Структурные изменения молекул ДНК, вызванные такими агентами, как ионизирующее излучение.Повреждение ДНК — это любое физическое или химическое изменение структуры молекулы ДНК, которое нарушает её нормальное информационное содержание или блокирует её копирование и считывание. Наиболее частые повреждения включают одно- и двуцепочечные разрывы в сахарофосфатном остове, отсутствующие или изменённые основания, а также сшивки, скрепляющие две цепи. Ионизирующее излучение вызывает повреждения двумя способами: оно может напрямую ударить по молекуле или расщепить nearby молекулы воды на высокореактивные радикалы, которые затем атакуют ДНК. Один рентгеновский снимок грудной клетки или попадание космического луча на высоте откладывает энергию в клетке, и возникшие повреждения становятся отправной точкой для мутаций, гибели клетки или, при ошибочном восстановлении, рака. Поскольку каждая клетка тела ежедневно претерпевает тысячи таких событий из-за нормального метаболизма и фоновой радиации, жизнь зависит от систем репарации, которые находят и исправляют повреждения до того, как они будут скопированы.
Связь между радиацией и биологическими повреждениями была осознана в начале XX века, вскоре после открытия рентгеновских лучей и радиоактивности. Демонстрация Германа Мюллера в 1927 году того, что рентгеновские лучи вызывают мутации у плодовых мушек, установила, что радиация повреждает генетический материал. Химическая природа повреждений — разрывы цепей, модификации оснований — была выяснена начиная с 1950-х годов по мере совершенствования инструментов молекулярной биологии.
Когда ионизирующее излучение проходит через ткань, оно оставляет след из ионизированных атомов. Вдоль этого следа молекулы воды распадаются на гидроксильные радикалы, которые отнимают атомы водорода у оснований ДНК или атакуют остов. Один трек радиации может вызвать кластерные повреждения: несколько повреждений в пределах нескольких пар оснований, которые труднее поддаются репарации, чем изолированные. Прямые попадания также могут выбивать электроны из самой ДНК. Клетка отвечает путями репарации: эксцизионная репарация оснований удаляет одно повреждённое основание, эксцизионная репарация нуклеотидов вырезает короткий участок, содержащий повреждение, а гомологичная рекомбинация или негомологичное соединение концов восстанавливают разорванные цепи. Если репарация не удаётся или неточна, повреждение становится постоянной мутацией.
Лучевая терапия рака намеренно наносит повреждения ДНК опухолевым клеткам, тогда как стандарты радиационной защиты и дозиметрия основаны на количественной оценке риска повреждения здоровых тканей. Ингибиторы репарации ДНК также тестируются как препараты, делающие опухоли более чувствительными к радиации.
Одна маммография даёт дозу радиации, эквивалентную примерно трём дням естественного фонового излучения, и возникшие повреждения ДНК обычно восстанавливаются в течение нескольких часов.