Nutrigenomik
– personalisierte Ernährungsberatung
WAS BEDEUTET NUTRIGENOMIK UND PERSONALISIERTE ERNÄHRUNGSBERATUNG GENAU?
Immer mehr Studien decken Zusammenhänge zwischen individuellen Merkmalen im Erbgut und dem Stoffwechsel auf. Daher ist die Idee konsequent, anhand des persönlichen genetischen Profils eine personalisierte Ernährungsberatung zu entwickeln.
Seit dem Jahr 2000 gilt das menschliche Genom als entschlüsselt. Inzwischen analysieren hochmoderne Geräte, sogenannte DNA-Sequenzer, die gesamten genetischen Informationen eines Menschen innerhalb von 48 Stunden. Die Gene bestimmen nicht nur die Haarfarbe und die Körpergröße. Offenbar enthalten sie auch Informationen darüber, ob jemand Nahrungsbestandteile besonders effektiv ausnutzt oder ein Vitamin besonders schlecht verstoffwechselt. Die Analyse des Erbgutes liefert damit Erklärungsansätze, warum der eine Diabetes entwickelt und ein anderer eher Bluthochdruck. Diese Erkenntnisse wecken die Hoffnung, auf Basis der Genanalyse individuell zugeschnittene Ernährungsempfehlungen abzuleiten, um bestimmte Erkrankungen zu vermeiden.
Die noch recht neue Forschungsrichtung über die Interaktion zwischen genetischer Ausstattung und ernährungsabhängigen Prozessen wird als Nutrigenetik bezeichnet. Das Forschungsfeld der Nutrigenomik untersucht den Einfluss der Ernährung auf die Aktivität der Gene.
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WELCHEN EINFLUSS HABEN DIE GENE?
Durch kleine Fehler bei der Reproduktion oder beim Ablesen des DNA-Stranges entstehen genetische Abweichungen, sogenannte Polymorphismen. Diese Punktmutationen unterscheiden sich nur in einem winzigen DNA-Detail vom »Ausgangsgen«. Sie führen beispielsweise dazu, dass der Körper ein Protein herstellt, das eine abweichende Aminosäure enthält. Lactoseintoleranz ist dafür ein Beispiel. Aufgrund einer Mutation an dem Gen, das für die Bildung des Milchzucker-spaltenden Enzyms Lactase zuständig ist, können Betroffene keine Lactase bilden und vertragen daher keine Milch und Milchprodukte.
Beim Ablesen und Vervielfältigen der genetischen Informationen können außerdem sogenannte CNVs (Copy Number Variants) entstehen, die bislang jedoch wenig untersucht wurden. Hierbei liegt ein Gen in mehrfachen Kopien im DNA-Strang vor, wodurch der Körper mehr des dort codierten Proteins produziert. Das mehrfache Kopieren einzelner Gene hatte vermutlich in der Evolution Vorteile für bestimmte Bevölkerungsgruppen. So ist beispielsweise der Amylasegehalt im Speichel zum Abbau der Stärke bei ethnischen Gruppen erhöht, die sich vorwiegend von stärkereichen Wurzelgemüsen ernähren. Forscher fanden bei ihnen zwei bis maximal 16 Kopien für das Amylase-Gen.
Zusätzlich wurden bei Gruppe 3 fünf Kandidatengene analysiert, die auf ein erhöhtes Risiko für Übergewicht, Diabetes oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen hindeuten: MTHFR, FTO, TCF7L2, APOE E4 und FADS1. Auch den Teilnehmern der Gruppe 2 und 3 gaben die Wissenschaftler auf sie zugeschnittene Ernährungstipps. Die Kontrollgruppe erhielt lediglich allgemeine Ernährungsratschläge.
In der Nutrigenomik geht es um die wechselseitige Beziehung zwischen Nährstoffen und Genen. So beeinflussen unsere Erbanlagen unsere Reaktion auf Nährstoffe. In der Nutrigenomik geht es darum, die komplexen Interaktionen zu verstehen und Ernährungsempfehlungen zu entwickeln, die auf das individuelle genetische Profil abgestimmt sind, um Krankheiten vorzubeugen und langfristige Gesundheit zu erreichen.
Mit dem Begriff Nutrigenomik (Nutrition = Ernährung, Genom = Gesamtheit der vererbbaren Informationen einer Zelle), wird ein neuer Wissenschaftszweig bezeichnet, bei dem die Zusammenhänge zwischen Nahrungsbestandteilen, Ernährungsverhalten und Erbanlagen im Detail untersucht werden.
