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Future Research Directives and Challenges

Die Identifizierung der SNP-Diät- und SNP-Nährstoff-Interaktionen, die zu chronischen Krankheiten führen, ist aufgrund der Komplexität der Untersuchung von Genotypen und der Bewertung der Ernährungs- und Nährstoffzufuhr eine Herausforderung. Derzeit konnten nur wenige, wenn überhaupt, der in epidemiologischen Studien berichteten SNP-Ernährungsassoziationen repliziert werden, und viele wurden durch einen Mangel an angemessener statistischer Aussagekraft und andere methodische Probleme beeinträchtigt. Da viele chronische Krankheiten durch unterschiedliche Ernährungsgewohnheiten beeinflusst werden, lassen sich Wechselwirkungen zwischen Ernährung und Genom nur dann feststellen, wenn Ernährung und Genotyp kontrolliert und im Versuchsplan geändert werden (gleiche Ernährung mit unterschiedlichen Genotypen und unterschiedliche Genotypen mit der gleichen Ernährung).

„Wechselwirkungen zwischen Ernährung und Genen sind hochkomplex und schwer vorherzusagen, was zeigt, dass hochkontrollierte Genotypen und Umweltbedingungen erforderlich sind, die es ermöglichen, unterschiedliche Regulierungsmuster auf der Grundlage von Ernährung und Genotyp zu ermitteln“, so Kaput. „Die Herausforderungen, vor denen wir jetzt stehen, könnten letztendlich ein Nutrigenomik-Projekt in der Größenordnung des Humangenomprojekts erfordern, um Gene, die chronische Krankheiten verursachen oder fördern, und die Nährstoffe, die die Aktivität dieser Gene regulieren oder beeinflussen, zu identifizieren.“

Da Interventionsstudien am Menschen kostspielig und schwierig durchzuführen sind, werden Beobachtungsstudien (die Assoziationen, aber keine kausalen Beziehungen aufdecken) wahrscheinlich weiterhin den epidemiologischen Ansatz der Nutrigenomik dominieren. Für interventionelle und mechanistische Daten werden In-vivo-Tierstudien stark bevorzugt, da Labortiere auf minimale genetische Variationen und kürzere Lebensspannen hin selektiert werden können. Außerdem ist es viel einfacher, die Nahrungsaufnahme von Tieren zu kontrollieren und zu überwachen als die von Menschen.

Kaput merkt an, dass die Bewertung der Nahrungsaufnahme, auch wenn sie für Außenstehende banal ist, eines der größten Hindernisse für den Erfolg groß angelegter Studien zur Nutrigenomik beim Menschen darstellen könnte. „Die Quantifizierung der Nahrungsaufnahme ist eine Herausforderung, da frei lebende Menschen ihr tägliches Leben nicht als wissenschaftliches Experiment betrachten, bei dem die Menge und Art der Nahrung genau aufgezeichnet wird“, sagt er. Um Messprobleme wie Fehlklassifizierungen zu vermeiden, werden in den kommenden Jahren zuverlässigere Messinstrumente für die Bewertung der Nährstoffaufnahme benötigt.

Befürworter der Nutrigenomik-Forschung haben die bevölkerungsweite Prävention und Behandlung von Vitaminmangel als eine der obersten Prioritäten der öffentlichen Gesundheit bezeichnet. Da Vitaminmängel in sozioökonomisch benachteiligten Bevölkerungsgruppen auf der ganzen Welt weit verbreitet sind und große Stichproben benötigt werden, um nutrigenomische Zusammenhänge zu testen, drängen Kaput und seine Kollegen auf eine internationale Anstrengung zur Untersuchung des Mikronährstoffbedarfs auf der Grundlage der unterschiedlichen genetischen Ausstattung der verschiedenen angestammten Gruppen.

