Innenwelt

Gelenkte Gene

30.12.2016

Unsere Gene steuern, wer wir sind, wie wir aussehen, was wir mögen. Doch sie werden auch gesteuert: durch die Umwelt. Ernährung, Bewegung, Stress und vieles mehr beeinflussen die Epigenetik – die Aktivität unserer Gene. Ernährungswissenschaftler Andreas Pfeiffer über die Bedeutung des neuen Forschungsfeldes und den Einfluss der Nahrung auf unsere Gene.

Die Epigenetik ist ein recht neues und vielen Menschen unbekanntes Forschungsfeld der Biologie. Womit beschäftigt sie sich?

Die Epigenetik untersucht, welchen Einfluss die Umwelt – also beispielsweise unsere Nahrung, die Luft, Stress und so weiter – auf unsere Erbinformationen hat. Ein zentraler Begriff hierbei ist die DNA-Methylierung. Dabei heften sich kleine Moleküle an die DNA-Basen und verhindern so, dass nachfolgende Gensequenzen abgelesen werden können. Im Prinzip so, als würden Sie in einem Text eine Zeile abdecken: Der Text steht noch da, sie können ihn nur nicht mehr lesen. Damit wird also nicht das Gen selbst verändert, sondern lediglich dessen Funktion ein- oder ausgeschaltet. Dadurch können bei identischen Erbinformationen unterschiedliche Zellen entstehen. So erkrankt beispielsweise der eine an Diabetes, der andere aber nicht – je nachdem, wie sich seine Epigenetik durch Umwelteinflüsse verändert hat.

Wie stark ist dieser Einfluss?

Als Ernährungsforscher interessiert uns natürlich hauptsächlich der Bereich Ernährung. Aus Mäusestudien wissen wir, dass sie die Methylierung der DNA stark beeinflusst. Warum das so ist, verstehen wir allerdings noch nicht so gut. Zuletzt haben wir erforscht, welche Rolle Darmhormone, die durch die Ernährung gesteuert werden, in der Epigenetik spielen. Wenn wir essen, werden Hormone freigesetzt, die zentral für unseren Stoffwechsel sind. Wir haben herausgefunden, dass Mäuse schlank bleiben, wenn man das Darmhormon GIP – Gastrointestinales inhibitorisches Peptid –, das den Stoffwechsel im Gehirn steuert, gezielt ausschaltet, wodurch sich die Methylierung und damit die Synthese von Fettverbrennungsgenen im Muskel ändern.

Könnte man durch solche Manipulationen der Epigenetik Krankheiten heilen?

Da wir immer älter werden, steigt auch das Risiko für Krankheiten. Und das Altern ist mit einer zunehmenden Methylierung des Genoms verbunden. Der Gedanke, den Alterungsprozess durch epigenetische Veränderungen zu beeinflussen, ist da natürlich sehr interessant und auch erfolgversprechend. Nehmen Sie das Beispiel Sport: Sport verändert die Methylierung außerordentlich schnell. Schon wenn Sie eine Treppe hochrennen, verändern sich Methylierungszustände in der Muskulatur, es werden bestimmte Gene ein- oder ausgeschaltet. Der Einfluss der Umwelt auf die Gene ist also sehr ausgeprägt. Ernährung und Bewegung spielen eine bedeutende Rolle bei der Vorbeugung und Heilung vieler Krankheiten, wobei wahrscheinlich die Epigenetik beteiligt ist.

Sie führen viele Ernährungsstudien mit Menschen durch und können durch Ernährungsumstellungen teils beachtliche positive Effekte erzielen. Lassen sich diese durch epigenetische Veränderungen erklären?

Das wissen wir noch nicht genau. In der epigenetischen Forschung am Menschen gibt es zwei große Herausforderungen: Erstens können wir nur relativ kleine Organbiopsien entnehmen und diese auch nur aus einigen Organen. Eine Biopsie des Fettgewebes zum Beispiel ist relativ einfach möglich, nicht aber eine der Leber. Dementsprechend sind Stellen, die wir untersuchen müssten, nur schwer zugänglich. Zweitens besitzt der Mensch ungefähr sechs Millionen Genvarianten, die dazu führen, dass Sie und ich nicht genau gleich aussehen. Da genau die Varianten zu finden, die beispielsweise Einfluss auf die Entstehung einer Krankheit haben könnten, ist nicht einfach. Die Forschung glaubte lange Zeit, dass diese Genvarianten die Hauptrolle bei der Entstehung von Krankheiten spielen, dass ein Mensch beispielsweise die genetische Veranlagung für eine Diabetes-Erkrankung hat, ein anderer nicht. Bei Diabetes und Adipositas hat man mittlerweile aber etwa hundert Genvarianten entdeckt und festgestellt, dass diese nur einen sehr kleinen Einfluss darauf haben. Die Entstehung dieser Krankheiten lässt sich also nicht ausschließlich genetisch erklären.

Nahrungsmittel enthalten viele Mikronährstoffe. Deren Effekte auf unseren Körper sind jedoch schwierig zu bestimmen.

Sind Zivilisationskrankheiten wie Diabetes damit nur ein Anpassungsproblem, weil wir uns jahrtausendelang anders ernährt haben als heute? Und reguliert sich der Körper durch epigenetische Veränderungen früher oder später selbst?

