Genetik - Epigenetik - Methylierung - Nutrigenomik - Was ist das?

Aktualisiert: 27. Apr.




Es stimmt, dass Ihr Genom, das Ihr gesamtes genetisches Material oder Ihre DNA umfasst, eine wesentliche Rolle dabei spielt, wer Sie sind. Es kann auch Aufschluss über mögliche Schwachstellen in Ihrer Gesundheit geben. Ihre Gene müssen jedoch nicht Ihr Gesundheitsschicksal bestimmen.


Mit Hilfe der Epigenetik und Nutrigenomik können Sie Ihre Genexpression und damit Ihr genetisches Schicksal steuern.

Die Gene

Die Gene bestehen aus vier Nukleotiden, nämlich Thymin (T), Cytosin (C), Adenin (A) und Guanin (G), die die "Stufen" Ihrer DNA-Leiter bilden, auf denen zwei Nukleotide miteinander gepaart sind. Sie sehen dies in einem Gentest als die T's, C's, A's und G's die bei Ihren Genen erwähnt werden.




Ein gutes Beispiel für Nukleotide ist das berüchtigte MTHFR-Gen. Insbesondere der Einzelnukleotid-Polymorphismus MTHFR C677T, eine der am meisten untersuchten Arten von MTHFR-Mutationen zusammen mit MTHFR A1298C. Ein "normales" MTHFR 677-Gen wäre MTHFR C677C. In diesem Fall wurde das C (Cytosin) gegen ein T (Thymin) ausgetauscht, was die Funktion des MTHFR C677T verändert und ihn etwas langsamer macht. Wir nennen dies einen Einzelnukleotid-Polymorphismus oder kurz SNP.


Diese DNA-Leiter aus negativ geladenen Nukleotiden winden sich um positiv geladene Proteinmoleküle, die Histone. Sie werden wie Magnete voneinander angezogen und sind in Strukturen organisiert, die Nukleosomen genannt werden, wobei etwa 150 Paare oder "Stufen" dieser DNA-Leitern um acht Histone gewickelt sind und ein Oktamer bilden.


Wenn diese sich zu Chromatinfasern zusammenfalten, werden sie immer mehr verdichtet oder zusammengepresst und bilden schlisslich enge Chromosomenwindungen. Dadurch passen sie in den Zellkern und speichern die genetische Information in den Zellen, um sie zu replizieren und an die zukünftigen Kinder weiterzugeben. Wenn diese Informationen zur Vervielfältigung bereit sind, wickeln sich die Chromosomen ab, um ihre genetische Sequenz zu replizieren.


Das menschliche Genom umfasst alle DNA-Sequenzen des Menschen oder Allele. Ein Allel ist eine bestimmte Variante eines Gens. Wenn es drei andere Variationen eines bestimmten Gens gibt, dann hat dieses Gen vier Allele, die sich alle unterschiedlich verhalten können. Mit einem DNA-Test wird festgestellt, welches Allel Sie für dieses Gen haben, um zu sehen, ob Sie dem "normalen" Allel entsprechen, das 80 Prozent der Bevölkerung haben, oder ob Sie eine der anderen Varianten haben und was das für Sie bedeuten kann.


Diese Information ändert sich nie und bestimmt Ihren Genotyp.


DNA-Methylierung und Ihr Epigenom

Von Zeit zu Zeit müssen sich Ihre Chromosomen aus ihrer engen Struktur lösen, um Informationen zu replizieren. Dies geschieht während der Zellteilung, wenn sich Ihre Zellen teilen, um mehr Zellen für Ereignisse wie Zellreparatur, Heilung oder Schwangerschaft zu bilden. Aber im Allgemeinen möchten Sie nicht, dass Ihre DNA ständig entrollt und freigelegt wird. Je mehr Ihre DNA exponiert ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass Fehler auftreten. An dieser Stelle kommt die DNA-Methylierung ins Spiel.


Bestimmte epigenetische Mechanismen wie die DNA-Methylierung sind in der Lage, Ihr Epigenom zu verändern. Das Epigenom umfasst alle strukturellen Veränderungen des Chromatins und alle chemischen Veränderungen der Histone und Nukleotide, die im Rahmen der Methylierung vorgenommen werden. Kurz gesagt, Ihr Epigenom ist die Gesamtheit der strukturellen und chemischen Veränderungen, die durch die Methylierung an Ihrer DNA vorgenommen werden. Ihr Epigenom bestimmt Ihren Phänotyp bei der Geburt, d. h. welche Augen- oder Haarfarbe Sie haben werden, wie gross Sie werden und wie Sie letztendlich aussehen werden.


