Forschung für den ländlichen Raum: Deutsches Institut
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Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) Wissenschaftlicher Direktor Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Mitarbeiter ca. 270, davon 60 Wissenschaftler und 57 Doktoranden Mitglied der Am 10. Juni 1946 begannen deutsche Wissenschaftler in Potsdam-Rehbrücke ein Institut für Ernährung und Verpflegungswissenschaften aufzubauen. Damit war der Grundstein für 60 Jahre erfolgreiche Forschung auf dem Gebiet der Ernährung gelegt, eine Tradition, die seit 1992 vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) fortgesetzt wird. Gemäß seinem Gründungsauftrag untersucht das DIfE die Zusammenhänge zwischen Ernährung und Krankheitsentstehung in einer für Deutschland einzigartigen Kombination von molekularer, klinischer und epidemiologischer Ernährungsforschung, womit es die Grundlagen für wissenschaftlich basierte Ernährungsempfehlungen legt. In den 15 Jahren seines Bestehens ist es dem DIfE gelungen, sich als nationales Kompetenzzentrum auf dem Gebiet der Ernährungsforschung zu etablieren. Dieses wurde auch durch eine unabhängige, internationale Expertenkommission bestätigt, die das DIfE während des Berichtszeitraums im Auftrag der LeibnizGemeinschaft evaluierte. DIfE-Hauptgebäude, Gelände E Forschungsprofil Seit 2002 hat das DIfE ein spezifisches Forschungsprofil ausgebildet. Es untersucht vorrangig die Ursachen und Folgen des Metabolischen Syndroms sowie die Rolle der Ernährung in der Krebsentstehung. Beide Forschungsschwerpunkte können als Hauptherausforderungen der modernen Ernährungsmedizin betrachtet werden. Als Metabolisches Syndrom bezeichnet man den Symptomenkomplex aus Adipositas (Fettsucht), Bluthochdruck, Insulinresistenz und Fettstoffwechselstörung. Das Syndrom hat eine genetische Grundlage, wird aber erst durch die in Ländern mit „westlichem Lebensstil“ häufige positive Energiebilanz (hohe Kalorienaufnahme bei geringer körperlicher Aktivität) ausgelöst. Häufigkeit und Schweregrad des Syndroms nehmen ebenso wie seine wichtigste Folgekomplikation, der Typ-2Diabetes (Alterszucker), in allen westlichen Ländern dramatisch zu. Der Typ-2-Diabetes zählt zu den häufigsten und teuersten chronischen ErkrankunBlick auf die Stoffwechselambulanz, Gelände V Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke Arthur-Scheunert-Allee 114–116 14558 Nuthetal Telefon +49 (0)33 200-88-0 Telefax +49 (0)33 200-88-44 [email protected] www.dife.de 20 Forschen für den ländlichen Raum Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) ausgaben. Allein diese Daten zeigen, wie wichtig präventive Maßnahmen sind, denn sie verhindern nicht nur Leid, sondern entlasten auch das Gesundheitswesen. Foto:DIfE DIFE Foto: New-Zealand obese Maus (links) mit polygener Adipositas im Vergleich zum normalgewichtigen Kontrolltier (rechts) gen. Derzeit sind mehr als sieben Prozent der Menschen in Deutschland an einem Typ-2-Diabetes erkrankt. Für das Jahr 2010 ist mit einem weiteren Anstieg auf zehn Prozent zu rechnen. Ein Trend, der sich auch in der von der Abteilung Epidemiologie des DIfE durchgeführten Potsdamer EPIC (European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition)-Studie beobachten lässt. Der Typ-2-Diabetes entwickelt sich schleichend über Jahre hinweg, wobei Gefäße und Augen bereits sehr frühzeitig geschädigt werden können. Schwere Folgeschäden sind Herz-KreislaufErkrankungen, Blindheit, Nierenversagen oder der Verlust von Gliedmaßen aufgrund von Durchblutungsstörungen. Nach Auswertung der CoDiM (Costs of Diabetes Mellitus)-Studie beliefen sich die direkten Kosten für diabetische Patienten im Jahr 2001 in der Bundesrepublik Deutschland auf 30,6 Milliarden Euro. Dies entspricht einem Anteil von 14,2 Prozent an den nationalen Gesundheits- Forschen für den ländlichen Raum Ähnlich wie das Metabolische Syndrom entsteht auch Krebs durch das Zusammenwirken einer genetischen Anlage mit äußeren Faktoren wie beispielsweise der Ernährung. Dies ist durch zahlreiche epidemiologische Daten belegt. Auch das DIfE hat zu dieser Erkenntnis durch seine Teilnahme an der multizentrischen europaweiten EPIC-Studie beigetragen. Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass eine an Ballaststoffen arme Ernährung ebenso wie eine Ernährung mit viel rotem Fleisch und Fleischprodukten mit einem häufigeren Auftreten von Dickdarmkrebs verbunden ist. Das DIfE hat zudem den Einfluss des Obst- und Gemüseverzehrs auf verschiedene Krebsformen untersucht und Hinweise für eine risikosenkende Wirkung bei Lungenkrebs und Krebsformen des oberen Verdauungstraktes gefunden. Ebenso zeigt die Studie, dass neben einzelnen Lebensmittelgruppen auch Über- Forschende Abteilungen Molekulare Genetik (MOGE) Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof Pharmakologie (PHA) Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Klinische Ernährung (KLE) Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer Epidemiologie (EPI) Prof. Dr. Heiner Boeing Ernährungstoxikologie (ETOX) Prof. Dr. Hans-Rudolf Glatt Gastrointestinale Mikrobiologie (GAMI) Prof. Dr. Michael Blaut Biochemie der Mikronährstoffe (BIM) Prof. Dr. Regina Brigelius-Flohé Arbeitsgruppen Physiologie des Energiestoffwechsels (EST) Prof. Dr. Susanne Klaus Endokrine Pharmakologie (EPH) Prof. Dr. Annette Schürmann Biomarker (BMK) PD Dr. Tobias Pischon Nachwuchsgruppe MikrobiotaWirt-Interaktionen (MWI) Dr. Gunnar Loh Zentrale Einrichtungen Ernährungsberatungszentrum (EBZ) Dr. Christiana Gerbracht Max-Rubner-Laboratorium (MRL) Dr. Reinhart Kluge Studienzentren der European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC) 21 Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) Auf internationaler Ebene hat sich das DIfE zwei von der Europäischen Union geförderten Kompetenz-Netzwerken angeschlossen (NuGO und EUGENE2). Auf nationaler Ebene ist es zudem mit zwei Projekten Mitglied des Nationalen Genomforschungs-Netzwerks (NGFN). Ebenso ist das DIfE wie die Universität Potsdam an der Fördermaßnahme „Funktionelle Ernährungsforschung“ und am „BioProfil Nutrigenomforschung Berlin-Brandenburg“ beteiligt. Diese Verbundprojekte werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Ziel der Verbundprojekte ist es unter anderem, die technologische Basis für die Nutzung der Biowissenschaften auszudehnen und generierte Forschungsergebnisse Wirtschaft und Wissenschaft gleichermaßen zugänglich zu machen. Daneben sollen Forschungsergebnisse so rasch wie möglich in Technologien und Produkte umgesetzt werden. Abteilung Molekulare Genetik Prof. Dr. Wolfgang Meyerhof Identifizierung von Salzgeschmacksverstärkern zur Entwicklung kochsalzarmer Lebensmittel Technische Mitarbeiterin bei molekularbiologischen Arbeiten zur Geschmackswahrnehmung gewicht ein wesentlicher Risikofaktor für Krebs ist. Übergewicht erhöht bei Frauen und Männern das Darmkrebsrisiko. Zudem haben übergewichtige Frauen ein erhöhtes Risiko, an Nieren- und Brustkrebs zu erkranken. Aus diesen Daten und denen anderer Arbeitsgruppen lassen sich bereits jetzt allgemeine Empfehlungen ableiten: Durch die Normalisierung des Körpergewichts – in Verbindung mit einer ballaststoffreichen Ernährung, die fettarm und reich an Obst und Gemüse ist – lässt sich nicht nur das Diabetes-Risiko, sondern auch das Risiko für mehrere Krebsarten senken. Vernetzung des DIfE mit anderen Institutionen Viele der heutigen Fragestellungen auf dem Gebiet der Ernährungsforschung können nicht mehr von einem einzelnen Institut allein bearbeitet werden. Um den gestiegenen Anforderungen gewachsen zu sein, hat das DIfE seine Aktivitäten mit denen anderer europäischer Forschungsinstitute vernetzt. 