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Exposom: Brücke zwischen Genen und Gesundheit

Freitag 28 September 2018

Weniger als 30 % aller Krankheiten lassen sich rein genetisch erklären. Bei den Übrigen liegt die Ursache in einer Mischung aus Genetik, Epigenetik und externen Faktoren. Alle diese externen Faktoren werden zusammenfassend als Exposom bezeichnet. Dieses neue Forschungsgebiet hat das Potenzial, unser Verständnis von Krankheit und Gesundheit grundlegend zu verändern.

Die menschliche DNA wurde im Jahr 2000 vollständig kartiert. Seitdem konnten viele neue Erkenntnisse zur Entstehung von Krankheiten aller Art gesammelt werden. Aber keine einzige Krankheit kann durch die Genetik vollständig erklärt werden. Das Exposom füllt diese Lücke zwischen Genen und Gesundheit. Worin besteht jedoch das Exposom? Wie untersucht man es? Und was nützt uns dieses Wissen in unserer Praxis?

 

Was ist das Exposom?

Der Begriff Exposom setzt sich aus expose (aussetzen) und Genom (Gesamtheit unserer Gene) zusammen. Es geht dabei also um alle äußeren Faktoren, die ein bestimmtes Maß an Einfluss auf genetisches Material ausüben können. Diese Umwelteinflüsse können auch über die Epigenetik wirksam werden: die Transkriptionsmechanismen, von denen die DNA umgeben ist. Auf diese Weise wird bestimmt, welche Gene exprimiert werden und welche nicht. Im Folgenden ein kurzer Überblick über externe Faktoren, die unsere Gesundheit beeinflussen.

 

Ernährung

Gesunde Ernährung hat positive Auswirkungen. Hierbei ist an Gemüse und Fisch, Meeresfrüchte, mageres Fleisch, ein wenig Obst, Nüsse, Samen und Samen zu denken. Verarbeitete Lebensmittel, die reich an Zucker, Transfetten und Salz sind, können Probleme verursachen. Auch in der Landwirtschaft verwendete Pestizide und der Einsatz von Antibiotika in der Tierhaltung beeinflussen unsere Gene und Epigenetik über unsere Nahrung. Und damit auch das Risiko, krank zu werden (oder weniger gesund).

 

Stress

Stress wirkt sich katastrophal auf die Gesundheit aus, unter anderem, weil viel Energie benötigt wird, um die Kampf-Flucht-Reaktion aufrechtzuerhalten. Vor allem das Immunsystem kann dabei viel Energie in Anspruch nehmen, wobei diese Beanspruchung unter anhaltenden Stressbedingungen auf niedriggradigem Niveau langfristig aktiviert bleiben kann. Die dazu benötigte Energie fehlt dann bei anderen Prozessen, zum Beispiel zum Aufbau oder zur Regeneration. Außerdem gerät der Hormonhaushalt durcheinander, was bedeutet, dass die Körperprozesse nicht mehr richtig gesteuert werden. In unserer modernen Umgebung gibt es viele Faktoren, die die Stressbelastung verstärken können. Hier nur eine kleine Auswahl: Lärmbelästigung, Verkehrsdichte, Lichtverschmutzung, Einsamkeit, Pflege eines kranken Familienmitglieds, zu viel/zu lange arbeiten, zu hohe Erwartungen (intern oder extern) haben und diesen immer gerecht werden wollen.

 

Substanzen, Strahlung und Partikel

Seit geraumer Zeit ist bekannt, dass sowohl aktives als auch passives Rauchen Schäden am Körper verursacht. Wie Sie auch weiter unten erfahren werden, hinterlässt Rauchen sogar physisch in der Epigenetik rund um unsere DNA sichtbare Spuren. Auch Partikel, unter anderem aus Autoabgasen und der aus der Industrie, können gesundheitliche Probleme verursachen. Weiterhin wird die Ozonschicht durch FCKW geschädigt, wodurch die Haut mehr UV-Strahlung empfängt, als sie verkraften kann. Eine übermäßige Exposition gegenüber UV-Strahlung ist schlecht für die Augen und die Haut und erhöht das Risiko von Hautkrebs. Auch in Kunststoffen enthaltene Weichmacher können Schäden im Körper verursachen. Sie sind unter anderem mit Nieren- und Fertilitätsstörungen assoziiert.

 

Bakterien im Darm

Unter normalen Bedingungen interagieren die in unserem Darm lebenden Bakterien positiv mit unserem Stoffwechsel, dem Immunsystem, den Nervenzellen und sogar mit unserem Biorhythmus (um nur die wichtigsten Aspekte zu nennen). Kurz gesagt: Für eine gute Gesundheit sind wir in hohem Maße abhängig von der Zusammensetzung unserer Bakterien und dem Maß, in dem sie in Symbiose mit uns leben. Die Exposition gegenüber den oben genannten Faktoren kann dazu führen, dass die nützlichen Bakterien verschwinden und ungünstigeren Arten Platz machen. Dies hat Auswirkungen auf fast alle unsere Körpersysteme, einschließlich der epigenetischen Umgebung.