Bei der DNA-Methylierung wird auch eine Methylgruppe an den 5-Kohlenstoff des Cytosin-Nukleotidrings angehängt, um 5-Methylcytosin zu bilden, das als fünfte Base der DNA bekannt ist, obwohl eine Methylgruppe auch an das Adenin-Nukleotid angehängt werden kann. Auf diese Weise kann die Methylierung die Aktivität Ihrer Gene verändern, ohne Ihre genetische Sequenz zu verändern, indem sie Gene "zum Schweigen bringt", die häufig an der Entwicklung chronischer Krankheiten beteiligt sind. Die DNA-Methylierung unterdrückt in der Regel die Gentranskription oder hält Ihre DNA im Zellkern zusammengerollt, anstatt sie freizulegen. Je mehr Ihre DNA freiliegt, desto höher ist die Fehlerwahrscheinlichkeit.


Denken Sie daran, dass sich Ihre DNA-Sequenz oder genetische Information nie ändert, aber Sie können das Epigenom Ihrer Gene (wie sie ausgelesen werden) verändern.


Dieser Prozess der DNA-Methylierung wird von einer Familie von Enzymen, den DNA-Methyltransferasen (DNMT), gesteuert oder reguliert, die ein anderes Methylierungsprodukt namens SAM (S-Adenosyl-Methionin) benötigen, um richtig zu funktionieren.


Methylierung ist der biochemische Prozess, bei dem eine Methylgruppe (CH3) von einer Substanz auf eine andere übertragen wird. Eine Methylgruppe besteht aus einem Kohlenstoff- und drei Wasserstoffatomen. Methylierung war früher als "Ein-Kohlenstoff-Stoffwechsel" bekannt. Indem man einer Verbindung ein zusätzliches Kohlenstoffatom hinzufügt, ändert sie ihre Form vollständig. Im menschlichen Körper ist die Form gleich der Funktion. Dieser kritische Prozess verwandelt buchstäblich eine Vielzahl wichtiger Verbindungen wie Hormone, Neurotransmitter, Lebergewebe und vor allem die DNA.



Epigenetik

Der Begriff „Epigenetik“ besteht aus den Wörtern Genetik und Epigenese (Entwicklung eines Lebewesens). Sie gilt als Bindeglied zwischen Umwelteinflüssen und Genen: Sie bestimmt unter welchen Einflüssen bzw. Umständen welches Gen eingeschaltet und wieder ausgeschaltet wird. Man spricht hier von der Genregulation. Nach jahrzehntelanger Forschung in der Genetik weiss man heute, dass Gene nicht nur steuern, sondern sie auch gesteuert werden. Durch die Epigenetik lässt sich erklären warum gewisse Menschen wenig Stressresistenz haben, andere unter den gleichen Umständen mehr. Warum gewisse Menschen Krebs bekommen, andere mit dem selben Gen aber nicht.

Die DNA-Sequenz ist das, was bei DNA-Tests getestet wird. Das sind Ihre "schnellen" und "langsamen" Gene, mit denen Sie geboren wurden, und die sich nie ändern. Stellen Sie sich Ihre Gene wie den Bauplan für ein Gebäude vor. Wenn der Bauplan vollständig und fehlerfrei ist, wird das Gebäude so gebaut, wie es für den Zweck, für den es benötigt wird, vorgesehen ist. Wenn Teile des Bauplans fehlen, kann das Gebäude am Ende anders aussehen. RNA sind die Arbeiter, die helfen, das Gebäude nach den Vorgaben des Bauplans zu bauen. Die RNA bindet an die Promotorregion auf der DNA und macht dann eine vorübergehende Fotokopie des Bauplans, um festzustellen, welche Materialien sie für das Gebäude oder das Enzym herstellen soll.


Sie können Ihren Bauplan nicht ändern.


Wenn wir dieselbe Analogie verwenden wollen, um epigenetische Mechanismen zu erklären, stellen Sie sich ein Feuer vor, das durch Ihr Gebäude geht. Das "Feuer" umfasst alle epigenetischen Mechanismen wie Entzündungen, die durch falsche Ernährung, Infektionen, Umweltgifte und sogar chronischen Stress oder Übertraining ausgelöst werden. Diese epigenetischen Mechanismen haben die Fähigkeit, die Genexpression zu verändern, d. h. sie können Ihre Gene schneller oder langsamer machen, selbst wenn Ihr Bauplan perfekt ist. Wenn Ihr Bauplan von Anfang an nicht perfekt war und Ihre Materialien von schlechter Qualität waren, und Sie nun einen Brandschaden haben, dann verstehen Sie, worauf ich hinaus möchte.


Ständige "Brände" erhöhen auch die Nachfrage nach neuen Gebäuden, die gebaut werden müssen, um die beschädigten zu ersetzen. Die RNA muss nun schneller arbeiten, um Fotokopien des Bauplans anzufertigen, damit der Prozess in Gang kommt, und mit dieser Dringlichkeit steigt auch das Risiko von Fehlern, die die DNA-Sequenzierung und das Aussehen des Gebäudes verändern.


