Die 15 jungen Männer mussten erst ein Casting hinter sich bringen, bevor sie als Studienteilnehmer akzeptiert wurden. Denn für die Münchner HuMet-Studie suchte die Ernährungswissenschaftlerin Hannelore Daniel Probanden, die sich äußerlich stark ähneln. Sie sollten sich in Körpergröße, Gewicht, Statur und Alter kaum unterscheiden. Auf diese Weise wollte die Wissenschaftlerin eine biochemisch möglichst homogene Gruppe zusammenstellen. Die jungen Männer sollten zum Beispiel einen ähnlichen Nüchternblutzuckerspiegel aufweisen. Denn das Ziel der Untersuchung an der TU München war, einen möglichst genauen Einblick in den Stoffwechsel des Menschen zu erhalten.
Laut Forschern des US-amerikanischen Scripps Research Institute gibt es weit über 100 000 Metabolite – Substanzen, die beim Abbau von Nahrung oder Medikamenten gebildet werden. Bei den Metaboliten handelt es sich zum Beispiel um Protonen, Säuren, Eiweißstoffe oder Zuckermoleküle. Die Gesamtheit aller Metabolite, die Aktivität von Enzymen und die Stoffwechselprozesse in einer Zelle nennt man Metabolom. Der Name entstand in Analogie zu dem Begriff Genom – der Gesamtheit aller Gene in einer Zelle – und leitet sich ab von dem Fachbegriff „ Metabolismus” für Stoffwechsel.
Die Teilnahme an der HuMet-Studie war für die gecasteten jungen Männer ein echter Härtetest: 36 Stunden mussten sie fasten, während man alle zwei Stunden Proben von Blut, Urin und Atemluft nahm. Auch danach durften sie sich nicht satt essen, sondern mussten spezielle Zuckerlösungen oder eine mit Fett angereicherte Trinknahrung zu sich nehmen. Um zu untersuchen, wie sich der Stoffwechsel und insbesondere die Produktion von Stresshormonen verändern, ließen die Forscher die Probanden die Hände in eisiges Wasser halten oder auf einem Ergometer strampeln. Auch ihr Grundumsatz wurde ermittelt. Das ist die Energiemenge, die ein Mensch verbraucht, während er ruhig auf einer Couch liegt.
Die Mühe lohnte sich, denn Hannelore Daniel und ihr Team stellten fest: „Obwohl der Nüchternblutzucker bei allen Probanden gleich war, verhielten sich die Blutzuckerwerte nach dem Trinken der Zuckerlösung extrem unterschiedlich – bei manchen stiegen sie viel höher an und fielen danach viel steiler ab als bei anderen.” Auch nach Fasten und Sport unterschieden sich die Metabolit-Blutwerte der biochemisch so ähnlichen Probanden enorm.
Verantwortlich für diese Vielfalt im Stoffwechsel der Menschen sind unter anderem die Gene. Das Genom aller Menschen ist zwar zu 99,9 Prozent gleich, doch winzige Erbgut-Varianten – sogenannte Single Nucleotide Polymorphisms (kurz SNPs) – reichen aus, um drastische Unterschiede beim Aussehen und bei der Anfälligkeit für Krankheiten zu erzeugen.
Seit Anfang der 2000er-Jahre arbeiten Internisten und Ernährungswissenschaftler daran, aufzuklären, welche SNPs für chronische Krankheiten wie Herzinfarkt und Diabetes anfällig machen. Zudem suchen sie nach Nährstoffen, die mit diesen Mini-Varianten im Genom interagieren. Schließlich werden zahlreiche Volksleiden vom Speiseplan mitbestimmt.
Gut untersucht ist das im Folsäurestoffwechsel wichtige MTHFR-Gen, von dem man mittlerweile mehrere Mini- Varianten kennt. Eine davon trägt bei manchen Menschen zu einem erhöhten Homocystein-Spiegel bei – ein Risikofaktor für Herzinfarkt, vor allem wenn die Nahrung zu wenig Folsäure und Vitamin B2 enthält. Eine andere Variante des Gens macht seinen Träger weniger anfällig für Dickdarmkrebs – das Risiko ist um 17 Prozent verringert. Noch geringer ist es, wenn die betreffende Person gut mit Folsäure versorgt ist und wenig Alkohol trinkt. 12 Prozent der Deutschen haben wegen dieser Unterschiede im Genom einen höheren Folsäurebedarf, als von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung empfohlen wird.
Beim Essen ist es wie bei Schuhen
Die meisten Ernährungsempfehlungen sind sehr pauschal. „Die” gesunde Ernährung kann es aber ebenso wenig geben wie „die” Schuhgröße für alle, schrieb der Ernährungswissenschaftler Alexander Ströhle in der Deutschen Apotheker-Zeitung. Ziel der modernen Ernährungsforschung ist deshalb, personalisierte Empfehlungen zu formulieren, die das individuelle Krankheitsrisiko minimieren.
