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BLICKWINKEL

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„Durch diese hohle Tasse …“ – kleine Veränderung, große Wirkung. Was für das Zitat eines großen Dichters gilt, lässt sich auch auf den Bauplan des Lebens  – die DNA – 
 übertragen. Kleine Veränderungen in unserem Erbgut können weitreichende Auswirkungen auf den Körper haben.

Seit der Entschlüsselung des humanen Genoms im Jahre 2001 und den sich daran anschließenden rasanten Fortschritten in der Genomforschung haben wir heute ein immer besseres Verständnis für die Auswirkungen, aber auch für die Nutzung unserer ganz eigenen genetischen Individualität. Neben der individualisierten Medizin und der stratifizierten Arzneimitteltherapie lassen sich 
diese Erkenntnisse in Zukunft womöglich ebenfalls für eine personalisierte Ernährung einsetzen.

Das Erbmolekül – die DNA – fasziniert und polarisiert seit seiner Entdeckung. Dies liegt sicher auch dem prädiktiven Charakter dieses Moleküls zugrunde. In jeder menschlichen Zelle befindet sich die komplette genetische Information eines Individuums, gespeichert und hinterlegt in den Chromosomen. Jedes Chromosom besteht aus einem riesigen ringförmigen Molekül, der Desoxyribonukleinsäure oder DNS (eher gebräuchlich unter der englischen Abkürzung DNA).

Menschen tragen in jeder Zelle zweimal 23 Chromosomen, was insgesamt ca. zwei Metern DNA entspricht. Die DNA wiederum ist ein Strang von Nukleotiden. Jedes Nukleotid weist eine der vier Basen Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin (abgekürzt A, C, G und T) auf, die den genetischen Code bilden. Das aus diesen Buchstaben (Basen) gebildete Genom – beim Menschen bestehend aus 3,2 Milliarden Nukleotiden – enthält u.a. die Anleitung dafür, wie sich aus einer befruchteten Eizelle ein Mensch entwickelt. 

Hohe Variabilität von Genotyp und Phonotyp 

Doch bereits zu Zeiten des humanen Genomprojekts war bekannt, dass es nicht das humane Genom gibt, sondern dass sich unser Erbgut – wie das von allen anderen Organismen auch – durch einen hohen Grad an Variabilität auszeichnet. So weist das menschliche Genom über drei Millionen definierte variable Stellen auf. Diese Variationen betreffen häufig nur einen einzigen DNA-Baustein. Neben solchen Einzelbasen-Variationen können einzelne Basen auch verschwinden (Deletion) oder zusätzlich eingefügt (Insertion) werden. Der Genotyp bezeichnet den individuellen Satz von Genen eines Organismus. Gene wiederum sind Bauanleitungen für Proteine. Dabei codiert die Abfolge der Basen, wie das entsprechende Protein aus seinen Bestandteilen, den Aminosäuren, zusammengesetzt wird. Proteine übernehmen in der Zelle sehr wichtige Funktionen. Sie sind Baumaterial (Strukturproteine), regulieren in Form von Enzymen den Stoffwechsel und die Zellfunktion und dienen als Signalstoffe. Somit hat der Genotyp erheblichen Einfluss auf die Entwicklung des Organismus und die Ausprägung körperlicher Merkmale, also des Phänotyp.

Langfristiges Ziel der Nutrigenetik ist es, auf Grundlage einer auf den Stoffwechsel des Individuums angepassten Ernährung bestimmte  Erkrankungen zu vermeiden.

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Prädiktive Gendiagnostik

Der direkte Zusammenhang zwischen Genotyp und Proteinaufbau führt zu einem einfachen, aber folgenschweren Ergebnis: Veränderungen der Basenabfolge können zur fehlerhaften Bildung von Proteinen führen. Mittlerweile weiß man, dass bestimmte Basen im Genom sehr variabel, also von Mensch zu Mensch häufig unterschiedlich sind. Diese Erkenntnisse sind Grundlage der sog. prädiktiven Gendiagnostik, der Früherkennung von Krankheiten – ein Bereich der Genomforschung, der nach wie vor sehr kontrovers diskutiert wird, bietet der Blick ins Genom doch (rein technologisch) auch die Möglichkeit der präsymptomatischen Diagnostik einer (eventuell unheilbaren) Erkrankung.