Bruce Ames, Molekularbiologe am Children’s Hospital Oakland Research Institute in Kalifornien, hat eine Reihe von Polymorphismen in Genen dokumentiert, die die Bindung von Coenzymen beeinflussen, von denen einige essenzielle Vitamine sind. „Ich glaube, dass wir mit dieser Art von evidenzbasierten Erkenntnissen im Rahmen der Nutrigenomik mehr Munition haben werden, um Regierungen und Vertreter des öffentlichen Gesundheitswesens davon zu überzeugen, das Problem des Vitaminmangels auf der ganzen Welt anzugehen“, sagt Kaput. „Mit diesem gezielteren Ansatz ist es wahrscheinlicher, dass die politischen und wirtschaftlichen Kräfte zur Lösung des Problems eingesetzt werden. . . . Obwohl die Komplexität beträchtlich ist, glaube ich, dass nutrigenomische Ansätze die beste Hoffnung für das Verständnis der molekularen Prozesse bieten, die die Gesundheit erhalten und Krankheiten vorbeugen.“

Für Fenech besteht eines der Hauptziele der Nutrigenomik für die Gesellschaft darin, DNA-Schäden auf individueller Basis zu diagnostizieren und durch Ernährung zu verhindern. Er hat das Konzept der Genome Health Clinic entwickelt, einer neuen Form der Gesundheitsversorgung, die auf der Diagnose und Ernährungsprävention von DNA-Schäden und den daraus resultierenden Krankheiten beruht. In den letzten Jahren haben eine Reihe von Unternehmen für Ernährungs-/Stoffwechsel-/Diagnosetests wie Genova und MetaMetrix begonnen, Tests zur Erstellung von Genomprofilen zu verkaufen, um die Entscheidungsfindung bei der Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln zu unterstützen. Angesichts der zunehmend niedrigeren Preise für die Analyse von SNPs bei Einzelpersonen scheint das Potenzial für die Optimierung der Ernährung auf der Grundlage nutrigenomischer Ansätze auf Bevölkerungsebene wirklich groß zu sein. Selbst wenn keine Informationen über den Genotyp einer Person vorliegen, ist es praktisch, ernährungssensitive Biomarker für Genomschäden wie den Mikronukleus-Assay zu verwenden, um festzustellen, ob die Wahl der Ernährung und/oder der Nahrungsergänzungsmittel dem Genom einer Person nützt oder schadet.

Sagt Fenech: „In naher Zukunft könnte das Gesundheitspersonal darin geschult werden, Krankheiten, die durch Genom- oder Epigenomschäden verursacht werden, zu diagnostizieren und durch Ernährung zu verhindern oder sogar umzukehren. Die Nutrigenomik wird zur Entwicklung neuer funktioneller Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel für die Genomgesundheit beitragen, die gemischt und aufeinander abgestimmt werden können, so dass die gesamte Nahrungsaufnahme auf den Genotyp und den Genomstatus des Einzelnen zugeschnitten ist.“

Forschungsergebnisse, die auf einer Tagung im November 2007 vorgestellt wurden, deuten darauf hin, dass Inositol (ein Mitglied der Familie der B-Vitamine, das in Getreide, Samen, Nüssen, Bierhefe und vielen anderen Lebensmitteln enthalten ist) und sein Derivat Inositolhexaphosphat (IP6) zum Schutz vor genetischen Schäden durch UVB- und andere Strahlung beitragen. In einem Experiment wurde festgestellt, dass menschliche Hautzellen, die mit IP6 behandelt wurden, seltener in die Apoptose gehen als unbehandelte Zellen, was darauf hindeutet, dass sie weniger irreparable DNA-Schäden aufweisen. In einem anderen Experiment tranken Mäuse, die gentechnisch auf eine Neigung zu Hautkrebs getrimmt wurden, Wasser mit 2 % IP6. Bei 23 % dieser Mäuse entwickelten sich Tumore, bei den Mäusen, die kein IP6 erhielten, waren es 51 %. Die Verwendung einer Creme, die Inositol und IP6 enthält, schützte auch vor der Entwicklung von Tumoren bei Mäusen, die UVB-Strahlung ausgesetzt waren. Die Forscher schlagen vor, dass Menschen, die regelmäßig ionisierender Strahlung ausgesetzt sind, wie z. B. Piloten, Vielflieger oder Menschen, die mit radioaktivem Material umgehen, prophylaktisch IP6 einnehmen könnten, um mögliche langfristige Auswirkungen der Exposition zu verhindern.

Quelle: Shamsuddin AM. Paper presented at: American Association for Cancer Research Centennial Conference on Translational Cancer Medicine: From Technology to Treatment; Singapore; 4-8 November 2007.