Sie können Ihren Bauplan zwar nicht ändern, aber Sie können Brände verhindern, Brände löschen und die Schäden der Brände mit den richtigen Mitteln reparieren.


Ihre Gene können ihre Ausprägung in Abhängigkeit von Ihrem Lebensstil, verschiedenen Umweltfaktoren und den Ernährungseinflüssen, denen Sie ausgesetzt sind, verändern. Es kann ein bestimmtes Gen betroffen sein oder eine Gruppe von Genen in einem bestimmten biochemischen Pfad, wodurch der gesamte Pfad "verschmutzt" wird. Diese Einflüsse sind im Laufe der Zeit veränderbar, so dass epigenetische Einflüsse ein sich ständig wandelnder und entscheidender Faktor dafür sind, wie sich Gene ausdrücken.


Jeder Mensch hat seine eigene Biochemie, die zu unterschiedlichen Nährstoffbedürfnissen führt. Individuen können einen Mangel an bestimmten Nährstoffen haben und einen Überschuss an anderen. Fortschritte in der epigenetischen Wissenschaft haben den starken Einfluss von Nährstoffen auf die Genexpression besiegelt und u.a. eine verbesserte Behandlung von psychischen Störungen ermöglicht. Neurotransmitter, die bei psychischen Störungen eine Rolle spielen, scheinen bei der Absorption, dem Metabolismus und der Speicherung von Schlüsselnährstoffen epigenetisch zu sein. Zum Beispiel wissen wir jetzt, dass Methionin und SAMe wie Serotonin-Wiederaufnahmehemmer wirken und Folate und Niacinamid die Neurotransmission an Dopaminrezeptoren dämpfen.

Die DNA in den Zellen ist die Bauanleitung für unseren Körper, sie ist die Geheimschrift zur Herstellung von Proteinen. Damit Proteine hergestellt werden können, wird die DNA mittels Enzyme ausgelesen. Proteine werden für den Aufbau jeglichen Gewebes benötigt, inkl. Hormone und Neurotransmitter. Bei Epigenetischen Störungen werden diese DNA-Sequenzen von den Enzymen nicht optimal ausgelesen. Dies führt dann zu Störungen im Methylierungsprozess,

was Krankheiten wie Hormondysbalancen, Herz-Kreislauferkrankungen, Depressionen, ADS/ADHS, Autismus, Schizophrenie oder auch Fettleibigkeit, etc. zur Folge haben kann.


Was ist Nutrigenomik?

Nutrigenomik ist die Untersuchung der Auswirkungen bestimmter Nährstoffe auf die Expression Ihres Genoms und die Risikofaktoren für chronische Krankheiten. Einfach ausgedrückt, untersucht die Nutrigenomik die Beziehung zwischen Ernährungsfaktoren und der Art und Weise, wie Ihre Gene und Nährstoffe auf molekularer Ebene zusammenwirken. Auf diese Weise lässt sich feststellen, welche Ernährungsbedürfnisse für Ihre individuelle genetische Veranlagung am wichtigsten sein könnten.


Was bedeutet das?

Alle Gene kodieren für ein Enzym, und diese Enzyme benötigen spezifische Kofaktoren und Substrate, um korrekt zu funktionieren. Diese hängen von einer gesunden und ausgewogenen Ernährung ab.


Unter Kofaktoren versteht man im Allgemeinen Mikronährstoffe wie Vitamine und Mineralien, die wir aus Nahrungsquellen wie Obst, Gemüse, Nüssen und Samen erhalten, sowie Aminosäuren aus Eiweißquellen wie Eiern, Fleisch, Fisch und Geflügel. Damit ein Enzym seine Aufgabe, Dinge im Körper umzuwandeln, erfüllen kann, benötigt es bestimmte Nährstoff-Cofaktoren, die als "Schlüssel" fungieren, der das Enzym "anschaltet".


Das Konzept der Nutrigenomik entstand aus der Notwendigkeit, nicht übertragbare Krankheiten und damit verbundene Stoffwechselkrankheiten wie Fettleibigkeit und Herz-Kreislauf-Erkrankungen unter dem Gesichtspunkt zu betrachten, wie sich die Ernährung (oder ein Mangel daran) auf die Expression von Genclustern auswirkt, die an Entzündungen und einer möglicherweise verkürzten Lebensspanne beteiligt sind. Es hat sich gezeigt, dass bestimmte Nährstoffe Stoffwechselwege über genomische Wechselwirkungen regulieren, was bedeutet, dass vieles von dem, was wir tun, unser Genom beeinflusst.