Der rasanten technologischen Entwicklung geschuldet sah sich der Gesetzgeber daher im Zugzwang, den Markt für genetische Analysen in Deutschland zu regulieren. Das im Jahr 2009 in Kraft getretene Gendiagnostikgesetz („Gesetz über genetische Untersuchungen bei Menschen“) war das Ergebnis eines zähen parlamentarischen Prozesses. Demnach sollten der Nutzen, der aus diesen neuen Technologien gewonnenen Erkenntnisse, und der potenzielle Schaden, der daraus für das jeweilige Individuum entstehen kann, gegeneinander abgewogen werden. Dem Geist des Gesetzes liegt das Recht auf Nichtwissen als übergeordnetes Ziel zugrunde. Ein Sachverhalt, der im Prinzip sinnvoll ist, der aber ohne sorgfältig abwägende Diskussion auch dazu führen kann, dass Genomforschung und Gendiagnostik unter den Generalverdacht geraten, dem Individuum schaden zu wollen. Dies ist weder inhaltlich richtig, noch wäre diese Sicht zielführend in einer gesellschaftlichen Debatte über den individuellen Nutzen von Gentests.

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Pharmakogenetik

Neben der prädiktiven Gendiagnostik, die primär die Früherkennung genetisch bedingter Erkrankungen zum Ziel hat, führte die Genomforschung der letzten 15 Jahre auch zu einem wesentlich besseren Verständnis des mitunter sehr individuellen Ansprechens von Patienten auf medikamentöse Therapien. So ist mittlerweile sehr gut erforscht, dass viele Variationen im Erbgut auch Einfluss auf die Wirksamkeit und Verträglichkeit von Medikamenten nehmen. Die individuelle Ausstattung von Genen führt zwangsläufig bei jedem Menschen zu einem leicht veränderten Medikamentenstoffwechsel. Das Wissen um diese Zusammenhänge ist Grundlage der sog. Pharmakogenetik, die das Ziel einer auf den jeweiligen Patienten individualisierten und damit stratifizierten Arzneimitteltherapie verfolgt.

Im Gegensatz zur prädiktiven Gendiagnostik, die meist eher prohabilistische Ergebnisse liefert, bietet die pharmakogenetische Diagnostik in der Regel deterministische Befunde, was die Akzeptanz genetischer Analysen in den letzten Jahren prinzipiell verbessert hat.

Wunsch nach Individualisierung

Die sich nun ebenfalls schnell entwickelnde Nutrigenetik – ganz allgemein also die Erforschung der Zusammenhänge zwischen Ernährung und Genetik – profitiert von dem gewandelten Stimmungsbild gegenüber genetischer Diagnostik. In diesem Kontext scheint – auch gesellschaftlich – die Gendiagnostik jüngst ein Stück weit ihren Schrecken verloren zu haben. Hierfür gibt es (aus meiner Sicht) zwei Hauptursachen bzw. Trends. Der Mensch ist primär ein sehr neugieriges Lebewesen. Diese Neugierde hatte evolutionär zumeist Vorteile – so sind schon unsere Vorfahren durch trial and error vielen Dingen auf den Grund gegangen, von deren Erkenntnissen wir heute profitieren.

Neben der dem Menschen angeborenen Neugierde lässt sich heutzutage ein weiterer Trend beobachten: die Erkenntnis der eigenen Individualität und der daraus erwachsende Wunsch nach Individualisierung. Die Industrie hat diesen Trend erkannt und aufgegriffen. Vom Smartphone-Hintergrundbildschirm über die eigens für mich zusammengestellte Müslimischung bis hin zu personalisierten Kaufempfehlungen im Online-Shop – viele Firmen bieten heute individualisierte bzw. individualisierbare Dienstleistungen und Produkte an.