WAS IST MITOCHONDRIOPATHIE?
Sobald ein Ungleichgewicht zwischen Zellatmung und Zellstoffwechsel auftritt, wird ein zusätzlicher Stoffwechselweg als Energiequelle eingeschaltet, ähnlich einem „Notstromaggregat“. Diese zusätzliche Energiegewinnung ist jedoch äußerst ineffektiv, chemisch sind diese Stoffwechselprozesse dann mit einem Gärungsprozess zu vergleichen. Eine Messung der Stoffwechsel-Abbauprodukte im Blut des Patienten ermöglicht es, diese zelluläre Sauerstoffnot aufzudecken.
SCHWERPUNKTE DER NUTRIGENOMIK SIND:
- Erkennen genetischer Prädispositionen für ernährungsbedingte Erkrankungen, um hieraus individuelle oder zumindest gruppenspezifische Ansätze für die Prävention und Therapie zu entwickeln.
- Erforschung von Wechselwirkungen von Nahrungsstoffen mit dem menschlichen Genom.
- Erforschung der dauerhaften, vererbbaren Beeinflussung von Genen durch Nahrungsbestandteile.
- Entwicklung spezieller Typen von Designer Food - Functional Food (s. Impfbanane), Nutriceuticals (Nahrungsmittel mit pharmazeutischer Wirkung) - und Nahrungszusatzstoffen.
Die aktuelle Arbeit in der nutrigenomischen Forschung konzentriert sich auf die weitere Entschlüsselung des Genoms des Menschen und verschiedener Nutzpflanzen, die Erforschung genetischer Ursachen weit verbreiteter Krankheiten, die Erforschung der Ernährungsbedingten Krankheiten und auf die Entwicklung von Functional Food durch Gentechnik.
STOFFWECHSELINDIVIDUALITÄT ALS AUSGANGSTHESE DER NUTRIGENOMIK
Eine zentrale These der Nutrigenomik ist die Abhängigkeit der Nährstoffwirkung von der genetischen Ausstattung. Beim Stoffwechsel führen eine Vielzahl von Genen dazu, dass eine Krankheit in Abhängigkeit von einer bestimmten Ernährung auftritt. Ein Beispiel ist die unterschiedliche Reaktion auf den Milchzucker, die Laktose.
Nach jahrtausendelanger Milchviehzucht hat sich in Europa eine genetische Variante durchgesetzt, dank der auch Erwachsene noch Milchzucker verdauen können. Dagegen löst Milch bei vielen Afrikanern und Asiaten Übelkeit und Durchfall aus.
Andere genetische Unterschiede wirken sich subtiler aus. So enthält das Blut von Probanden, die überwiegend pflanzliche Fette mit viel ungesättigten Fettsäuren essen, in der Regel weniger LDL-Cholesterin (Low Density Lipoprotein) – bis zu 15 % als das von Menschen, die ausschließlich tierische Fette zu sich nehmen. LDL, die “böse“ Form des Cholesterins, gilt als Risikofaktor für Herzinfarkt. Was aber meist unerwähnt bleibt: Die Zahlen sind lediglich Durchschnittswerte. Bei jedem vierten Menschen bleibt das Blutfett entweder unverändert, oder die Werte verschlechtern sich sogar während der als allgemein für herzgesund befundenen Diät.
Die Nutrigenomik forscht im Erbgut nach den genetischen Ursachen für solche Unterschiede, um die Zusammenhänge besser verstehen zu können. Ziel ist die Entwicklung einer individuellen quasi “maßgeschneiderten“ Ernährungsberatung. Die Nutrigenomik soll personalisierte Hinweise für eine bessere Ernährung geben.
SNPs BASIS DER STOFFWECHSELINDIVIDUALITÄT
Vergleicht man das Genom zweier Menschen gleichen Geschlechts stimmen 99,9 Prozent überein. Der kleine Anteil (0,1 %) Abweichungen beruht überwiegend auf so genannten ”SNPs” (gesprochen: ”Snips”). SNP steht für ”single nucleotide polymorphism”, das bedeutet die mögliche Besetzung einer bestimmten Position im Erbmaterial durch unterschiedliche Bausteine. Statistisch treten SNPs in jedem 100- bis 300sten des drei Milliarden Bausteine umfassenden Erbmaterials des Menschen auf, zur Zeit sind bereits mehr als vier Millionen SNPs bekannt.