22 Ausgewählte Forschungsprojekte zur Entwicklung neuer funktioneller Lebensmittel Identifizierung von Salzgeschmacksverstärkern zur Entwicklung kochsalzarmer Lebensmittel Unser Geschmackssinn spielt bei der Auswahl von Lebensmitteln eine wichtige Rolle. Meist bevorzugen wir Nahrung, die gut schmeckt, die aber nicht unbedingt gesund ist. Beispielsweise steht bei würzigen Speisen der Kochsalzgehalt in direkter Beziehung zur Geschmacksqualität. Aber auch Brot schmeckt den meisten Menschen besser, wenn es relativ viel Salz enthält. Dabei sind 20 bis 30 Prozent aller Menschen mit normalem Blutdruck und etwa 50 Prozent aller Bluthochdruckpatienten kochsalzempfindlich. Das heißt, sie reagieren auf einen erhöhten Kochsalzverzehr mit einem Blut- Forschen für den ländlichen Raum Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) Abteilung Pharmakologie Prof. Dr. Dr. Hans-Georg Joost Optimierte Pflanzenöle und Omega-3-Fettsäuren in der Prävention von Hyperlipidämie, Insulinresistenz und Typ-2Diabetes Abteilung Klinische Ernährung Dr. Martin O. Weickert, Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer Profimet (Protein, fibre, metabolic syndrome) – Studie Doktorandin der Abteilung Molekulare Genetik bei der Analyse von Gewebeschnitten am konfokalen Mikroskop druckanstieg. Eine verminderte Kochsalzaufnahme kann daher dazu beitragen, den Blutdruck dieser Menschen zu senken. Speisen mit einem geringen Kochsalzgehalt, die dennoch gut schmecken, könnten es Bluthochdruckpatienten erleichtern, ihren Salzkonsum einzuschränken. Professor Meyerhof und sein Team suchen daher nach Salzgeschmacksverstärkern, die im Rahmen des Forschungsprojektes näher charakterisiert werden sollen. Eine erfolgreiche Charakterisierung solcher Substanzen könnte die wissenschaftliche Basis für die Produktion kochsalzarmer Lebensmittel und somit der zukünftigen diätetischen Prävention von Bluthochdruck bilden. Optimierte Pflanzenöle und Omega-3-Fettsäuren in der Prävention von Hyperlipidämie, Insulinresistenz und Typ-2-Diabetes Wie zahlreiche epidemiologische Studien belegen, spielt die Fettqualität für die Entstehung von Stoffwechselerkrankungen Forschen für den ländlichen Raum wie den Typ-2-Diabetes eine größere Rolle als die mit der Nahrung aufgenommene Fettmenge. Im Rahmen des Projektes untersucht daher ein Wissenschaftlerteam um Professor Joost die Wirkung verschiedener Pflanzenöle und Fettsäuren auf den Stoffwechsel eines Mausstammes, der ein Modellsystem für das menschliche Metabolische Syndrom darstellt. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der antidiabetischen und lipidsenkenden Wirkung der einzelnen Öle und Fettsäuren. Wissenschaftliches Ziel der Studie ist es, die Wechselwirkungen bestimmter Fettsäuren mit physiologischen, metabolischen und molekularen Prozessen in vivo zu untersuchen. Die Studienergebnisse sollen auf diese Weise eine Basis für die Entwicklung neuer funktioneller Lebensmittel schaffen, die zur Prävention chronischer Stoffwechselerkrankungen eingesetzt werden können. Profimet (Protein, fibre, metabolic syndrome) – Studie Im Rahmen der Profimet (Protein, fibre, metabolic syndrome)-Studie untersuchen Mediziner und Wissenschaftler die Bedeutung eines erhöhten Ballaststoff- und/oder 23 Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) Studie zum Einfluss von Kartoffelstärke auf den menschlichen Organismus Abteilung Klinische Ernährung Prof. Dr. J. Spranger, Prof. Dr. Andreas F. H. Pfeiffer Viele Studien weisen darauf hin, dass ein Zusammenhang zwischen der Aufnahme komplexer Kohlenhydrate und dem Typ2-Diabetesrisiko besteht. Studie zum Einfluss