Dieser Zeitgeist spielt dem Markt für Genanalysen klar in die Hände: „Sie sind einzigartig – und genauso möchten Sie auch behandelt werden“. Zugleich ist dies ein Trend, der durch die Erkenntnisse der Genomforschung befeuert wird. Und so verwundert es nicht, dass die Gendiagnostik das exklusive Terrain der rein medizinischen Anwendung verlassen hat und sich mehr und mehr im sog. Lifestyle-Segment tummelt.

Innovation und Reflexion 

Darüber hinaus ist die Analyse-Technologie immer einfacher, schneller und billiger geworden. Das erste menschliche Genom zu entziffern, hat rund zehn Jahre gedauert und dabei noch Milliarden von US-Dollar gekostet. Bereits im Jahr 2009 überraschten die ersten Start-up-Unternehmen den damals noch nicht existierenden Markt mit dem Angebot einer humanen Genomsequenzierung für unter 100.000 US-Dollar innerhalb eines Monats. Heute ist eine komplette Genomanalyse binnen Tagen und für ca. 1.000 US-Dollar zu haben; und die Technologieentwicklung wird nicht stagnieren. Das eigene Genprofil wird für jeden in Zukunft erschwinglich und zugänglich sein. Aber was nutzen all diese Daten ohne Korrelationen. Die tumbe Tatsache, dass die Analyse – also das Erheben der Daten – immer billiger und immer schneller wird, ist kein direkter Indikator dafür, dass diese Daten ebenso dynamisch einen Nutzen stiften. Dem Zeitalter des Datensammelns muss sich eine Phase der reflektierten Interpretation anschließen. Und die Entwicklung von Algorithmen, die die genetischen Daten in deterministische Aussagen übersetzen, verläuft langsamer und zeitversetzt. Nichtsdestotrotz haben sich  –  auch in Deutschland und in Europa – bereits einige Forschungsinstitutionen und Firmen genau diesem Ziel verschrieben. Und so hat sich neben dem Bereich der prädiktiven Gendiagnostik und der Pharmakogenetik speziell in den vergangenen fünf Jahren ein weiterer Zweig entwickelt, die sog. Nutrigenetik.

Nutrigenetik

Die Nutrigenetik untersucht die Zusammenhänge zwischen Ernährung und Genetik. Insbesondere wird erforscht, inwiefern genetische Variationen Einfluss auf Stoffwechselprozesse im Körper und auf (ernährungsbedingte) Krankheiten nehmen. Als langfristiges Ziel wird die Möglichkeit gesehen, auf Grundlage einer auf den Stoffwechsel des Individuums angepassten Ernährung bestimmte Erkrankungen zu vermeiden. Hierzu müssen funktionelle Genvarianten identifiziert werden, die durch Ernährung oder Nährstoffe unterschiedlich beeinflussbar sind. Dadurch soll das Erkrankungsrisiko Genotyp-abhängig gezielt gesenkt werden. Ein in diesem Zusammenhang sehr prominentes und auch schon sehr altes Beispiel ist die Laktose-Intoleranz. 

Laktoseintoleranz

Nicht jeder kann Milchprodukte in beliebiger Menge zu sich nehmen. Bei manchen Menschen führt ein Zuviel an Milch zu Verdauungsstörungen und Beschwerden des Magen-Darm-Trakts. Der Grund: Für die Verwertung des Milchzuckers, der Laktose, braucht der Körper das Enzym Lactase, das diesen Menschen nicht in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Das Enzym Lactase spaltet den Milchzucker in seine Bestandteile Galaktose und Glukose auf. Ungespaltene Laktose kann vom Körper nicht aufgenommen werden, verbleibt im Darm und führt dort zu Wasseransammlung. Die Laktose wird schließlich von Darmbakterien vergoren, wobei CO2 – also ein Gas – entsteht. Hierdurch kommt es zu Durchfall, Blähungen und Bauchkoliken. 