Auch das Konzept der Metabolomik sollte hier mit einbezogen werden, da die beim Stoffwechsel entstehenden Metaboliten auch die Genexpression beeinflussen.


Richtig essen für Ihre Gene - Überlegungen zur Ernährung

Eine bedarfsgerechte Ernährung oder Nahrungsergänzung, die für eine optimale Enzymfunktion erforderlich ist, ist sehr wichtig, um das Räderwerk Ihrer Biochemie in Gang zu halten. Nehmen wir an, Ihre Ernährung ist suboptimal oder ähnelt eher der SAD-Diät (Standard American Diet), der die meisten Bürger in den entwickelten westlichen Ländern folgen. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass Sie einen Nährstoffmangel erleiden, der die Fähigkeit Ihrer Enzyme, optimal zu funktionieren, beeinträchtigt.


Die Ernährung wirkt sich direkt auf Ihre Fähigkeit aus, jetzt und in Zukunft Ihre beste Gesundheit zu erreichen. Deshalb ist die richtige Wahl der Ernährung so wichtig für ein gesundes Älterwerden.


Genetische Polymorphismen treten auf, wenn kleine Veränderungen an der ursprünglichen DNA-Struktur vorgenommen werden, die dann die Form oder Funktion des Enzyms, für das sie kodieren, verändern können. Dies kann dazu führen, dass Enzyme "schneller" oder "langsamer" arbeiten, was wiederum Auswirkungen auf die Ernährung hat, da diese Enzyme mehr oder weniger spezifische Kofaktoren oder Substrate benötigen, um sie zu verlangsamen oder zu beschleunigen.


Die Nutrigenomik ist sicherlich ein Bereich, der in der personalisierten Ernährung und Medizin schnell wächst. Die wichtigsten Prämissen der Nutrigenomik sind:


Bei Personen mit bestimmten genetischen Merkmalen kann die Ernährung einen entscheidenden Einfluss auf die Prävention chronischer Krankheiten haben.

Bestimmte Nahrungsbestandteile können die Struktur oder die Expression von Genen verändern, so dass diese "schneller" oder "langsamer" werden.

Indem wir unsere genetische Veranlagung betrachten und unsere Ernährung entsprechend anpassen, können wir das Pendel in Richtung Gesundheit ausschlagen lassen.


Nutrigenetik und Ihre Ernährung

Der Begriff Nutrigenetik bezieht sich auf die Untersuchung der Beziehung zwischen Genen, Ernährung und gesundheitlichen Folgen wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Fettleibigkeit. Vor einigen Jahren wurde von der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie eine sehr interessante Studie darüber durchgeführt, wie man seine Gene ernähren kann. Es wurde die Frage gestellt: "Wenn Ihre Gene Ihnen sagen könnten, was sie wollen, was würden sie sagen?".


Ihre Ergebnisse zeigten, dass die Gene eine Ernährung bevorzugen, die zu einem Drittel aus Kohlenhydraten, zu einem Drittel aus Proteinen und zu einem Drittel aus Fetten besteht. Die Forscher fanden heraus, dass weder eine kohlenhydratarme noch eine kohlenhydratreiche Ernährung gut für die Genexpression war, dass aber die kohlenhydratarme Ernährung besser war und zumindest in die richtige Richtung ging. Sobald die Diät mehr als ein Drittel Kohlenhydrate in einer Mahlzeit enthielt, wurden Gene aktiviert, die eine metabolische Entzündung anregen. Dies sind Gene, die an Entzündungen und chronischen Stoffwechselstörungen wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Typ-2-Diabetes beteiligt sind.


Im Wesentlichen haben die Forscher herausgefunden, dass wir mit der Wahl unserer Ernährung auch entscheiden, ob wir unsere Gene mit Medikamenten oder Waffen versorgen, die Krankheiten verursachen.


Ihre Gene sind nicht Ihr Schicksal

Die wichtigste Botschaft für Sie ist, dass Ihre Gene nicht Ihr Schicksal sind.

Niemand von uns perfekte Gene hat. Wir alle haben "schnelle" und "langsame" Gene, aber wir leiden nicht unbedingt an den Folgen des Stoffwechsels oder an chronischen Krankheiten, die unsere genetischen SNPs oder Polymorphismen auf unserem Bauplan für uns vorsehen. Die Gründe dafür liegen in der Nutrigenomik, Nutrigenetik und Epigenetik, wie oben beschrieben.


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Referenzen

https://le.ac.uk/vgec/topics/dna

https://www.nature.com/scitable/topicpage/chromosomes-14121320/

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2011.00074/full

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10555141/

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30280996/

https://www.sciencedaily.com/releases/2011/09/110919073845.htm

https://www.amazon.com/Dirty-Genes-Breakthrough-Program-Optimize/dp/0062698141