Für solche Anpassungen braucht es eher die langfristigen Veränderungen in der Genetik und weniger die kurzfristigen der Epigenetik. Epigenetische Veränderungen können zwar vererbt werden, aber nicht dauerhaft. Ein konkretes Beispiel: In Texas gibt es einen Indianerstamm, die Pimas, deren Angehörige sich ausschließlich mit Pick-Ups fortbewegen, also kaum noch laufen, und mittlerweile ziemlich dick sind und extrem häufig Diabetes entwickeln. Angehörige des gleichen Stamms mit denselben Genen leben auch im Hochland von Mexiko. Sie betreiben noch klassische Agrikultur und sind dünn. Da finden epigenetische Veränderungen im Körper der Menschen statt, die dann auch das Diabetesrisiko der Nachfahren erhöhen. Das gilt auch für Mütter, die eine Adipositas während der Schwangerschaft haben und dadurch ein erhöhtes Diabetesrisiko an die Kinder weitergeben. In Mäusestudien kann man das mit der epigenetischen Programmierung der Insulinproduktion assoziieren. Aber wir haben keine wirkliche genetische Anpassung, die uns für die eine oder andere Ernährungsweise vorprogrammiert. Man kann beobachten, dass Menschen in Asien oder Afrika ebenfalls dick werden, wenn sie unsere industrialisierte Fertignahrung essen. Wir Mensch sind einfach nicht gemacht für den Überfluss, für den ganzen Zucker und die Fette, die häufig in unserer Nahrung sind.

Sind Vegetarier oder Veganer denn weniger anfällig für bestimmte Krankheiten?

Das lässt sich schwer sagen. Sie machen auch sonst vieles anders als Fleischesser, da ist es schwierig, nur die Ernährung als Vergleich heranzuziehen. Ich glaube nicht, dass vegetarische Ernährung wirklich günstiger ist. Eine vegetarische oder vegane Ernährung hat auch Risiken, weil bestimmte Komponenten fehlen, zum Beispiel Vitamin B12 oder Eisen.

In den Medien werden einige Nahrungsmittel immer wieder zu Wundermitteln stilisiert, die beispielsweise Krebs vorbeugen sollen. Gibt es tatsächlich bestimme Nahrungsmittel, die unsere Epigenetik verändern und damit auch einen direkten Einfluss auf unsere Gesundheit haben?

Nahrungsmittel enthalten eine sehr große Menge an Mikronährstoffen und Verbindungen, die starke Effekte im Stoffwechsel haben. Da es aber ungefähr 80.000 verschiedene Nahrungsinhaltsstoffe gibt und diese in unterschiedlichen Mengen vorkommen, sind die positiven Effekte einzelner Nahrungsmittel allerdings nur sehr schwer reproduzierbar – was da wie und warum genau wirkt, ist schwierig zu bestimmen. Ein gutes Beispiel ist Zimt: Er enthält zahlreiche Verbindungen, von denen einige vermutlich die Insulinausschüttung regeln. Es gibt Studien, die verblüffende Wirkungen von Zimt belegen. Und es gibt andere, die das überhaupt nicht reproduzieren können.

Gibt es denn Nahrungsmittel, von denen die Wissenschaft sicher weiß, dass sie gesund sind?

Ja, die ganzen Ölsaaten wie zum Beispiel Nüsse. Da sind wahrscheinlich die richtigen Fette, relativ viel Proteine und Ballaststoffe drin. Um das Für und Wider gesättigter Fettsäuren gibt es dagegen schon wieder viele Diskussionen. Objektive Empfehlungen abzugeben, ist wirklich sehr schwer.

Ist es aus Ihrer Sicht schwierig, sich heute noch gesund zu ernähren, wo doch die meisten Lebensmittel industriell hergestellt und stark verarbeitet werden?

Ich sehe da kein Problem. Man muss nur die richtige Auswahl treffen. Im Prinzip hindert einen ja nichts daran, mit frischen Zutaten, die man heutzutage überall kaufen kann, zu kochen. Problematisch ist, dass die Menschen zunehmend Fertignahrung kaufen und im Moment auch keine gut informierte Auswahl treffen können – entweder weil ihnen persönlich die Informationen fehlen oder es schlicht keine klaren, wissenschaftlich eindeutig belegbaren Informationen gibt.

Woran liegt das?

Eine Schwierigkeit der Ernährungsforschung liegt darin, dass der Mensch nun mal mehrere Sachen gleichzeitig isst und nicht nur ein Nahrungsmittel. In einer Pharmastudie kann ich die Studienteilnehmer fünf Jahre mit einem Medikament behandeln. Ich kann meine Probanden aber nicht fünf Jahre lang nur mit Kartoffeln ernähren. Deswegen benutzen wir Daten von großen epidemiologischen Studien, die über Fragebögen erfassen, was die Leute essen. Und diese Fragen sind, wenn Sie das mal mit einem Ernährungsprotokoll vergleichen, nur zur Hälfte richtig. Und die Ernährungsprotokolle selbst stimmen auch nicht immer. Auf dieser, wenn auch sehr großen Datengrundlage, berechnen Sie dann bestimmte Risikofaktoren und sagen am Ende „mit hoher Wahrscheinlichkeit führen gesättigte Fette zu Herzinfarkten“ – oder eben auch nicht. Daher besteht auch weiterhin Forschungsbedarf, auch um neue, bessere Untersuchungsmethoden zu entwickeln, die dazu beitragen, die Aussagekraft der wissenschaftlichen Studien zu erhöhen und Ergebnisse zu untermauern.

Zur Person

Prof. Dr. Andreas Pfeiffer ist Leiter der Abteilung Klinische Ernährung am Deutschen Institut für Ernährungsforschung (DIfE) in Potsdam-Rehbrücke.

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