Wie anfällig sind wir für bestimmte Erkrankungen und wie schwer werden sie verlaufen? Die Antwort auf diese Frage hängt entscheidend von unserem individuellen chemischen Fingerabdruck ab. Dieser besteht aus zahlreichen kleinen Molekülen in unserem Blut, darunter Fette, Zucker und Proteine. Eine Studie hat nun zahlreiche Regionen im Genom aufgedeckt, die unseren chemischen Fingerabdruck prägen und damit beeinflussen, wie unser Körper mit äußeren Einflüssen umgeht. Die Ergebnisse bieten ein genaueres Verständnis der Entstehung von Krankheiten und können Vorhersagen ermöglichen, bei welchen Personen bestimmte Medikamente gut oder weniger gut wirken.

Unser Stoffwechsel wird durch zahlreiche innere und äußere Faktoren beeinflusst: Wie ernähren wir uns, welche Krankheiten haben wir, welche Medikamente nehmen wir und wie viel Sport treiben wir? All dies trägt dazu bei, wie hoch unsere Blutzucker- und Blutfettwerte sind und welche Proteine in unserem Blut vorkommen, etwa um Krankheiten zu bekämpfen oder hormonelle Signale zu übermitteln. Auch unsere genetische Ausstattung spielt dafür eine wichtige Rolle. Wie genau sie allerdings unseren Stoffwechsel beeinflusst, war bislang noch kaum erforscht.

Große Bevölkerungsstudie

Ein Team um Praveen Surendran von der University of Cambridge in Großbritannien hat nun untersucht, welche Bereiche im Genom daran beteiligt sind, unseren individuellen chemischen Fingerabdruck zu prägen. Dazu werteten die Forscher Blutproben von fast 20.000 Menschen aus zwei großen Bevölkerungsstudien aus. Sie bestimmten den Spiegel von Zucker, Fetten, Hormonen und weiteren Proteinen im Blut und setzten diese Ergebnisse in Verbindung zu Variationen im Genom der Probanden.

„Mit unserer Studie kommen wir endlich der genetischen Steuerung unseres Stoffwechsels anhand von vielen Hunderten von kleinen Stoffwechselprodukten auf die Spur“, sagt Co-Autorin Claudia Langenberg von der Charité-Universitätsmedizin Berlin. „Dadurch verstehen wir jetzt, welche Auswirkungen diese genetischen Unterschiede auf die Entstehung verschiedenster Krankheiten haben, und warum.“ Insgesamt bezogen die Forscher über 900 Stoffwechselprodukte in ihre Analyse ein und entdeckten 330 Regionen im Genom, in denen seltene oder häufige Varianten den Spiegel dieser Stoffwechselprodukte im Blut beeinflussen. „Diese Stoffwechsel-‚Hotspots‘ im Genom haben uns geholfen, besser zu verstehen, welche Gene für die veränderten Mengen der Moleküle im Blut wirklich relevant sind“, so Langenberg.

Gene, Stoffwechsel und Erkrankungen

Die Forscher identifizierten zahlreiche Beispiele dafür, wie Veränderungen des Stoffwechsels das Risiko und den Verlauf bestimmter Erkrankungen beeinflussen. Ist beispielsweise die Blutkonzentration der Aminosäure Homoarginin erhöht, steigt das Risiko für eine chronische Niereninsuffizienz. Homoarginin wird aktuell als Mittel zur Vorbeugung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen getestet. „Unser Ergebnis unterstreicht die Notwendigkeit, die Nierenfunktion genau zu überwachen, wenn Homoarginin verabreicht wird“, so Surendran und sein Team.

Die Ergebnisse zeigen zudem, dass der Stoffwechsel nicht nur dazu beiträgt, die Gesundheit zu erhalten oder Krankheiten entstehen zu lassen, sondern dass er auch wesentlich bestimmt, wie effektiv oder mitunter schädlich Medikamente wirken. Beispielsweise fand das Forschungsteam bei etwa einem Fünftel der Probanden genetische Veränderungen in der Nähe eines Gens, das für den Abbau bestimmter Krebsmedikamente wichtig ist. Bei Patienten mit einer entsprechenden Variation in der Nähe dieses Gens läuft der Abbau der toxischen Substanz langsamer ab, sodass sie sich im Blut ansammeln und starke Nebenwirkungen verursachen kann. „Variationen in der Nähe von Genen, die auch das Ziel von Medikamenten sind, können uns Hinweise über mögliche unerwünschte Nebenwirkungen geben“, erläutert Langenberg. Der Ansatz, potenzielle Nebenwirkungen bereits frühzeitig mithilfe genomischer Daten zu identifizieren, könnte aus Sicht der Autoren eine schnelle und kosteneffiziente Möglichkeit darstellen, bei zukünftigen randomisierten Studien Prioritäten festzulegen und Fehler zu vermeiden.

Studien effizienter gestalten

Die Daten der aktuellen Studie stammen von Personen europäischer Abstammung. Für weitere Einblicke in die Zusammenhänge zwischen Genen, Stoffwechsel und Gesundheit wollen die Forscher zusätzliche Untersuchungen in anderen Populationen durchführen. „Wir brauchen größere Studien, die besser die genetische Diversität verschiedener Bevölkerungsgruppen abbilden, um den biologischen und klinischen Effekt genetischer Variationen zu verstehen, die sich zwischen bestimmten Bevölkerungsgruppen unterscheiden“, so Langenberg.

Quelle: Praveen Surendran (University of Cambridge, UK) et al., Nature Medicine, doi: 10.1038/s41591-022-02046-0;

© wissenschaft.de – Elena Bernard