 

Inaktivität

Stillsitzen ist unnatürlich. Stattdessen sind bestens dazu geeignet, Tiere zu jagen und Nahrung zu suchen. Das zeigt sich schon an der Tatsache, dass kein anderes Säugetier so viele Schweißdrüsen hat wie der Mensch. Wenn wir hingegen stillsitzen, wird unser biologisches System gestört. Und in der Biologie gilt: Was nicht benutzt wird, verschwindet. Die Biologie ist ökonomisch und steckt so wenig Energie wie möglich in Dinge, die scheinbar nicht mehr unbedingt notwendig für das Überleben und die Fortpflanzung sind. If you don’t use it, you lose it! Dies begünstigt unter anderem Muskelschwäche, Übergewicht und Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

 

Kombinationsfaktoren

Nun die vielleicht wichtigste Erkenntnis: Gesundheitsstörungen entstehen selten durch nur einen isolierten Umweltfaktor. So erhöht zum Beispiel das Trinken von heißem Tee in Kombination mit häufigem Alkohol- oder Tabakkonsum offenbar das Risiko für Speiseröhrenkrebs. Aber es funktioniert auch umgekehrt: Eine gesunde Ernährung kann die negativen Auswirkungen anderer Einflüsse abschwächen. All dies macht die Forschung im Bereich des Exposoms nicht eben leicht. Weiterhin gibt es wahrscheinlich unzählige (noch) unbekannte Kombinationsfaktoren oder auch solche, die je nach Blickrichtung genau im toten Winkel liegen.

 

Wie gewinnen wir hier den Überblick?

Prof. Dr.-Ing. Vermeulen, Spezialist für Umweltepidemiologie und Exposomanalyse, untersucht den Zusammenhang zwischen diesen Faktoren und Krankheiten. Dies wird mit den heute zur Verfügung stehenden Technologien immer interessanter. Sensoren an verschiedenen Standorten in den Niederlanden können beispielsweise Informationen über Lärm, Licht und Luftverschmutzung zu unterschiedlichen Zeiten liefern. Die Smartphones von Teilnehmern können verfolgt werden, um ihre Position in Bezug auf diese Sensoren zu bestimmen. Dies macht es einfacher, Verzerrungen bei den Messungen zu vermeiden und multiple Faktoren in eine Studie einzubeziehen.

Je präziser alle externen Faktoren abgebildet werden können, desto besser lassen sich die gesundheitlichen Auswirkungen interpretieren. Aber auch die Erfassung und Bewertung biologischer Daten gelingt immer besser: Welche Veränderungen finden im Körper nach einschneidenden positiven oder negativen Ereignissen statt? Im Blut kann gemessen werden, welche Substanzen der Körper gebildet hat und welche Gene dadurch ein- und ausgeschaltet werden, die sogenannten epigenetischen Marker.

 

Fußabdrücke interpretieren

Mit den genannten biologischen Informationen können die Mechanismen, die eine Krankheit verursachen, entschlüsselt werden. Wenn ein Gen ausgeschaltet wird, wird in unseren Körperzellen ein Protein weniger oder auch mehr gebildet. Hierdurch können Prozesse gestört werden, mit Krankheiten als Folge. Außerdem können bei bestimmten Krankheiten ein- und ausgeschaltete Gene nachgewiesen werden. Rauchen hinterlässt zum Beispiel sogenannte Fußabdrücke: Anhand epigenetischer Profile kann festgestellt werden, ob ein Mensch geraucht hat, weil dies zu langfristig sichtbaren, spezifischen Mustern führt.

 

Herausforderungen

Kombinationsfaktoren, die sich gegenseitig positiv oder negativ beeinflussen, führen insgesamt zu einer hohen Komplexität. Daher kann das Ergebnis wesentlich komplexer ausfallen, als die Anzahl der einzelnen Teile zunächst vermuten lässt. Daneben gibt es auch Dinge, von man nicht weiß, dass man sie nicht weiß, und es gibt Bereiche, in denen die Technologie noch nicht weit genug fortgeschritten ist. Außerdem hat eine Exposition in vielen Fällen auch keine direkte Wirkung. All dies macht die Erforschung dieser Zusammenhänge nicht gerade einfach. Häufig wird sehr viel Zeit benötigt, um adäquate Resultate zu erzielen. Hinzu kommt, dass die Lebensphase, in der die Exposition stattfindet, oft ebenfalls ein wichtiger Faktor ist. Kleinkinder und Senioren sind in der Regel empfindlicher gegenüber bestimmten Einflüssen.

 

Ziel

Ziel der Kartierung des Exposoms ist es, Leitlinien für ein gesünderes Altwerden zu finden Leitlinien, nicht nur für den Einzelnen und Gesundheitsexperten, sondern für die ganze Gesellschaft, Land oder Europa.

 

Literatur

G.W. Miller en D.P. Jones: The nature of nurture. Refining the definition of the exposome, Toxicological Sciences (januari 2014)


https://www.kijkmagazine.nl/mens/roel-vermeulen/


Yu C, Tang H, Guo Y, Bian Z, Yang L, Chen Y, et al. Hot Tea Consumption and Its Interactions With Alcohol and Tobacco Use on the Risk for Esophageal Cancer: A Population-Based Cohort Study. Ann Intern Med. ;168:489–497. doi: 10.7326/M17-2000

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