Diabetesforschung: Ernährung und Gene

IN KÜRZE

Seit einigen Jahren erforschen Wissenschaftler das Wechselspiel zwischen Ernährungsfaktoren und dem menschlichen Erbgut. Die Perspektive ist, mit Hilfe einer genetischen Analyse individuelle Ernährungsempfehlungen geben zu können und so Krankheitsrisiken zu verringern.

Mit den Wechselwirkungen zwischen Ernährung und menschlichem Erbgut, dem Genom, befasst sich die Fachrichtung Nutrigenomik, im Mittelpunkt steht dabei die Frage, wie einzelne Inhaltsstoffe der Nahrung auf unsere Gene wirken und welche Veränderungen im menschlichen Stoffwechsel sich daraus ergeben.

Wurden vor einigen Jahren noch Ernährungsempfehlungen für ganze Bevölkerungsgruppen ausgesprochen, ermöglichen es die Fortschritte der Nutrigenomik nun, das komplizierte Zusammenspiel zwischen Erbanlagen und Lebensweise zu verstehen und daraus personalisierte, das heißt auf den einzelnen Menschen zugeschnittene, Ernährungsempfehlungen abzuleiten.

Bislang stehen vor allem die ernährungsbedingten Erkrankungen Fettleibigkeit (Adipositas), metabolisches Syndrom und Typ-2-Diabetes im Fokus der nutrigenomischen Forschung. Aber auch bei der Entstehung der Autoimmunerkrankung Typ-1-Diabetes sind Interaktionen zwischen Erbanlagen und Nahrungsbestandteilen möglich.

Ziele der Nutrigenomik in der Typ-2-Diabetesforschung

Die Wissenschaftler arbeiten an der Frage, in welcher Wechselwirkung Risikogene für Typ-2-Diabetes, Ernährung und Stoffwechsel miteinander stehen. Dafür müssen zunächst individuelle Genvarianten, also Risikogene, die für eine Erkrankung anfällig machen, identifiziert werden. Wenn diese Zusammenhänge entschlüsselt sind, lässt sich auf Basis von Genen und Biomarkern frühzeitig ein erhöhtes Risiko für Diabetes feststellen.

In Zukunft könnten dann Risikogruppen identifiziert werden, die eine erhöhte Anfälligkeit für Diabetes haben und die von einer speziellen Ernährungstherapie, ausgerichtet auf Ernährungsstatus, Alter, Körperzusammensetzung, körperliche Aktivität und Genotyp, und gezielten Lebensstilempfehlungen profitieren würden. Die Klinische Kooperationsgruppe „Nutrigenomik und Typ-2-Diabetes mellitus“ von Helmholtz Zentrum München und Technischer Universität München will auf diesem Wege neue Strategien für die Vorbeugung und Behandlung entwickeln.

IN KÜRZE

Genvarianten sind dafür verantwortlich, welche Antworten der Stoffwechsel auf die jeweilige Nahrung gibt.

Der Begriff Nutrigenomik steht für die Wechselwirkungen zwischen den genetischen Anlagen (dem Genom) und der Ernährung. Der ganzheitliche Forschungsansatz verwendet Technologien von Genomik, d.h. Genanalyse, Transkriptomik (Gesamtheit der messenger-RNA, die zu einem bestimmten Zeitpunkt von aktiven Genen in der Zelle erzeugt wird), Proteomik (Gesamtheit der Proteine, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem Organismus vorhanden sind) und Metabolomik (die Analyse aller charakteristischen Stoffwechseleigenschaften einer Zelle).

Die Grundannahme der Nutrigenomik ist, dass es individuelle genetische Varianzen gibt, welche die Stoffwechselwege steuern und dafür verantwortlich sind, welche Antworten der Stoffwechsel auf die Nahrung gibt. Die Folge: Was für den einen Menschen gut ist, erhöht beim anderen möglicherweise das Diabetesrisiko. Wenn das Zusammenspiel von Ernährung und Genvarianten bekannt ist, könnte eine personalisierte Ernährungstherapie das jeweilige Erkrankungsrisiko verringern.

