The insulin signaling system

Nutrigenomik:
Ernährungsberatung nach Gen-Analyse
Nutrigenomik
Die Ergebnisse der Genomik bieten uns neue Möglichkeiten zu verstehen, wie Nährstoffe Gen-und
Proteinexpression moduliert werden und wie der Stoffwechsel der Zelllen und Organismen beinflusst
wird.
Bei der Nutrigenomik oder Nutrigenomforschung handelt es sich um ein Forschungsgebiet, bei dem
die Erkenntnisse aus der Genomforschung, der Pflanzenzüchtung und Gentechnik sowie der
modernen Medizin mit dem Ziel verknüpft werden sollen Nahrungsmittel zu entwickeln, die sich in
der medizinischen Prävention und Behandlung einsetzen lassen. Erreicht werden soll dieses Ziel durch
die Entwicklung spezieller Typen von Designer Food - Functional Food („Impfbanane“), Nutriceuticals
(Nahrungsmittel mit pharmazeutischer Wirkung) - und Nahrungszusatzstoffen. Der Bereich der
Nutrigenomik stellt einen der jüngsten Bereiche moderner biotechnologischer Forschung dar.
Internationale und nationale Forschungsprojekte aus diesem Bereich wie etwa die des Netzwerk
Nutrigenomforschung Berlin-Brandenburg befinden sich weitestgehend im Aufbau oder in der Phase
der Etablierung.
Mit Hilfe modernster biotechnologischer Techniken soll versucht werden, die Erkenntnisse aus der
Genomanalyse des Humangenomprojektes sowie der Pflanzengenomprojekte für die Medizin nutzbar
zu machen. Damit tritt die Nutrigenomik zu einem gewissen Grad in Konkurrenz zu den Projekten der
Pharmakogenomik (international bekannt als Pharmacogenomics) großer Pharmakonzerne, in weiten
Teilen ergänzen oder überschneiden sich jedoch auch diese beiden Forschungszweige.
Die aktuelle Arbeit in der nutrigenomischen Forschung konzentriert sich auf die weitere
Entschlüsselung des Genoms des Menschen und verschiedener Nutzpflanzen, die Erforschung
genetischer Ursachen verschiedener Volkskrankheiten, Erforschung der Ernährungsbedingten
Krankheiten und auf die Entwicklung von Functional Food durch Gentechnik.
Ein wichtiges Ziel der Nutrigenomik Forschung ist es, genomweite Einflüsse der Ernährung, mit
besonderem Fokus auf die Rolle von metabolischem Stress bei der Entstehung des metabolischen
Syndroms zu studieren.
(Extra:)
Metabolischer Stress tritt auf, wenn ein Ungleichgewicht, in der Regel durch eine verringerte
Menge an Glukose, verursacht wird. Wenn nicht genügend Glukose vorhanden ist, verlangsamt sich
der Stoffwechsel, der Gewichtverlust steigt. Die Insulinresistenz nimmt in Folge des metabolischen
Stress‘ zu. Metabolischer Stress wirkt sich auf die wichtigsten Körpersysteme in unterschiedlicher
Weise aus. Es hemmt die Fähigkeit des Immunsystems, gegen äußere Eindringlinge zu schützen,
verlangsamt die Wundheilung und kann die Muskelkraft schwächen. Wiederherstellung wird
verstärkt, wenn der Patient eine angemessene medizinische und Ernährungsversorgung erhält, um
Sepsis und Organversagen zu verhindern. Metabolischer Stress ist das „Wartezimmer“ zum
metabolischen Syndrom.
Das metabolische Syndrom ist eine Kombination von Gesundheitsstörungen, erhöht das Risiko
von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes.
Die Ernährung ist vor allem auf Gesundheit und auf die frühesten Phasen der Krankheit Pathologie
konzentriert. Um diätetischer Strategien wirksam anzuwenden, Krankheit zu verhindern oder um die
Homöostase wiederherzustellen.
Validierte Biomarker sind für die frühere phänotypische beschreibung des Krankheitzustandes
erforderlich. Ernährung und Pharma (Pharmakologie) werden komplementäre Ansätze, um
metabolischen Stress oder metabolisches Syndrom zu behandeln. Interessanterweise gibt es erhebliche
Überschneidungen zwischen zellulären Targets für Ernährungs-und pharmakologische
Interventionen, wie Peroxisomproliferator Aktivator Rezeptor-oder -, die binden Fettsäuren.
Peroxisomen sind an dem Katabolismus von Fettsäuren auch beteiligt.
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Nutrigenomik:
Ernährungsberatung nach Gen-Analyse
Ein ausführliches (nur fakultatives) Material
Nutrigenomik
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.
