Was ist Epigenetik?
Der Mensch besitzt rund 20.000 proteincodierende Gene in seiner DNA. Sie enthalten Bauanleitungen für Proteine, die im Körper zahlreiche Aufgaben übernehmen – beispielsweise als Enzyme, Immunbotenstoffe, Rezeptoren oder Strukturproteine wie Kollagen. Daneben besitzt der Mensch jedoch noch viele weitere Gene, die nicht in Proteine übersetzt werden, sondern stattdessen regulative Aufgaben erfüllen. Sie befinden sich im sogenannten nichtcodierenden Bereich der DNA, der etwa 98 % des Erbguts ausmacht.
In jeder Zelle ist nur ein Teil der vorhandenen Gene aktiv. Dies zeigt sich zum Beispiel am Vorhandensein verschiedener Zelltypen: Eine Hautzelle und eine Nervenzelle besitzen zwar die gleiche DNA, ihr zellulärer Aufbau und ihre Funktionen unterscheiden sich jedoch deutlich.
Die Genaktivität unterscheidet sich jedoch nicht nur zwischen verschiedenen Zelltypen, sondern kann sich auch innerhalb des gleichen Zelltyps im Laufe des Lebens verändern. Man spricht hierbei von epigenetischen Veränderungen. Dabei handelt es sich zum Beispiel um bestimmte Markierungen an der DNA, die beeinflussen können, wie leicht oder schwer ein Gen abgelesen werden kann.
Der Lebensstil hat einen wichtigen Einfluss darauf, ob eher Gene mit gesundheitsförderlicher oder krankheitsbegünstigender Wirkung aktiviert werden. Relevante Einflussgrößen sind insbesondere körperliche Aktivität, Schlaf, Stress, Ernährung und Umweltschadstoffe. Ungünstige epigenetische Veränderungen können beispielsweise dazu führen, dass sich Zellen schlechter reparieren können oder Entzündungsprozesse begünstigt sind. Dadurch steigt letztlich das Risiko auf das Auftreten verschiedener chronischer Erkrankungen.
Der Forschungsbereich der Nutri-Epigenetik konzentriert sich speziell auf den Einfluss der Nahrung auf die Epigenetik. Im Mittelpunkt stehen hierbei Mikronährstoffe, sekundäre Pflanzenstoffe, Fettsäuren und Stoffwechselprodukte der Darmflora.
Wie wird ein Gen aktiv?
Gene entfalten ihre Wirkung erst, wenn die darin gespeicherte Information von der Zelle genutzt wird.
Proteincodierende Gene
Zunächst erstellt das Enzym RNA-Polymerase eine Abschrift des zugänglichen Gens. Dieser Vorgang heißt Transkription. Dabei entsteht die sogenannte messenger-RNA, auch Boten-RNA genannt. Sie verlässt den Zellkern und wird an den Ribosomen abgelesen. Dort werden Aminosäuren zu einem Protein zusammengesetzt – dieser Schritt wird als Translation bezeichnet. Die Genaktivität kann sowohl beim Ablesen der DNA als auch bei der späteren Proteinbildung reguliert werden.
Nichtcodierende Gene
Auch nichtcodierende Gene werden durch Transkription in RNA übersetzt. Diese RNA dient jedoch nicht als Bauanleitung für ein Protein, sondern übernimmt selbst regulatorische Aufgaben. Teilweise wird sie dafür durch Enzyme weiter zugeschnitten und bearbeitet.
Genregulation: Die wichtigsten Mechanismen im Überblick
Welche Gene abgelesen und welche Proteine hergestellt werden, hängt von einem komplexen Zusammenspiel verschiedener Regulationsmechanismen ab. Epigenetische Prozesse können beispielsweise die DNA chemisch markieren, ihre Verpackung verändern oder die spätere Verarbeitung der RNA beeinflussen.
1) DNA-Methylierung
Bei der DNA-Methylierung werden kleine chemische Einheiten, sogenannte Methylgruppen, an bestimmten Stellen der DNA angebracht. Befinden sich solche Markierungen in regulatorischen Bereichen eines Gens, können sie beeinflussen, wie leicht die RNA-Polymerase das entsprechende Gen ablesen kann. Eine starke Methylierung im Bereich der Startregion eines Gens, dem Genpromotor, geht häufig mit einer geringeren Genaktivität bis hin zur Stummschaltung einher.
