Zusammenfassung:
Eine neue Studie amerikanischer Forscher ergab, dass eine langfristige Reduzierung der Nahrungsaufnahme nicht nur die Lebensdauer und Alterungsrate beeinflussen, sondern auch die Art und Weise verändern kann, wie sich DNA-Mutationen im Körpergewebe ansammeln. In einem Experiment mit Mäusen sammelten Mäuse, die 30 % weniger Kalorien pro Tag zu sich nahmen, weniger DNA-Mutationen in mehreren Geweben an als ihre Artgenossen, die freien Zugang zu Nahrung hatten. Die Entdeckung liefert neue Hinweise zum Verständnis, wie sich die Ernährung auf das Alter und das Krankheitsrisiko auswirkt.
Diese Studie wurde von Forschern des NYU Langone Medical Center, der University Hospitals of Cleveland, des University of Texas Southwestern Medical Center und der National Institutes of Health durchgeführt. Die Forschungsarbeit wurde in der Zeitschrift Cell veröffentlicht.
DNA ist das Molekül, das genetische Informationen speichert, aber sie bleibt nicht immer gleich. Mit zunehmendem Alter kommt es in den Zellen weiterhin zu DNA-Schäden, Replikationsfehlern und Abweichungen im Reparaturprozess, wodurch sich nach und nach somatische Mutationen ansammeln. Die meisten Mutationen haben keine nennenswerten Auswirkungen, einige Mutationen können jedoch die normale Funktion von Genen beeinträchtigen und das Risiko für Krebs und andere Krankheiten erhöhen. Daher ist es eine wichtige Forschungsrichtung in der Alterungsbiologie, herauszufinden, welche Faktoren die Mutationsakkumulation verlangsamen können.
Wissenschaftler haben zuvor in verschiedenen Tierversuchen herausgefunden, dass eine Kalorienrestriktion die Lebenserwartung verlängern und einige altersbedingte physiologische Veränderungen verlangsamen kann. Es ist jedoch noch nicht vollständig geklärt, ob eine Reduzierung der Kalorienaufnahme auch die genomweite Mutationsakkumulation beeinflusst.
Um dieses Problem zu untersuchen, verwendete das Team hochpräzise DNA-Sequenzierungstechnologie, um die genetischen Veränderungen in den beiden Mäusegruppen zu vergleichen. Eine Gruppe von Mäusen durfte frei fressen, während die andere Gruppe einer langfristigen Kalorieneinschränkung unterworfen war und ihre Aufnahme etwa 30 % geringer war als die der Gruppe, die sich frei ernährte. Anschließend analysierten die Forscher DNA-Mutationen in verschiedenen Geweben, um herauszufinden, ob Ernährungsumstellungen die Anhäufung genetischer Schäden beeinflussten.
Die Ergebnisse zeigten, dass eine Kalorienrestriktion mit einer Verringerung verschiedener DNA-Mutationen verbunden war, einschließlich Basensubstitutionen sowie Insertionen und Deletionen von DNA-Segmenten. Basensubstitution bedeutet, dass ein genetischer Buchstabe in der DNA-Sequenz durch einen anderen Buchstaben ersetzt wird; Insertion und Deletion bedeuten, dass ein Teil der genetischen Sequenz hinzugefügt bzw. verloren geht.
Diese Veränderung ist jedoch nicht in allen Organen gleichermaßen deutlich. Leberzellen reagierten relativ deutlich auf eine Kalorienrestriktion, während Nieren- und Gehirngewebe unterschiedlich starke Veränderungen aufwiesen. Dies deutet darauf hin, dass die Auswirkungen der Ernährung auf DNA-Mutationen möglicherweise von den physiologischen Eigenschaften bestimmter Gewebe abhängen, anstatt genetische Schäden in allen Zellen des Körpers im gleichen Ausmaß zu reduzieren.
Die Studie fand auch unerwartete Unterschiede in den Auswirkungen der Kalorienrestriktion auf verschiedene Regionen des Genoms. In Leber- und Nierenzellen waren die Bereiche, in denen die Mutationen am stärksten reduziert waren, tendenziell Teile des Gens mit geringerer Aktivität. Diese Regionen enthalten möglicherweise keine Gene oder Gene, die in den entsprechenden Zellen selten verwendet werden.