Wie können Genvarianten das Körpergewicht beeinflussen?

Beispiel 1: Das Zusammenspiel von Zucker und Fett in der Leber
Ein Beispiel hierfür betrifft die Zuckerproduktion der Leber. Sie steigt mit der Menge freier Fettsäuren, die man über die Nahrung aufnimmt. Produziert die Leber jedoch mehr Zucker als nötig, stört dies auch den Zuckerstoffwechsel. Wissenschaftler der Charité in Berlin haben eine Genvariante für ein Protein der Leber gefunden, welches freie Fettsäuren bindet und die Zuckerproduktion beim Menschen steuert. Je nachdem, welche Genvariante ein Mensch für dieses Protein vorliegen hat, reagiert er auf freie Fettsäuren stark – mit einer deutlichen Zuckerproduktion, oder eben nicht so stark. Und in der Folge davon nimmt man offenbar mehr oder weniger zu und hat entsprechend ein genetisch bedingt höheres oder niedrigeres Diabetesrisiko. Diese Genvariante ist sicherlich aber nur ein Faktor in einem multifaktoriellen Geschehen wie das nachfolgende Beispiel zeigt.

Beispiel 2: Fett fördert die Insulinresistenz
Nutrigenomik eignet sich bestens zur Erforschung der Mechanismen, die bei der Entstehung von Typ-2-Diabetes ablaufen. So sind inzwischen mehrere Genvarianten bekannt, die das Risiko für Typ-2-Diabetes erhöhen und durch Ernährung getriggert werden können. Das entzündungsfördernde Zytokin Il-6 etwa lässt den Cortisol-Gehalt im Blut ansteigen, was wiederum eine Insulinresistenz begünstigt. Für IL-6 haben Wissenschaftler genetische Varianten gefunden, die das Diabetesrisiko erhöhen. Was hat nun die Nahrung damit zu tun? Nahrungsbestandteile, darunter gesättigte Fettsäuren, können die Produktion dieses Zytokin Il-6 ankurbeln und auf diese Weise die Insulinresistenz fördern.

Beispiel 3: Fetteinlagerung
Wissenschaftler des Deuschen Instituts für Ernährungsforschung (DIfE) identifizierten das Gen IFI202b, welches die Fetteinlagerung begünstigt. Es wird im Fettgewebe übergewichtiger Menschen verstärkt aktiv. Wie weitere Ergebnisse der DIfE-Wissenschaftler annehmen lassen, fördert eine erhöhte Aktivität des Gens die Freisetzung eines Enzyms im Fettgewebe, das wiederum für die Bildung von Cortisol verantwortlich ist. Cortisol ist als Stresshormon bekannt, spielt aber auch eine Rolle bei der Regulation des Energiehaushalts.

Die Ergebnisse tragen dazu bei, die molekulare Regulation der Fettspeicherung besser zu verstehen und dadurch mit der Fettspeicherung in Zusammenhang stehende Krankheitsmechanismen aufzuklären, die an der Entstehung von Adipositas und Diabetes beteiligt sind.

Beispiel 4: Sport oder Vollkornbrot?
Das Gen TCF7L2 erhöht das Diabetesrisiko deutlich. Es gibt mehrere Varianten dieses Gens: Träger einer bestimmten Variante profitieren vom Verzehr von Vollkornprodukten. Mit 50 Gramm Vollkornbrot auf dem täglichen Speisezettel haben sie ein über zehn Prozent niedrigeres Diabetesrisiko. Träger anderer Genvarianten könnten dagegen ihr Diabetesrisiko effektiver verringern, wenn sie Sport treiben und dadurch ihr Gewicht regulieren.