Interdisziplinär werden die Erkenntnisse aus der Genomforschung, der Pflanzenzüchtung und
Ernährungswissenschaft verwendet. Im Jahre 1973 gelang die erste zielgerichtete Übertragung genetischer
Informationen zwischen artfremden Organismen. Dies war der Beginn einer Technologie, die auf der
Möglichkeit basiert, das Erbgut von Lebewesen (Tiere, Pflanzen, Mikroorganismen) zu manipulieren. Die
Gentechnik wird mit der modernen Medizin verknüpft. Das Ziel besteht darin, Nahrungsmittel zu entwickeln,
die sich in der medizinischen Prävention und Behandlung einsetzen lassen.
Schwerpunkte der Nutrigenomik:
Schwerpunkte der Nutrigenomik sind:
* das 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.
* Erforschung der gesundheitlichen Bedeutung einzelner Nahrungsbestandteile.
* Entwicklung spezieller Typen von Designer Food - Der Begriff Functional Food (=funktionelle Lebensmittel)
stammt aus Japan und wurde geprägt für Lebensmittel, die einen zusätzlichen Nutzen für die Gesundheit
aufweisen, der über den eines herkömmlichen Lebensmittels hinausgeht. 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 Functional Food.
Der Begriff Functional Food (=funktionelle Lebensmittel) stammt aus Japan und wurde prägend für
Lebensmittel, die einen zusätzlichen Nutzen für die Gesundheit aufweisen, der über den eines herkömmlichen
Lebensmittels hinausgeht. Im Jahre 1973 gelang die erste zielgerichtete Übertragung genetischer Informationen
zwischen artfremden Organismen. Dies war der Beginn einer Technologie, die auf der Möglichkeit basiert, das
Erbgut von Lebewesen (Tiere, Pflanzen, Mikroorganismen) zu manipulieren. Gentechnik.
Stoffwechselindividualität als Ausgangsthese der Nutrigenomik:
Eine zentrale These der Nutrigenomik ist die Abhängigkeit der Nährstoffwirkung von der genetischen
Ausstattung. Beim Stoffwechsel führt 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. Als "Milch" wird nach dem Milchgesetz lediglich
die Kuhmilch bezeichnet, während die Milch anderer Tiere nur unter deutlicher Kennzeichnung der Tierart, z.B.
als Ziegenmilch, Schafmilch, in Verkehr gebracht werden darf. Milch verursacht bei vielen Afrikanern und
Asiaten Übelkeit und das Durchfall oder Diarrhoe (griech. dia = durch, rhein = fließen), dies umfasst ein weites
Spektrum. Es reicht von harmlosen funktionellen Störungen bis zu der auf komplexen Ursachen beruhenden
chronischen Diarrhoe, Durchfall.
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 (dies ist eine
geschmack- und geruchlose fettähnliche Substanz). Cholesterin wird vorwiegend in der Leber gebildet, kleinere
Mengen auch im Darm und in den Zellen. Durch diese Eigensynthese ist der Mensch nicht auf die Zufuhr durch
die Nahrung angewiesen. 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
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Anteil (0,1 %) an Abweichungen beruht überwiegend auf sogenannten ”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 (bitter schmeckende Stoffe), die in der Regel mit Wasser gut
extrahierbar sind. Es gibt eine große Zahl von Drogen mit bitterem Geschmack. Chemisch-pharmakologisch
gehören Bitterstoffe keiner eigentlichen Stoffklasse an.
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 ModellOrganismen 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
Schweinefleisch 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 (alter Begriff:
Fermente) sind hochaktive Eiweißstoffe, die biochemische Reaktionen stark beschleunigen oder erst
ermöglichen. Auf diese Weise regulieren sie viele Stoffwechselvorgänge. Zusammen mit Vitaminen und
Hormonen werden sie häufig auch als Wirkstoffe bezeichnet. Enzyme können potenziell Krebs erregende Stoffe
wie Benzpyrene aus gegrilltem, fettigen 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 ist eine
Stoffwechselstörung, die durch einen absoluten bzw. relativen Insulinmangel gekennzeichnet ist. Man
unterscheidet zwei Formen des Diabetes, Typ I (früher Jugenddiabetes)und Typ II (früher Altersdiabetes).
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.
* Herden, B.: Das Futter zum Erbgut; DIE ZEIT, 09.11.2006 Nr. 46
* Joost, H.-G.: Nutrigenomics. Scientific basis, status and perspectives of application. Grundlagen, Stand der
Forschung, Anwendungen; Bundesgesundheitsblatt-Gesundheitsforschung-Gesundheitsschutz; Springer
Berlin/Heidelberg 2006
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