Ihnen wird ein Einfluss auf ernährungsbedingte Erkrankungen zugeschrieben, und sie werden im Zusammenhang mit unterschiedlichen Reaktionen auf Nahrungsbestandteile diskutiert. Von einem einzigen SNP kann beispielsweise abhängen, ob Menschen einen genetisch bedingt hohen oder niedrigen Cholesterinspiegel haben. Auch für die Nahrungswahl scheinen SNPs eine Rolle zu spielen: 70 Prozent aller Europäer reagieren auf bestimmte Bitterstoffe, etwa in Gemüse wie Kohl oder Spinat, bis zu tausendmal empfindlicher, als die restlichen 30 Prozent.
METHODEN DER NUTRIGENOMIK
Herauszufinden, welche Gene für unterschiedliche Nährstoffwirkungen verantwortlich sind, erfordert oft jahrelange Detektivarbeit unter Mitwirkung von Patienten und gesunden Probanden. In so genannten Modell-Organismen werden erste “Kandidaten-Gene“ identifiziert und deren genauer Zusammenhang im Krankheitsgeschehen und Ernährungsverhalten beleuchtet.
Mit so genannten Transkriptom-Analysen können Nutrigenomiker untersuchen, wie Nahrungsbestandteile die Aktivität von Genen verändern: Der Einfluss bestimmter chemischer Verbindungen in gegrilltem Schweinebauch auf den Leberstoffwechsel lässt sich z.B. untersuchen, indem nach Verzehr aus einer winzigen Leber-Gewebeprobe das Transkriptom isoliert und mit einem ”Standard“-Leber-Transkriptom verglichen wird. Das Resultat: Viele Enzymgene der Leber sind angeschaltet; die entsprechend gebildeten Enzyme können potenziell Krebs erregende Stoffe wie Benzpyrene aus gegrilltem fetten Fleisch neutralisieren.
FORSCHUNGSPROJEKTE DER NUTRIGENOMIK
Im Rahmen des BioProfils Nutrigenomik werden zur Zeit verschiedene Projekte realisiert, bei denen eine Vernetzung von Wissenschaft und Wirtschaft Impulse für Diagnostik und Therapie ernährungsbedingter Erkrankungen setzen sollen. Einige Beispiele sind:
- AllerGenChip: Entwicklung eines integrierten Schnellnachweissystems auf der Basis eines DNA-Chips zum semiquantitativen Nachweis (Schwellenwert) von Allergenen in Lebensmitteln
- Anpassung eines schonenden Tests zur Früherkennung von Dickdarmkrebs beim Menschen, geeignet für die Analyse großer Stuhl-DNA-Probenzahlen
- Innovation des Therapiekonzeptes für das metabolische Syndrom
- PhysioSim ein in-silico-Krankheitsmodell zum Adipositas-induzierten Typ-2-Diabetes
- Tumorprophylaktische Nahrungsmittelzusätze auf der Basis von Mikroorganismen des humanen Darmsystems
- Identifizierung neuer diagnostischer Marker für die Zöliakie und Nachweis immunreaktiver Bestandteile in Nahrungsmitteln
KRITISCHE ASPEKTE DER NUTRIGENOMIK
Die genetische Veränderung von Organismen wird als ethisch bedenklich und gefährlich angesehen. Auch das Ziel, aus den Erkenntnissen der Nutrigenomik hauptsächlich wirtschaftlichen Nutzen zu ziehen, stößt auf Kritik. Schon heute verkaufen erste kommerzielle Anbieter Tests auf bestimmte Geneigenschaften und den dazu passenden individualisierten Ernährungsplan.
Zudem wird argumentiert, dass das Zusammenspiel von Ernährung, Genen und chronischen Erkrankungen ein Puzzle von gewaltiger Komplexität ist. Prinzipiell wird zwar eingeräumt, dass es denkbar sei, den Effekt winziger genetischer Veränderungen durch selektive Nährstoffauswahl zu beeinflussen – fraglich ist, ob es jemals gelingt, die komplexen Zusammenhänge mehr als nur bruchstückhaft zu verstehen und daraus praktisch verwertbare, präventive oder therapeutische Maßnahmen zu entwickeln.