Millionen Menschen weltweit arbeiten in Wechselschichten oder nachts – zu Lasten ihrer Gesundheit. Welche Rolle dabei die Genaktivität spielt und wie sie sich an die Schichtarbeit anpasst, haben jetzt Forscher erstmals umfassend untersucht. Das Ergebnis: Ein Viertel der Gene verloren ihren normalerweise typischen Tagesrhythmus, knapp drei Viertel blieben beim ursprünglichen, “normalen” Aktivitätstakt. Das aber bedeutet: Das Arbeiten gegen die innere Uhr desynchronisiert sogar so fundamentale Vorgänge wie das Ablesen unserer Gene.
Rund 20 Prozent der Berufstätigen in Nordamerika und Europa arbeiten in Schichten – unter anderem in der Industrie, aber auch in Krankenhäusern und Pflegeeinrichtungen. Damit müssen sie regelmäßig gegen den natürlichen Rhythmus ihrer inneren Uhr leben: Wenn ihr Stoffwechsel, ihre Hormone und die meisten andere Körperfunktionen auf Nacht und Schlafen programmiert sind, müssen sie wach sein und teilweise Höchstleistungen abrufen. Das bleibt nicht ohne Folgen für die Gesundheit, wie Studien belegen. Demnach leiden Schichtarbeiter häufiger unter Übergewicht, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen und auch das Risiko für einige Krebsarten steigt an. Die Mechanismen hinter diesem Zusammenhang sind allerdings bisher nur in Teilen geklärt.
Welche Rolle die Genaktivität für mögliche Gesundheitsfolgen der Schichtarbeit spielen könnte, haben nun Laura Kervezee von der McGill University in Montreal und ihre Kollegen untersucht. Für ihre Studie lebten acht Freiwillige fünf Tage lang in einem Isolierlabor mit verschobenen Tageszeiten. Lichtregime, Essenzeiten und Schlafphasen waren um zehn Stunden gegenüber dem normalen Tag-Nacht-Rhythmus verschoben – sie lebten damit in einem Takt, der in etwa der Arbeit in Nachtschicht entsprach. Am ersten und am letzten Tag des Versuchs nahmen die Forscher regelmäßig über 24 Stunden hinweg Blutproben von ihren Probanden und untersuchten diese auf die Aktivität von 20.000 Genen.
Mangelnde Anpassung
Die Auswertung ergab: Die Bedingungen der simulierten Nachtschichten führten zu auffallenden Veränderungen in der Genexpression. Zu Beginn der Studie zeigten 3,8 Prozent der Gene eine deutlich im Tagesrhythmus schwankende Aktivität, doch das änderte sich während der Nachtschicht: “Fast 25 Prozent dieser Gene verloren ihren biologischen Rhythmus”, berichten die Forscher. “73 Prozent der Gene passten sich nicht an den neuen Takt an – sie blieben im alten Tagesrhythmus. Die Mehrheit der zu Beginn rhythmischen Gene war demnach in Bezug auf die neuen Schlafenszeiten im Nachtschichtmodus verschoben.” Wie bei den meisten Berufstätigen mit Wechselschichten hatte sich auch bei den Probanden die im Gehirn sitzende Hauptuhr des Körpers nicht an die neuen Bedingungen angepasst. Weil sie nur langsam auf Verschiebungen reagiert, läuft sie bei Jetlag und Schichtdienst meist noch einige Tage im normalen Tagesmodus weiter.
Nach Ansicht der Wissenschaftler liefern ihre Ergebnisse einige Einblicke darin, warum die Schichtarbeit negative Folgen für die Gesundheit hat. Denn die mangelnde Anpassung der Genaktivität an die neuen Rhythmen betrifft einige der Schlüsselprozesse unserer Biologie. “Wir haben beispielsweise festgestellt, dass die Expression von Genen des Immunsystems und von Stoffwechselprozessen sich nicht an die neuen Bedingungen anpassen”, sagt Seniorautorin Diane Boivin von der McGill University. “Das könnte zur Entwicklung von Gesundheitsproblemen wie Diabetes, Übergewicht und Herz-Kreislauf-Erkrankungen beitragen, die wir bei Schichtarbeitern langfristig besonders häufig beobachten.” Um dieser Frage weiter nachzugehen, müsse nun auch die Genexpression von echten Schichtarbeitern genauer untersucht werden.
Quelle: Laura Kervezee (McGill University, Motreal) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.1720719115
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