Die Forscher vermuteten, dass Unterschiede in der DNA-Reparaturaktivität ein Grund dafür sein könnten. Genregionen in Zellen, die aktiv funktionieren, unterliegen häufig einer häufigeren DNA-Reparatur, sodass der zusätzliche Schutz, den eine Kalorienrestriktion mit sich bringen kann, möglicherweise relativ begrenzt ist. Im Gegensatz dazu ist es wahrscheinlicher, dass Bereiche mit weniger normaler Reparaturaktivität durch Ernährungsumstellungen verursachte Unterschiede aufweisen.
Dies ist jedoch noch eine Erklärung, die überprüft werden muss. Das Forschungsteam hat den spezifischen Mechanismus, durch den eine Kalorienrestriktion Mutationen reduziert, nicht ermittelt und kann die Möglichkeit nicht ausschließen, dass andere zelluläre Stoffwechselprozesse beteiligt sind. Die Forscher planen, verschiedene Ernährungspläne weiter zu vergleichen und DNA-Mutationen in mehr Geweben und Zelltypen zu analysieren, um nach den zugrunde liegenden biologischen Mechanismen zu suchen.
Der Co-Autor der Studie, Gilad Evroni, außerordentlicher Professor an der Grossman School of Medicine der NYU, wies darauf hin, dass die Ergebnisse nicht nur einen möglichen Zusammenhang zwischen Ernährung und Lebensdauer aufzeigen, sondern auch darauf hinweisen, dass die Ernährung mit der Anhäufung von Mutationen im gesamten Genom zusammenhängt. Er glaubt, dass es wichtig ist, diesen Zusammenhang zu verstehen, da DNA-Mutationen eine Rolle bei der Entstehung von Krebs und einer Vielzahl anderer Krankheiten spielen.
Die Forscher betonten jedoch, dass dieses Ergebnis derzeit nicht direkt in menschliche Ernährungsempfehlungen übertragen werden kann. Die Versuchspersonen waren Mäuse, keine Menschen; Selbst wenn in Tierversuchen eindeutige biologische Veränderungen auftreten, kann nicht der Schluss gezogen werden, dass der Mensch den gleichen Effekt durch eine Reduzierung der Kalorienaufnahme um 30 % erzielen kann.
Darüber hinaus ist eine langfristige starke Einschränkung der Kalorienzufuhr schwer einzuhalten und kann auch zu Nährstoffdefiziten, Muskelschwund und anderen Gesundheitsrisiken führen. Kalorien zu reduzieren bedeutet nicht, dass Sie auf Proteine, Vitamine, Mineralien und andere essentielle Nährstoffe verzichten können. Beim Menschen muss noch weiter erforscht werden, um wie viel Kalorien genau wie lange reduziert werden muss und ob dieser Ansatz tatsächlich die Krebsrate senken oder die Lebenserwartung verlängern kann.
Das Forschungsteam hofft, dass der nächste Schritt darin bestehen wird, den Schlüsselmechanismus zu finden, durch den eine Kalorienrestriktion DNA-Mutationen reduziert, um Interventionsmethoden zu entwickeln, die nicht auf extremen Diäten beruhen. Wenn Wissenschaftler die wirklich schützenden molekularen Wege identifizieren können, könnten sie in Zukunft möglicherweise die Anhäufung genetischer Schäden während des Alterns durch Medikamente, Ernährungsstrategien oder andere Interventionen reduzieren.
Die Bedeutung dieser Studie besteht nicht darin, zu beweisen, dass Menschen sofort 30 % weniger essen sollten, sondern darin, den möglichen tiefen Zusammenhang zwischen Ernährung und Genomstabilität aufzudecken. Es bietet neue Wege für die Untersuchung von Alterung, Krebs und anderen altersbedingten Krankheiten, ist aber noch weit von klinisch erprobten Lösungen für die menschliche Gesundheit entfernt.
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