In seiner ursprünglichen Form wird die Lactase nur in den ersten Lebensmonaten zur Verwertung der Muttermilch in vollem Maße gebildet. Danach wird ihre Produktion gedrosselt, da nur noch wenig Laktose über die Nahrung aufgenommen wird. Die Mehrzahl der Weltbevölkerung trägt noch heute diese ursprüngliche Form der Lactase in sich. In Asien und Afrika hingegen gehören Milchprodukte nicht zum normalen Speiseplan. In Mitteleuropa gibt es eine Besonderheit: hier konnten sich zwei genetische Mutationen durchsetzen, die das Drosseln der Lactase-Produktion verhindern. Träger beider Mutationen produzieren ihr Leben lang ausreichend Lactase und können Milchzucker nahezu unbegrenzt verwerten. Diese Form des Enzyms bot in den Regionen der Welt, in denen die Milchviehwirtschaft einen großen Stellenwert einnahm, einen echten evolutionären Vorteil. Lediglich jeder fünfte bis zehnte Mitteleuropäer trägt heute noch die nicht mutierte, ursprüngliche Form des Lactase-Gens. 

Die aus diesem Zusammenhang resultierende Laktose-Intoleranz ist also an sich keine Krankheit; vielmehr sind die Laktose-Toleranten die eigentlichen Mutanten. Wenige von einer Laktose-Intoleranz Betroffene wissen jedoch, dass ihnen nicht genügend Lactase zur Verfügung steht. Sie konsumieren Milchprodukte, ohne auf die individuelle Verträglichkeitsgrenze zu achten, was zu den oben genannten Nebenwirkungen führen kann. Wer dagegen (durch eine nutrigenetische Untersuchung) um seine angeborene Intoleranz weiß, kann seinen täglichen Laktose-Konsum reduzieren und damit mögliche Verdauungsprobleme, Störungen des Immunsystems oder schwerere Folgeerkrankungen vermeiden. Dafür ist nicht einmal ein Verzicht von Milchprodukten erforderlich, da heute nahezu alle milchhaltigen Artikel auch laktosefrei angeboten werden. Ein kompletter Verzicht wäre wegen der vielen in der Milch enthaltenen Nährstoffe auch gar nicht ratsam. Denn fehlen diese dem Körper, entstehen häufig Mangel- und Folgeerkrankungen wie z. B. Osteoporose (Knochenbauschwäche). Wie dieses Beispiel zeigt, ist eine „Personalisierte Ernährung“ gegenüber pauschalen Ernährungsempfehlungen tatsächlich besser geeignet, Präventionsstrategien frühzeitig einzuleiten.

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Ernährung und Volkskrankheiten 

Nicht ganz so einfach sind die Zusammenhänge zwischen der Ernährung und dem Auftreten von komplexeren Volkskrankheiten wie Diabetes, Adipositas oder Bluthochdruck. Doch gerade bei dieser Fragestellung erhofft man sich Erkenntnisse aus der Nutrigenetik, die für die Prävention genutzt werden können. Die bereits im Jahr 2011 ins Leben gerufene Initiative Food4Me (www.food4me.org/de/) sammelte Daten von freiwilligen Probanden, die Rückschlüsse auf diese Korrelationen ermöglichen sollen. Die Ergebnisse sollen bei der Entwicklung neuer wissenschaftlicher Werkzeuge helfen, die ernährungsspezifische, genetische und phänotypische Daten für die Definition einer personalisierten Ernährungsweise nutzen. Ein weiteres Ziel ist die Untersuchung, ob Menschen, die ihr individuelles Risiko kennen, stärker für Verhaltens­änderungen zu motivieren sind als durch allgemein formulierte Ernährungsratschläge.  Wie groß der Einfluss der Gene auf ernährungsabhängige Erkrankungen tatsächlich ist, kann derzeit nicht abschließend beantwortet werden. Trotz zahlreicher Zusammenhänge zwischen Genvarianten und Blutzucker-, Cholesterin- oder Vitaminspiegeln bleiben die Ursachen für Erkrankungen stets multifaktoriell und über den tatsächlichen Beitrag der Gene (im Vergleich zu anderen Risikofaktoren) zum gesamten Krankheitsrisiko wird nach wie vor kontrovers diskutiert. Ob jemand mit einem Risiko-Gen für Diabetes aufgrund einer speziellen Ernährung langfristig keinen Diabetes entwickeln wird, kann daher derzeit noch niemand sicher beantworten.

