Gewichtszunahme oder -abnahme, selbst für eine kurze Zeit, kann das persönliche molekulare Profil eines Menschen drastisch verändern, so eine neue Studie der Stanford University School of Medicine in Kalifornien.

In einer Arbeit, die in der Fachzeitschrift Cell Systems veröffentlicht wird, berichten die Forscher, wie sie eine riesige Menge an Daten aus verschiedenen Studienmethoden nutzten, um ein detailliertes molekulares Profil jedes ihrer 23 Studienteilnehmer zu erstellen.

Die molekularen Daten wurden aus verschiedenen „-omics“-Techniken gewonnen, darunter:

  • Genomik, oder Methoden, die das Genom oder die genetische Ausstattung von Organismen kartieren
  • Proteomik, ein Ansatz, der detaillierte Informationen über Proteine liefert
  • Transkriptomik, also Techniken, die aufzeigen, wie das Genom aktuell interpretiert wird
  • Metabolomik, die Einblicke in den Stoffwechsel und die Chemie der Zellen gibt
  • Mikrobiomik, also Methoden, die ein Profil von Bakterien und anderen Mikroorganismen im Körper erstellen

„Am Ende“, so der Co-Autor der Studie, Michael Snyder, Professor für Genetik an der Stanford University in Kalifornien, „haben wir buchstäblich Milliarden von Messungen vorgenommen.“

Die Studie folgt einem Forschungspfad, den Prof. Snyder vor einigen Jahren eingeschlagen hat, als er selbst Gegenstand einer persönlichen Omics-Profilierung war, die molekulare Veränderungen in seinem Körper verfolgte, als er an Typ-2-Diabetes erkrankte und sich dann davon erholte, nachdem er seine Ernährung und seinen Lebensstil geändert hatte.

Profilierung molekularer Veränderungen

In der neuen Studie fanden er und der Rest des Teams heraus, dass es bei den Teilnehmern, die über einen Monat hinweg etwa sechs Pfund Körpergewicht zunahmen und es dann wieder abnahmen, zu dramatischen Verschiebungen in ihrer Genexpression, ihrem Herz-Kreislauf-System, ihrem Mikrobiom und ihrem Immunsystem kam.

Als die Teilnehmer an Gewicht zunahmen, zeigten sich in ihren persönlichen Omics-Profilen: signifikante Veränderungen in der bakteriellen Zusammensetzung, Aktivierung von molekularen Signalwegen, die mit Herzerkrankungen in Verbindung gebracht werden, und erhöhte Entzündungs- und Immunreaktionen.

Aber die gute Nachricht ist, dass die meisten Systeme wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehrten, nachdem sie ihre überflüssigen Pfunde verloren hatten.

Prof. Snyder sagt, dass es ihr Ziel war, „zu charakterisieren, was während der Gewichtszunahme und -abnahme passiert, und zwar auf einem Niveau, das noch niemand zuvor erreicht hat.“

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Insbesondere wollten sie lernen, wie sich Prädiabetiker in Bezug auf ihre persönlichen omics-Profile und ihre molekularen Reaktionen auf Gewichtsschwankungen unterscheiden“, fügt er hinzu.

Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes

Menschen mit Adipositas haben ein erhöhtes Risiko, an Typ-2-Diabetes zu erkranken, aber auch an anderen ernsthaften Gesundheitsproblemen. Insulinresistenz geht dem Typ-2-Diabetes oft voraus.

Menschen mit Insulinresistenz haben Probleme mit der Umwandlung von Blutzucker in Energie, da ihre Zellen nicht richtig auf Insulin reagieren, ein Hormon, das ihnen hilft, Glukose aufzunehmen und zu verwerten.

Die Bauchspeicheldrüse versucht, mehr Insulin zu produzieren, um dies zu kompensieren, aber irgendwann kann dies nicht mehr ausreichen, was zu hohem Blutzucker und ausgewachsenem Typ-2-Diabetes führt.

In den USA, wo 36,5 Prozent der Erwachsenen an Fettleibigkeit leiden, gibt es mehr als 100 Millionen Menschen, die mit Prädiabetes oder Diabetes leben.

Persönliches Omics-Profiling von Gewichtszunahme und -abnahme

Für die neue Studie verglich das Team die persönlichen omics-Profile von 13 insulinresistenten Personen mit denen von 10 Personen ohne Insulinresistenz – der „insulinsensitiven Gruppe“ – während sie an Gewicht zu- und abnahmen.