von Kartoffelstärke auf den menschlichen Organismus Wissenschaftler der Abteilung Klinische Ernährung wollen nun untersuchen, ob und wie komplexe Kohlenhydrate den menschlichen Stoffwechsel beeinflussen. Hierzu sollen die Effekte von gentechnisch oder konventionell veränderten Kartoffeln, die qualitativ und quantitativ unterschiedliche Stärken beinhalten, auf den Stoffwechsel untersucht werden. Blutentnahme bei einer Teilnehmerin der ProfimetStudie Eiweißgehalts in der Nahrung auf Stoffwechselparameter, die mit Übergewicht und Adipositas in Verbindung stehen. Mit Hilfe von Interventionsstudien wollen die DIfE-Forscher beispielsweise testen, inwieweit sich die unterschiedlichen Kartoffelstärkesorten positiv auf die Körpermasse eines Menschen auswirken. Die Züchtung und Vermarktung einer optimierten Kartoffelsorte könnte zur Prävention des menschlichen Metabolischen Syndroms beitragen. Forschungslabor Während der Studie erhalten Probanden für 18 Wochen verschiedene Test-Getränke oder Test-Mahlzeiten, die mit unlöslichen Ballaststoffen und/oder Eiweißen angereichert sind. Die Entwicklung von Test-Getränken erfolgt dabei in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Getreideverarbeitung (IGV). Vor, während und nach der Interventionsphase werden die Probanden hinsichtlich veränderter Stoffwechselparameter oder anthropometrischer Werte untersucht. Ziel der Studie ist es, ein gesundheitsförderndes, kostengünstiges und einfach zu nutzendes Lebensmittelprodukt zu entwickeln, das die Insulinempfindlichkeit der Körperzellen bei Übergewichtigen verbessern kann. Gleichzeitig soll dieses Produkt einer Gewichtszunahme und einer Leberverfettung entgegenwirken. 24 Forschen für den ländlichen Raum Deutsches Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) Abteilung Gastrointestinale Mikrobiologie Dr. Annett Braune, Prof. Dr. Michael Blaut Wechselwirkung sekundärer Pflanzenstoffe mit menschlichen Darmbakterien Doktorandin der Abteilung Gastrointestinale Mikrobiologie bei der Durchführung mikrobiologischer Arbeiten Wechselwirkung sekundärer Pflanzenstoffe mit menschlichen Darmbakterien Die Aroniabeere sowie der aus ihr gewonnene Saft enthalten eine beachtliche Menge sekundärer Pflanzenstoffe aus der Gruppe der Polyphenole. Ihr Gehalt ist etwa fünfmal höher als der in anderen Beerenfrüchten. Hervorzuheben sind unter anderem die Procyanidine, die dem Aroniasaft eine leicht herbe Note geben. Verschiedene Studien weisen auf gesundheitsfördernde Eigenschaften dieser Pflanzenstoffe hin. Dies hat dazu geführt, dass solche Substanzen als Nahrungsergänzungsmittel oder als wertgebende Komponenten in funktionellen Lebensmitteln angeboten werden. Unklar ist bislang, über welche Mechanismen der Körper diese Pflanzenstoffe aufnimmt, wie die Substanzen im Stoffwechsel wirken und welche Parameter die Bioverfügbarkeit solcher Stoffe beeinflussen. Forschen für den ländlichen Raum Ohne eine Beantwortung dieser Fragen ist eine Beurteilung der vermuteten gesundheitsfördernden Effekte und eine fundierte Sicherheitsbewertung nicht möglich. Im Rahmen eines Verbundprojektes, an dem auch die Universität Potsdam beteiligt ist, untersuchen DIfE-Wissenschaftler die Wechselwirkungen zwischen Procyanidinen und menschlichen Darmbakterien. Einerseits wollen die Forscher herausfinden, ob Darmbakterien diese sekundären Pflanzenstoffe in andere Substanzen umwandeln und wenn ja, in welche. Andererseits soll geklärt werden, ob Procyanidine die Zusammensetzung der Darmflora (Mikrobiota) beeinflussen. Die Studienergebnisse sollen zu einem besseren Verständnis der Bioverfügbarkeit und der biologischen Wirkungen der Procyanidine beitragen und eine Grundlage für die Entwicklung funktioneller Lebensmittel mit optimiertem Procyanidingehalt bilden. 25
