So viel zum Thema Lähmungsstrahlen…

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Ich bin immer wieder erstaunt, wie viel lustigen Unfug man mit ernsthafter Forschung treiben kann. Neuestes Beispiel: der Lähmungsstrahl für Fadenwürmer, der gerade im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht wurde. Bestrahlt man die Tierchen mit UV-Licht, bleiben sie liegen und rühren sich nicht mehr. Und blau werden sie auch noch. Bis normales Licht über 490 Nanometer Wellenlänge auf sie fällt und sie wieder aus ihrer Starre erlöst.

Zur Abwechslung ist mal kein obskures Gen der Verursacher, die betroffenen Würmer sind ganz normal. Der Effekt basiert auf einem einfachen chemischer Schalter, der ursprünglich aus der Materialwissenschaft stammt. Dort kennt man diese optischen Schalter schon länger. Mit Licht kann man dort zum Beispiel gezielt Oberflächen verändern oder Kristalle mechanische Arbeit verrichten lassen.

 

Der Schalter selbst ist dabei eine Verbindungsklasse namens Diarylethene, die Lichtempfindlich ist und bei Beleuchtung mit der richtigen Wellenlänge mit sich selbst reagiert. Dabei verändert sich die Struktur des Stoffes und ein zusätzlicher Ring entsteht. Meist färbt sich die Substanz dabei blau. Die Strukturänderung hat verschiedene Folgen. Die blaue Farbe zum Beispiel entsteht dadurch, dass sich im Zentrum des Moleküls Doppelbindungen so umlagern, dass die beiden Ringe an den Enden der Struktur plötzlich zu einem gemeinsamen System von Elektronen gehören, das sich durch das gesamte Molekül zieht und groß genug ist, sichtbares Licht zu absorbieren.

 

Durch den Ring in der Mitte wird das Molekül steifer und nimmt weniger Raum ein, und natürlich ändert sich auch die bevorzugte Kristallstruktur. Außerdem kann sich natürlich die biologische Aktivität durch die chemische Reaktion erheblich ändern, und genau das ist hier der Fall. In diesem Experiment wird nämlich genau so ein Stoff an Fadenwürmer der Art Caenorhabditis elegans verfüttert. Diese spezielle Verbindung ist in ihrer ursprünglichen Form harmlos und wird von den Tieren problemlos aufgenommen.

Bestrahlt man die transparenten Würmer allerdings mit UV-Licht, setzt die chemische Reaktion ein, das Produkt auf mit dem zusätzlichen Ring entsteht – und das lähmt die Würmer offenbar. Sichtbares Licht macht die Reaktion rückgängig und die Würmer können sich wieder bewegen. Wie das Molekül die Würmer stilllegt ist noch nicht ganz klar. Die Autoren vermuten, dass der neu entstandene Stoff energiereiche Elektronen aus dem Energiestoffwechsel der Tiere einfängt und so die Muskeln von der Energieversorgung abschneidet.

Das Ganze ist natürlich nicht nur Spielerei. Moleküle, die sich gezielt mit Licht schalten lassen, sind für therapeutische Anwendungen hochinteressant, zum Beispiel als Medikamentencarrier, der Wirkstoff nur an Stellen freisetzt, die auch beleuchtet werden. Der Lähmungstrick würde bei Menschen allerdings so nicht funktionieren, mal ganz abgesehen davon, dass wir ziemlich undurchsichtig sind. Die Experimente zeigen, dass nur die Tiere betroffen sind, bei denen sich das Molekül frei im Körper ausbreiten kann. Organismen, die den Stoff nicht beliebig in alle Zellen diffundieren lassen – und zu denen gehören wir glücklicherweise – sind vor solchen Gemeinheiten vorerst sicher.

Al-Atar, U., Fernandes, R., Johnsen, B., Baillie, D., & Branda, N. (2009). A Photocontrolled Molecular Switch Regulates Paralysis in a Living Organism Journal of the American Chemical Society, 131 (44), 15966-15967 DOI: 10.1021/ja903070u

2 Kommentare

  1. Ich bin sicher, auch die kosmetische Industrie wird über kurz oder lang diese Kristalle nutzen. Eine Creme, die das Waschen für einige Zeit überflüssig macht? Ist doch klasse für die Dame auf Tropensafari, oder? Nur die eventuelle Blaufärbung könnte ein Problem darstellen, aber vielleicht wird die ja mal Mode.

  2. Logik^^

    “das Produkt auf mit dem zusätzlichen Ring entsteht – und das lähmt die Würmer offenbar. Sichtbares Licht macht die Reaktion rückgängig und die Würmer können sich nicht mehr bewegen”

    Also zuerst sind sie gelähmt und zack bei normalem Licht können sie sich nicht mehr bewegen… Ein tragischer Wurm-Lähmungs-Kreis, den kein Licht unterbrechen kann…außer ein Laser 🙂

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