Nahrung und Umwelt steuern die Gene
Glaubte man früher, mit der Entschlüsselung der Gene den großen Durchbruch zum Verständnis des Lebens erzielt zu haben, so weiß man heute, dass dies nicht der Fall ist. Nahrung und Umweltbedingungen hinterlassen schon im frühesten Lebensalter molekulare Spuren an den Genen und entscheiden so darüber, ob die darin verschlüsselten Botschaften realisiert werden oder nicht.er neue Wissenschaftszweig der Epigenetik befasst sich mit dieser Thematik und war Gegenstand beim diesjährigen Workshop des Instituts Danone Ernährung für Gesundheit e.V., der in Kooperation mit der Kinderklinik und Kinderpolyklinik, Abteilung Stoffwechsel und Ernährungsmedizin am Klinikum der Universität München (LMU) durchgeführt wurde.
Der Neurobiologe und Wissenschaftsautor Dr. Peter Spork ging zu Beginn auf die Mechanismen der Epigenetik ein. Die Gene werden mit ihrer Hilfe an- bzw. ausgeschaltet, werden also aktiviert oder lahmgelegt. So ist es möglich, dass aus zwei Zellen mit völlig identischen Genen im Laufe der Entwicklung im Mutterleib beispielsweise eine Nervenzelle und eine Leberzelle wird. Drei epigenetische Schalter sind der Wissenschaft bis jetzt bekannt: Einmal sind es Methylgruppen, die an Cytosin-Basen der DNA anlagern und die betreffenden Gene dadurch ausschalten. Zum zweiten sind es Veränderungen am Histon-Code, was zu einer mehr oder minder dicht gepackten DNA führt. Dabei können stark zusammengeknäuelte DNA-Areale nicht mehr abgelesen werden. Als drittes System fungieren so genannte nichtkodierende RNA-Stücke, die verhindern, dass das abgelesene Gen in ein Eiweiß umgesetzt wird. Alle drei Schaltersysteme reagieren auf Umweltsignale. Dies können Botenstoffe aus der Nachbarzelle sein, aber auch die frühe Ernährung eines Kindes im Mutterleib und nach der Geburt oder klimatische Bedingungen in den ersten Lebensmonaten. Die sich weiter teilenden Zellen geben die epigenetischen Informationen an ihre Tochterzellen weiter, so dass die einmal erworbenen Zustände im Prinzip das ganze Leben über bestehen bleiben.
Die Ernährung hat einen großen Einfluss auf die epigenetischen Mechanismen, wie Dr. Bernhard L. Bader vom Lehrstuhl für Ernährungsmedizin der TU München betonte. Enzyme, die die epigenetischen Markierungen setzen, brauchen für diese Arbeit Acetyl- oder Methylgruppen. Acetylgruppen kommen meist aus dem Abbau von Fettsäuren, Methylgruppen aus dem C1-Stoffwechsel. Fehlen diese Molekülgruppen in der Zelle, dann hat dies Auswirkungen auf den epigenetischen Zustand der DNA. Doch nicht nur die Nahrung, auch psychische Effekte beeinflussen die Ausprägung der Genschalter. Dies erläuterte Dr. Dietmar Spengler vom Münchner Max-Planck-Institut für Psychiatrie. Schon länger wurde beobachtet, dass toxischer Stress in der frühen Kindheit (z.B. Missbrauch, Vernachlässigung, elterliche Drogenabhängigkeit oder schwere mütterliche Depression) zu einer Freisetzung bestimmter Botenstoffe führt. Ein derartiger Stress wirkt sich auch noch im Erwachsenenalter aus: Die Betroffenen haben ein höheres Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Depressionen und Suchterkrankungen. Hier spielen sehr wahrscheinlich epigenetische Mechanismen eine Rolle. In Tierversuchen konnte gezeigt werden, dass diese Markierungen zunächst noch recht locker und offensichtlich reversibel sind. Spengler plädierte deshalb dafür, bei traumatisierten Menschen so früh wie möglich mit einer Therapie einzugreifen, damit sich die Veränderungen an den Genen noch nicht in harter DNA-Methylierung festschreiben - mit den damit verbundenen langfristigen Auswirkungen.