Nutrigenetische Forschung

Davon unbenommen gibt es heute aber auch schon praktische Erfolge in der nutrigenetischen Forschung. Ein Beispiel hierfür sind Menschen mit einer Genvariation im Methylen-Tetra-Hydrofolat-Reduktase-Gen (MTHR-Gen), die nachgewiesenermaßen von einer personalisierten Ernährungsempfehlung profitieren. Träger einer definierten genetischen Abweichung im MTHR-Gen können Folat schlechter in seine biologisch aktive Form überführen; gleichzeitig ist die Umwandlung des schädlichen Homocysteins in Methionin eingeschränkt. Betroffene haben daher ein größeres Risiko für erhöhte Homocysteinspiegel und somit für Thrombosen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. 

Diese Genvariante tragen etwa 10 Prozent der Bevölkerung in sich. Es konnte gezeigt werden, dass Betroffene von einer höheren Folat- oder Folsäurezufuhr durch folatreiche Gemüse wie Brokkoli, Spinat oder Nahrungsergänzungsmittel maßgeblich profitieren. Diese Ernährungsumstellung reicht offenbar aus, um das Risiko zu normalisieren.

Darüber hinaus könnten die Erkenntnisse der Nutrigenetik eventuell auch ganz generell für ein nachhaltiges und gesundes Abnehmen eingesetzt werden. Bereits heute bieten – auch in Deutschland – einige Firmen Genprofil-Analysen an, auf deren Basis gezielte Empfehlungen zu verbessertem Lebensstil, optimaler Ernährung und Nahrungsergänzung getroffen werden. Dieses Geschäftsmodell erscheint sehr erfolgreich, würde doch – nach einer aktuellen Untersuchung des Instituts für Demoskopie Allensbach (IfD Allensbach) – fast jeder zweite Mensch in Deutschland gerne sein Körpergewicht reduzieren. Die Validität dieser Tests und die aus dem Genprofil gezogenen Rückschlüsse werden in der Fachwelt z. T. noch sehr kontrovers diskutiert. Die Verkaufszahlen steigen trotzdem. Dies ist vielleicht auch als Spiegel des aktuellen Zeitgeists zu verstehen.

Auch wenn die Erforschung genbasierter Ernährungsempfehlungen noch am Anfang steht, so wird sich dieses Konzept der Individualisierung durchsetzen, denn jeder von uns ist irgendwie eben doch einzigartig – und das ist gut so. 

humatrix AG

www.humatrix.de/
Anna Eichhorn

Dr. Anna C. Eichhorn

Dr. Anna C. Eichhorn studierte Biochemie und promovierte 2003 am Institut für Molekulare Genetik der Goethe-Universität Frankfurt/Main. Bereits während der Promotion gründete sie im Jahr 2001 die humatrix AG, ein auf die Analyse der menschlichen DNA spezialisiertes Biotechnologie-Unternehmen. Sie ist u. a. Mitglied des Aufsichtsrats des Frankfurter Innovationszentrums Biotechnologie (FIZ) und Vorstand des House of Pharma and Healthcare. Im März 2017 wurde sie zudem in den Aufsichtsrat der BRAIN AG gewählt.

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