Alle Teilnehmer hatten bei der Rekrutierung einen Body-Mass-Index (BMI) zwischen 25 und 35 – also zwischen „übergewichtig und mäßig fettleibig“.

Die Teilnehmer hielten einen Monat lang eine hochkalorische Diät ein und nahmen in dieser Zeit 2,7 Kilogramm an Gewicht zu. Danach nahmen sie das überschüssige Gewicht wieder ab.

Die Wissenschaftler entnahmen den Teilnehmern zu vier Zeitpunkten während der Studie Proben: zu Beginn der Studie, als ihr Gewicht nach der kalorienreichen Diät seinen Höchststand erreichte, als ihr Gewicht auf den Ausgangswert zurückging und dann nach drei Monaten der Stabilität, nachdem ihr Gewicht auf den Ausgangswert zurückgegangen war.

Molekulare Muster zeigen Insulinresistenz

Als sie die insulinresistenten und insulinsensitiven Gruppen verglichen, fanden die Forscher signifikante Unterschiede in ihren Ausgangsprofilen.

Insbesondere enthielten die molekularen Ausgangsprofile der insulinresistenten Gruppe Marker für Entzündungen, während die der insulinsensitiven Gruppe diese nicht aufwiesen.

Prof. Snyder sagt, dass dieser Befund darauf hindeutet, dass die Erstellung von Omics-Profilen Personen mit Diabetes-Risiko identifizieren könnte, indem frühe Entzündungsmarker entdeckt werden, von denen bekannt ist, dass sie mit der Entwicklung von Typ-2-Diabetes verbunden sind.

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Der Vergleich der Omics-Profile nach Gewichtszunahme zeigte ebenfalls interessante Kontraste. Während Entzündungsmarker sowohl in der insulinresistenten als auch in der insulinsensitiven Gruppe anstiegen, zeigte nur die insulinsensitive Gruppe bakterielle Marker von Akkermansia muciniphila, die vor Insulinresistenz schützt.

Die dramatischste Veränderung – für beide Gruppen – waren jedoch Veränderungen in der Genexpression, von denen bekannt ist, dass sie mit einem erhöhten Risiko für eine Form der Herzinsuffizienz, bekannt als dilatative Kardiomyopathie, verbunden sind.

„Das war ziemlich überraschend“, bemerkt Prof. Snyder, „ich hatte nicht erwartet, dass 30 Tage übermäßiges Essen den gesamten Herzweg verändern würde.“

Er erklärt jedoch, dass ihre Ergebnisse dazu passen, „wie wir über den menschlichen Körper denken – es ist ein ganzes System, nicht nur ein paar isolierte Komponenten, also gibt es systemweite Veränderungen, wenn Menschen an Gewicht zunehmen.“

Könnten einige Veränderungen länger anhalten?

Nachdem sie ihr Übergewicht abgenommen hatten und eine Periode der Stabilität bei ihrem vorherigen Gewicht hatten, zeigten die omischen Profile der Teilnehmer, dass die meisten der molekularen Veränderungen zurück zur Normalität gingen.

Eine Untergruppe von Veränderungen in den Profilen, die mit der Gewichtszunahme einhergingen, blieb jedoch bestehen. Obwohl diese Veränderungen nicht groß oder signifikant genug waren, um daraus eindeutige Schlüsse zu ziehen, deuten sie darauf hin, sagt Prof. Snyder, „dass einige dieser Effekte länger anhalten könnten.“

Er weist auch darauf hin, dass ihre Studie sich zwar hauptsächlich mit den Veränderungen in der Gruppe befasste, sie aber feststellten, dass jeder Teilnehmer einzigartige Veränderungen in seinem persönlichen Omics-Profil hatte, was seiner Meinung nach zeigt, dass solche Werkzeuge in der Zukunft einen „kritischen Teil des Managements der menschlichen Gesundheit bilden werden.“

„Big Data wird für die Zukunft der Medizin entscheidend sein, und Dinge wie diese integrativen Omics-Profile werden ein Verständnis dafür bieten, wie der menschliche Körper auf eine sehr persönliche Art und Weise auf verschiedene Herausforderungen reagiert.“

Prof. Michael Snyder