertet wurden“, sagt Eric Grant, der stellvertretende Leiter der Forschungsabteilung der Radiation Effects Research Foundation in Japan. „Die Atombombenüberlebenden sind eine solche Kohorte, [und] die Tschernobyl-Kohorte wird eine weitere, aber mit weiterführenden Nachuntersuchungen.“

Evgenia Ostroumova ist eine Epidemiologin bei der Internationalen Agentur für Krebsforschung im französischen Lyon. Sie betonte, dass die Forschung zu Tschernobyl noch finanziert werden muss, vor allem um mehr über die gesundheitlichen Folgen niedriger Strahlungsdosen zu erfahren – Folgen, die nur mit mehr Zeit und viel Fleiß ans Licht kommen werden.

„Um eine robuste, umfassende Bewertung der gesundheitlichen Auswirkungen von Tschernobyl zu erhalten und keine wertvollen wissenschaftlichen Informationen zu verlieren, können die interessierten Parteien nicht einzeln handeln“, schrieb sie in einer E-Mail. „Wir müssen unsere Bemühungen bündeln und jetzt unverzüglich handeln.“

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.