Zahlreiche Gen-Varianten, die Krankheitsrisiken erhöhen oder mindern, wurden bereits entdeckt. Doch es ist noch unklar, welche SNPs sich wie stark gesundheitlich auswirken. Die anfängliche Euphorie ist verflogen. „Mehrere Hundert Gen-Varianten beeinflussen das Diabetesrisiko. Doch wir können damit bislang nur ein paar Prozent der Vererbung erklären”, sagt Hans-Georg Joost, wissenschaftlicher Direktor des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung (DIfE). Er ist überzeugt: „Hier wurde in der Forschung viel Geld verbrannt.” Wissenschaftler wie die Münchnerin Hannelore Daniel wenden sich deshalb immer mehr von den Genen ab und untersuchen stattdessen die Vielzahl an Stoffwechselprodukten, die in den Zellen ständig gebildet und wieder abgebaut werden. Sie hoffen, dabei Stoffwechsel-Typen zu identifizieren, denen bestimmte Nahrungsmittel besonders zu- oder abträglich sind.
Einen ersten Schritt dorthin hat Karsten Suhre, Bioinformatiker am Weill Cornell Medical College in Qatar, getan. Bei mehr als 2800 Menschen verglich er genetische Risikovarianten für Erkrankungen wie Diabetes oder Herzkrankheiten mit Metaboliten-Mustern, also variierenden Mengen an Stoffwechselprodukten, die zusammen einen individuellen chemischen Fingerabdruck bilden.
Dabei entdeckte er, dass 37 der mehr als 600 000 untersuchten Gen-Varianten die Metaboliten-Muster der Zellen stark verändern. Der Grund: Die Enzyme, für die die Gen-Varianten die Blaupause liefern, arbeiten unterschiedlich schnell und sorgen auf diese Weise für andere Konzentrationen der Stoffwechselprodukte. „Diese SNPs sind demnach tatsächlich von Bedeutung für die Entstehung eines Typ-2-Diabetes”, sagt Bioinformatiker Suhre.
Und die Metabolite taugen nicht nur zur Vorhersage von Krankheitsrisiken. „In ihnen spiegelt sich auch der Speiseplan eines Menschen wider”, erklärt Hannelore Daniel. Ein Beispiel ist die Aminosäure Prolinbetain, die im Urin nachweisbar ist, wenn jemand Zitrusfrüchte gegessen oder Orangensaft getrunken hat. Ein anderes Beispiel sind Protonen-Muster im Urin, an denen man ablesen kann, ob jemand Kaffeetrinker ist. Eingesetzt wird dieses Wissen bei Ernährungsstudien, um zu kontrollieren, ob Probanden ihre Essgewohnheiten korrekt aufgeschrieben haben.
Einen besonderen Beitrag zu Gesundheit und Krankheit schreiben einige Stoffwechselforscher wie Jeremy Nicholson der Darmflora zu. Denn zahlreiche Stoffwechselvorgänge finden im Dickdarm statt. Und je nachdem, welche Keime sich dort befinden, ist ein Organismus anfällig für bestimmte Krankheiten (siehe bild der wissenschaft 6/2011, „Unbekannte Untermieter”).
Verräterische Stäbchen
Jeremy Nicholson, der „Vater der Metabolomik”, hat eine Vision: Bis zum Jahr 2020 sollen Mediziner Stoffwechsel- Typen mit Krankheitsrisiken verknüpfen können. Dann soll es Urin-Stäbchen geben, mit denen man die mikrobiellen Abbauprodukte – und damit den Gesundheitszustand – bestimmen kann. Doch Hannelore Daniel ist skeptisch: „Wir dürfen nicht den gleichen Fehler machen wie bei der Entdeckung der SNPs. All das braucht Zeit und steckt erst in den Kinderschuhen.”
Kritisch zu sehen sind Therapieangebote, die anhand des Metaboloms individuell zugeschnitten werden, wie die Anbieter versprechen. So wird beim Diät-Programm „Metabolic Balance” nach Wolf Funfack ein individueller Ernährungsplan mithilfe einer Blutuntersuchung auf 36 Stoffe erstellt. Das Programm gibt sich zwar sehr wissenschaftlich, aber es bleibt ein Geheimnis, wie aus den Laborwerten der maßgeschneiderte Speiseplan entsteht. Verbraucherschützer warnen entsprechend immer wieder vor solchen Stoffwechsel-Diäten, die nicht nur teuer sind, sondern wegen ihres hohen Eiweißanteils für manche Menschen sogar gefährlich sein können.
Immerhin könnte das Wissen um die Stoffwechsel-Unterschiede bald helfen, bestimmte Krankheitsverläufe frühzeitig aufzudecken. „Das steht vor der Tür”, ist DIfE-Direktor Joost überzeugt. So wie ein hoher Blutzuckerspiegel und ein hoher HbA1c-Wert dazu dienen, Diabetes zu erkennen, könnten auch andere Metabolite als frühe Vorboten identifiziert werden.
Kürzlich haben DIfE-Forscher 14 weitere Biomarker für Diabetes entdeckt. Dazu gehören einfache Zuckermoleküle, verschiedene Protein-Teilstücke und Phospholipide. „Mithilfe von Medikamenten lässt sich bei solchen Patienten der Ausbruch einer Krankheit verhindern oder zumindest verzögern”, meint Joost. Bei Diabetes sind die Chancen zur Prävention groß, da man frühzeitig die Zerstörung der Insulin produzierenden Betazellen in der Bauchspeicheldrüse verhindern kann. (Lesen Sie dazu auch den folgenden Beitrag „Heilsame Pause”.) ■
KATHRIN BURGER ist diplomierte Ökotrophologin. Seit fast zehn Jahren schreibt sie in bdw über Ernährungsthemen.
von Kathrin Burger
