Biomarker für Adipositas?

Erythrit – Früherkennungszeichen für Fettleibigkeit

Ein internationales Forschungsteam hat eine chemische Substanz identifiziert, die als Früherkennungszeichen für eine einsetzende Fettleibigkeit genutzt werden kann. Solch ein Biomarker für Adipositas war bisher nicht bekannt. Es handelt sich um den Zuckeralkohol Erythrit.

Struktur von Erythrit

Struktur von Erythrit | Su-no-G, own work made with ChemDraw, gemeinfrei

Die Forscher um Prof. Dr. Karsten Hiller, Leiter der Abteilung Bioinformatik und Biochemie am Braunschweiger Zentrum für Systembiologie (BRICS) der TU Braunschweig konnten nachweisen, dass Menschen, die stark an Gewicht zunehmen und Gefahr laufen, fettleibig zu werden, Erythrit in erhöhten Konzentrationen im Blut haben.

Erythrit ist durchaus Bestandteil des Stoffwechsels

Erythrit dient als Süßstoff etwa in Limonaden und gilt als besonders gut verträglich, weil es – so die gängige Annahme – vom menschlichen Stoffwechsel nicht verarbeitet, sondern unverändert ausgeschieden wird. Das Team konnte zeigen, dass diese Annahme falsch ist: Erythrit ist durchaus Bestandteil des Stoffwechsels – und wird vom Körper sogar selbst hergestellt. Seine Ergebnisse veröffentlicht das Konsortium, an dem auch das Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) der Universität Luxemburg und die US-amerikanische Cornell-Universität beteiligt sind, im Fachjournal PNAS.

Studienanfänger untersucht

Grundlage für die Forschungsarbeit war eine Beobachtung, die Ernährungswissenschaftler schon seit längerem machen: „Drei Viertel aller Studienanfänger in den USA neigen dazu, im ersten Semester an Gewicht zuzulegen“, sagt Prof. Dr. Patricia Ann Cassano vom Bereich Ernährungswissenschaften an der Cornell-Universität und Initiatorin der Studie: „Dies dürfte damit zusammenhängen, dass sie von zuhause ausziehen, sich nun selbst versorgen müssen und ihre Ernährung umstellen.“ Bisher war kein Stoffwechselprodukt bekannt, das als Früherkennungszeichen oder Biomarker für diese Gewichtszunahme – die unter Umständen zu Fettleibigkeit führt – dienen kann. Cassano und ihr Team wollten das ändern, denn gerade im frühen Erwachsenenalter bestehen noch Chancen, einer einsetzenden Adipositas entgegenzuwirken. Die Wissenschaftler untersuchten deshalb in einer repräsentativen Gruppe von Studienanfängern über ein Jahr hinweg den Gesundheitszustand und nahmen bei den Probanden Blutproben.

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Erythrit verstärkt im Stoffwechsel aufgetaucht

Dann baten sie Karsten Hiller, der damals am LCSB tätig war, und sein Team, die Blutproben zu untersuchen. Ziel war es, herauszufinden, welche Stoffwechselprodukte sich darin befanden und wie sich deren Zusammensetzung im Lauf des Untersuchungszeitraums veränderte. Hiller gilt für solche Untersuchungen als einer der führenden Experten: „Wir haben Techniken entwickelt, mit denen wir genau nachverfolgen können, wie bestimmte Substanzen im Körper abgebaut werden und welche Produkte daraus entstehen. Auch bisher unbekannte Stoffwechselprodukte können wir so bestimmen.“ Die Forscher fanden heraus, dass bei Studienteilnehmern, die gerade stark zunehmen, die Substanz Erythrit verstärkt im Stoffwechsel auftaucht.

Mittels C13 Glukoseweg verfolgt

Hillers Team stellte zudem fest, dass der Süßstoff nicht nur über die Nahrung in den Körper gelangt, sondern auch selbst von ihm hergestellt wird. „Dazu haben wir mit markiertem Zucker gearbeitet“, sagt Dr. Jean-Pierre Trezzi, der am LCSB maßgeblich an den Untersuchungen beteiligt war. In Glukose haben die Forscher bestimmte Kohlenstoffatome durch solche Kohlenstoffatome ersetzt, die einen Kernbaustein mehr enthalten, als das in der Natur meistens der Fall ist. Trezzi: „Dieses als C13 bezeichnete Kohlenstoff-Isotop ist stabil, hat keine Auswirkungen auf Lebewesen und kommt in der Natur sehr selten vor. Wenn wir es künstlich in Glukose einbauen, können wir genau verfolgen, welchen Weg die Glukose im Körper nimmt.“

C13-Kohlenstoffatome auch im Erythrit

Das Ergebnis war für die Forscher überraschend: Nehmen Probanden eine markierte Glukoselösung ein, finden sich die C13-Kohlenstoffatome nach einiger Zeit auch im Erythrit. „Das ist der Beweis dafür, dass der Körper den Zuckeralkohol auch selbst herstellen kann“, sagt Karsten Hiller: „Erythrit ist keine Substanz, die wir einfach wieder ausscheiden. Sie hat eine Wirkung auf unseren Stoffwechsel. Das steht im Gegensatz zu allen bisherigen Annahmen.“

Eine Aussage darüber, welche Beziehung zwischen einer erhöhten Erythrit-Konzentration im Blut und einer einsetzenden Fettleibigkeit besteht, können die Forscher mit ihren bisherigen Ergebnissen allerdings noch nicht machen, so Hiller: „Das ist Gegenstand der nächsten Untersuchungen. Wir werden mit der Isotopenmethode nun die Stoffwechselwege rund um das Erythrit genau ausleuchten, untersuchen, wo es herkommt und wie es aus dem Körper verschwindet – und hoffen dabei Hinweise zu bekommen, welche Rolle dieser Zuckeralkohol bei der Gewichtszunahme spielt.“

Zur Person und zur Abteilung Bioinformatik und Biochemie

Professor Karsten Hiller wurde im Juli 2016 an die TU Braunschweig berufen und leitet dort seither die Abteilung für Bioinformatik und Biochemie. Zudem gehört er der Abteilung für Bioinformatik der Infektionsforschung des Helmholtz Zentrums für Infektionsforschung (HZI) an. Zuvor war er Professor für Zell-Metabolismus an der Universität Luxembourg und leitete dort für sechs Jahre die Arbeitsgruppe Metabolomics. Prof. Hiller und sein Team untersuchen die Rolle des Stoffwechsels von Zellen des Immunsystems und des Gehirns im Zusammenhang mit Krankheiten. Zudem untersuchen sie, wie sich der Stoffwechsel der humanen Wirtszellen während einer Infektion verändert. Die Gruppe hat auf diesem Weg zum Beispiel herausgefunden, dass menschliche Immunzellen eine bisher im humanen Stoffwechsel unbekannte Substanz herstellen, die eine antibiotische Wirkung auf Bakterien entfaltet. Mit Hilfe von Methoden aus der Biochemie und der Informatik sollen weitere Drehpunkte im Stoffwechsel der Immunzellen identifiziert werden, die in Zukunft für Therapie-Möglichkeiten ausgenutzt werden können. (idw, red)

 

Literatur:

Katie C. Hootman, Jean-Pierre Trezzi, Lisa Kraemer et al.: Erythritol is a pentose-phosphate pathway metabolite and associated with adiposity gain in young adults. 2017, DOI: 10.1073/pnas.1620079114.