Ein in der Oktoberausgabe 2007 des British Journal of Nutrition veröffentlichter Artikel warnt davor, dass die Anreicherung von Mehl mit Folsäure – eine Maßnahme, die Neuralrohrdefekte bei Müttern, die das Mehl essen, verhindern soll – zu zahlreichen unvorhergesehenen gesundheitlichen Problemen führen kann. Im Gegensatz zu den natürlichen Folsäuren in grünem Blattgemüse, die im Darm verdaut werden, geht man heute davon aus, dass synthetische Zusätze in der Leber verstoffwechselt werden. Die Autoren der Studie stellen die Hypothese auf, dass die Leber gesättigt wird und nicht verstoffwechselte Folsäure in den Blutkreislauf gelangt, wo sie zu Leukämie, Arthritis, Darmkrebs sowie Eileiter- und Mehrlingsschwangerschaften beitragen kann. Weitere neue Erkenntnisse über einen möglichen Zusammenhang zwischen Nahrungsergänzung und Darmkrebs werden in zwei Kommentaren in der Novemberausgabe 2007 von Nutrition Reviews untersucht. Die neuen Daten folgen auf die Genehmigung des Zusatzes von Folsäure zu Mehl durch die britische Food Standard Agency im Mai 2007. Auch in den Vereinigten Staaten, Kanada und Chile wird Mehl derzeit mit Folsäure angereichert, und in Australien, Neuseeland und Irland wird die Einführung dieser Politik erwogen.

Quellen: Wright AJA, et al. 2007. Folic acid metabolism in human subjects revisited: potential implications for proposed mandatory folic acid fortification in the UK. Br J Nutr 98(4):667-675; Kim Y-I. 2007. Folsäureanreicherung und -ergänzung – gut für die einen, aber nicht so gut für die anderen. Nutr Rev 65:504-511; Solomons NW. 2007. Die Anreicherung von Lebensmitteln mit Folsäure: Ist der andere Schuh auch gefallen? Nutr Rev 65:512-515.

Antioxidantien sind für ihre Fähigkeit bekannt, die zellschädigende Oxidation zu verlangsamen. Der menschliche Körper profitiert jedoch nicht von allen Antioxidantien in gleichem Maße. Kürzlich haben Ernährungswissenschaftler des USDA Agricultural Research Service die antioxidative Plasmakapazität (AOC) von Studienteilnehmern nach einer einzigen Mahlzeit mit Blaubeeren, Kirschen, getrockneten Pflaumen, getrocknetem Pflaumensaft, Trauben, Kiwis oder Erdbeeren gemessen. Sie berichteten im April 2007 im Journal of the American College of Nutrition, dass Blaubeeren, Trauben und Kiwis den größten Anstieg des AOC im Plasma bewirkten. Pflaumen – trotz ihres hohen Gehalts an Antioxidantien – erhöhten die AOC-Werte im Plasma nicht, wahrscheinlich weil Chlorogensäure, das Antioxidans, an dem sie am reichsten sind, vom Menschen nicht leicht absorbiert wird.

Norwegische Forscher zeigten in der August 2007-Ausgabe des Journal of Nutrition, dass Anthocyane aus Heidelbeeren und schwarzen Johannisbeeren die Werte des Transkriptionsfaktors NF-κB in kultivierten Zellen reduzierten. NF-κB steuert ein breites Spektrum von Entzündungsreaktionen. Beim Menschen verringerte die Einnahme von Anthocyanen die Expression von Interleukin-8, IFN und normalen T-Zellen um 25 %, 25 % bzw. 15 % gegenüber Placebo. Die Autoren vermuten, dass Anthocyane und/oder ihre Metaboliten als Redox-Puffer dienen können, die oxidativen Stress unterdrücken und dadurch die Entzündungsreaktion durch direkten Abbau reaktiver Sauerstoffspezies dämpfen.

Quellen: Prior RL, et al. 2007. Veränderungen der antioxidativen Plasmakapazität nach einer Mahlzeit als Maß für die Fähigkeit eines Lebensmittels, den antioxidativen Status in vivo zu verändern. J Am Coll Nutr 26(2):170-181; Karlsen A, et al. 2007. Anthocyane hemmen die Aktivierung des Nuklearfaktors B in Monozyten und verringern die Plasmakonzentrationen von pro-inflammatorischen Mediatoren bei gesunden Erwachsenen. J Nutr 137:1951-1954.