Prof. Dr. Berthold V. Koletzko von der Kinderklinik und Kinderpolyklinik am Klinikum der Universität München sieht in dem zunehmenden Wissen um die epigenetischen Einflüsse eine enorme Präventionschance. Die metabolische Programmierung des Menschen findet in den ersten 1000 Tagen nach der Befruchtung statt, wie er sagte. Während der Schwangerschaft und in den ersten beiden Lebensjahren werden die Weichen für die spätere Gesundheit und Leistungsfähigkeit gesetzt. Mütterliches Übergewicht und eine erhöhte Gewichtszunahme in der Schwangerschaft führen meist zu einem erhöhten Geburtsgewicht des Säuglings. Diese Kinder tragen ein doppelt so hohes Risiko, im Schulalter selbst adipös zu werden. Dabei korreliert die Zahl der bei der Geburt gemessenen DNA-Methylierungen mit der Häufigkeit der Adipositas im Schulalter. Mit der frühen Ernährung kann man noch Einfluss nehmen. Dabei scheint 6-monatiges Stillen besonders vorteilhaft zu sein. Auch Prof. Dr. Andreas Plagemann von der Charité in Berlin betonte, wie ausschlaggebend die frühe Programmierung des Stoffwechsels im Uterus und kurz danach sei. Schwangerschaftsdiabetes oder mütterliche Adipositas führen zu übergewichtigen Kindern. Damit kommt es auch zu einer Fehlsteuerung in Richtung Übergewicht für das ganze spätere Leben. Auch zentrale Regelinstanzen im Gehirn sind betroffen, so etwa die Produktion des Sättigungshormons Proopiomelanocortin. Sowohl eine Hyper- wie auch eine Hypomethylierung entsprechender Genabschnitte durch Über- bzw. Unterernährung machen sich lebenslang bemerkbar.
Prof. Dr. Gernot Desoye von der Medizinischen Universität Graz ging auf die steigende Häufigkeit von Schwangerschaftsdiabetes ein. Wenn die Mutter Typ-2-Diabetes hat, in einer vorherigen Schwangerschaft bereits unter Gestationsdiabetes litt und wenn sie schon älter ist, ist ihr Risiko besonders hoch. Aus dicken Kindern werden dicke junge Frauen und schließlich dicke Schwangere, die wieder dicke Säuglinge bekommen. Aus diesem Teufelskreis erkläre sich die „Epidemie des 21. Jahrhunderts, die Adipositas“, so Desoye. In den neun Schwangerschaftsmonaten bestehe allerdings die Möglichkeit, präventiv einzugreifen: Während der Schwangerschaft sollten gesunde Ernährung und körperliche Aktivität selbstverständlich sein, außerdem könnte auch Vitamin D eine Rolle bei der Prävention von Gestationsdiabetes spielen.
Gestillte Kinder nehmen weniger stark zu; Stillen schützt somit vor späterem Übergewicht, wie Dr. Veit Grote vom Klinikum der Universität München berichtete. Muttermilch hat im Gegensatz zur Flaschenmilch einen geringeren Proteingehalt. Viel Eiweiß in der Flaschennahrung führt zu einer höheren Konzentration von Aminosäuren und anderen Bestandteilen im Blut der Säuglinge. Daraufhin kommt es zu einer größeren Insulin-Ausschüttung, was wiederum zur Gewichtssteigerung führt. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei gestillten Kindern die Beikost ab dem 6. Monat keine Risikoerhöhung für eine spätere Adipositas bringt. Die Hersteller von Säuglingsnahrung haben in den letzten Jahren reagiert und den Proteingehalt der Milch reduziert.
Über die Prävention von Zöliakie bei risikobehafteten Kindern sprach Prof. Dr. Sibylle Koletzko. Diese Autoimmunerkrankung, bei der das Klebereiweiß Gluten in Weizen, Roggen usw. nicht vertragen wird, ist stark genetisch determiniert. Der Zeitpunkt der Getreide-Einführung in die Nahrung ist extrem wichtig, wie sie erklärte. Ihre Empfehlung: Noch gestillte Kinder sollten zwischen dem 4. und 6. Monat kleine Mengen Gluten, etwa täglich ein Löffelchen Getreidebrei, als Beikost bekommen. Innerhalb dieses Zeitfensters scheint der Körper am ehesten das Fremdeiweiß zu tolerieren, das quasi als Impfung fungiert.
Prof. Dr. Erika von Mutius vom Klinikum der Universität München berichtete über Allergieprävention im frühen Kindesalter. Kinder, die auf Bauernhöfen aufwachsen, haben deutlich weniger Asthma, Heuschnupfen oder andere allergische Erkrankungen. Der Kontakt mit Kühen, Heu und Stroh scheint dafür verantwortlich zu sein, oder mit anderen Worten: Der Aufenthalt im Stall scheint vor Allergien zu schützen. Auch hier ist der Zeitpunkt der Exposition entscheidend: Bauernkinder haben bereits im Nabelschnurblut eine größere Zahl bestimmter Zellen und Botenstoffe, die eine überschießende Immunreaktion herunterregulieren. Welche Bestandteile für diese Beobachtung verantwortlich sind, ist noch nicht eindeutig geklärt. Spekulationen gehen in Richtung bestimmter Bakterien und Schimmelpilze.
Mögliche epigenetische Therapieverfahren sprach Prof. Dr. Dr. Ulrich Mahlknecht von der St. Lukas Klinik in Solingen an. In ganz bestimmten, seltenen Fällen kann eine derartige Therapie helfen. Akute Leukämien bei älteren Patienten beispielsweise können von einem Differenzierungsstopp der Zellen im Knochenmark ausgelöst werden. Mit Valproinsäure kann man diesen epigenetisch verursachten Stopp wieder aufheben, so dass die Leukämiezellen weiter ausreifen. „Die Therapie ist untoxisch und hat keine Nebenwirkungen“, so der Onkologe.