Beispiel 5 – Vitamine gegen Diabetes?
Eine Reihe von Vitaminen hat bekanntermaßen antidiabetische Wirkung. So kann beispielsweise Vitamin D nicht nur direkt Einfluss auf die Funktion der Betazelle nehmen, sondern auch Gene beeinflussen, die ihrerseits die Betazellfunktion in der Bauchspeicheldrüse steuern. Zahlreiche weitere Beispiele für den vielschichtigen Zusammenhang zwischen Ernährungsfaktoren und Genen enthält eine aktuelle Übersichtsarbeit in der Zeitschrift Nutrients (Quellenangabe unten).

Ziele der Nutrigenomik in der Typ-1-Diabetesforschung

Studien bei Kindern mit erhöhtem Typ-1-Diabetesrisiko weisen darauf hin, dass die frühkindliche Ernährung die Entstehung von Inselautoimmunität und  Typ-1-Diabetes beeinflusst. Bislang gibt es nur eine geringe Anzahl von Studien, die den Zusammenhang zwischen Ernährungsfaktoren und Risikogenvarianten in der Entstehung von Inselautoimmunität und Typ-1-Diabetes untersuchten und die zu kontroversen Ergebnissen führten.

Ziel ist es nun, in großen Kohortenstudien das Zusammenspiel zwischen Ernährungsfaktoren und Risiko-Genvarianten zu untersuchen. Das Institut für Diabetesforschung am Helmholtz Zentrum München und die Forschergruppe Diabetes der Technischen Universität München führen derzeit drei prospektive Studien durch (TEDDY, TEENDIAB, BABYDIÄT), in denen mehr als 2.000 Kinder mit erhöhtem Risiko für Typ-1-Diabetes untersucht werden. Von diesen Kindern werden detaillierte Informationen zur Ernährung gesammelt, und bei allen Kindern werden die mit Typ-1-Diabetes in Verbindung gebrachten Risikogen-Varianten analysiert. Somit stellen diese Kinder eine hervorragend geeignete Population dar, um das Zusammenspiel zwischen Risikogenen und Ernährungsfaktoren und dessen Bedeutung für die Krankheitsentstehung zu untersuchen.
  

Potentiale und Grenzen

Die Untersuchung von Genvarianten und die Kenntnis ihrer Funktion und Reaktion auf verschiedene Bestandteile der Nahrung bietet die Möglichkeit, Trägern von Risikovarianten individuelle Ratschläge für einen geeigneten Lebensstil und eine bessere Ernährung zu geben und ihnen zu sagen, von welcher Maßnahme sie am ehesten profitieren. Es wird aber kaum möglich sein, sämtliche Genvarianten und deren Funktionen aufzuklären. Fatalerweise  können sich Genvarianten möglicherweise auch gegenseitig beeinflussen, was die Abläufe noch komplizierter macht.
  

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Informationen zum Inhalt

Quellen:

  • Berná, G. et al.: Nutrigenetics and Nutrigenomics Insights into Diabetes Etiopathogenesis. In: Nutrients 2014, 6(11): 5338-5369
  • Fisher, E. et al.: Whole-grain consumption and transcription factor-7-like-2 (TCF7L2): gene-diet interaction in modulating type 2 diabetes risk. In: Br. J. Nutr., 2009, 101: 487-481
  • Möhlig, M. et al.: Bio- und Genmarker für das Metabolische Syndrom. In: DIfE-Jahresbericht, 2003/04: 22-24 (Letzter Abruf: 11.5.2012)
  • Küpper, C.: Essen nach den Genen – Zukunftsmusik oder realistische Annahme? In: Ernährung im Fokus, 2004, 10(4): 138-145 
  • Ziegler, AG. et al.: Early gluten exposure is a risk factor for type 1 diabetes-associated autoimmunity. In: JAMA, 2003, 290:1721-1728
  • Norris JM et al.: Timing of initial cereal exposure in infancy and risk of islet autoimmunity. In: JAMA, 2003, 290:1713-1720
  • TEDDY-Studie (www.teddystudy.org) (Letzter Abruf: 13.7.2012)
  • TEENDIAB-Studie (www.teendiab.de) (Letzter Abruf: 13.7.2012)

Letzte Aktualisierung:

15. Juni 2015

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