2) Histon-Modifikation
Der DNA-Faden einer menschlichen Zelle ist ausgestreckt etwa zwei Meter lang und muss dennoch in einen winzigen Zellkern passen. Dazu wird er um Eiweißkörper gewickelt, die als Histone bezeichnet werden. Zusammen bilden DNA und Histone das Chromatin.
Chemische Veränderungen der Histone können beeinflussen, wie dicht oder locker einzelne DNA-Abschnitte verpackt sind. Bei der Acetylierung werden beispielsweise Acetylgruppen an Histone angefügt. Dadurch lockert sich häufig die Verpackung, sodass Gene leichter abgelesen werden können. Werden Acetylgruppen entfernt, kann sich das Chromatin verdichten und die Genaktivität abnehmen.
Auch Histone können methyliert werden. Anders als bei der DNA-Methylierung lässt sich daraus jedoch nicht grundsätzlich ableiten, ob ein Gen aktiver oder inaktiver wird. Entscheidend ist, an welcher Stelle des Histons die Methylgruppe angebracht wird.
Einfluss der Ernährung auf DNA-Methylierung und Histon-Modifikation
Für die Methylierung von DNA und Histonen benötigt der Körper Methylgruppen. Eine zentrale Rolle spielt dabei das Molekül S-Adenosylmethionin, kurz SAM. Für dessen Bildung sind unter anderem Folat, Vitamin B2, B6 und B12 sowie Cholin, Betain und die Aminosäure Methionin wichtig. Eine ausreichende Versorgung mit diesen Nährstoffen ist daher für die Bereitstellung von Methylgruppen relevant.
Folat kommt vor allem in grünem Blattgemüse und Hülsenfrüchten vor. Eier und Sojabohnen liefern Cholin, während Rote Bete, Spinat und Vollkornprodukte Betain enthalten. Vitamin B12 findet sich fast ausschließlich in tierischen Lebensmitteln.
Die für die Histon-Acetylierung benötigten Acetylgruppen stammen aus Acetyl-Coenzym A, das beim Abbau von Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen entsteht. Damit besteht eine direkte Verbindung zwischen Energiestoffwechsel und Histonregulation. Ein dauerhafter Energieüberschuss und eine gestörte Insulinsensitivität können epigenetische Regulationsprozesse verändern.
Eine besondere Verbindung besteht außerdem zum Darmmikrobiom: Darmbakterien bilden aus Ballaststoffen kurzkettige Fettsäuren wie Butyrat. Diese Fettsäuren können über verschiedene Mechanismen die DNA-Methylierung und Histon-Modifikation günstig beeinflussen.
Auch Pflanzenstoffe wie Curcumin, Resveratrol, Quercetin, EGCG (Epigallocatechingallat) und Sulforaphan werden hinsichtlich ihres epigenetischen Einflusses untersucht. Bisher existieren jedoch vor allem Zell- und Tierstudien.
3) Nichtcodierende RNAs
Aus nichtcodierenden Genen entstehen nichtcodierende RNAs, die keine Bauanleitung für ein Protein enthalten, sondern vor allem regulatorische Aufgaben erfüllen.
Zwei wichtige Gruppen sind:
- MicroRNAs: Diese sehr kurzen RNA-Moleküle können an messenger-RNAs binden. Dadurch fördern sie deren Abbau oder verhindern, dass die darin enthaltene Information in ein Protein übersetzt wird. Das Gen wurde in diesem Fall zwar abgelesen, die Proteinherstellung wird jedoch nachträglich gebremst.
- Lange nichtcodierende RNAs: Diese längeren Moleküle können unter anderem als Gerüst für Proteinkomplexe dienen und Enzyme zur DNA oder zu den Histonen führen. Auf diese Weise beeinflussen sie, welche Gene zugänglich sind.
Einfluss der Ernährung auf nichtcodierende RNAs
Nahrungsbestandteile können die Menge und Zusammensetzung nichtcodierender RNAs in unseren Zellen auf unterschiedlichen Wegen beeinflussen.
Weg 1: Veränderung der körpereigenen RNA-Produktion
Nährstoffe und Pflanzenstoffe können Signalwege aktivieren, die im Zellkern das Ablesen bestimmter Gene steuern. Dadurch verändert sich auch die Bildung von microRNAs und langen nichtcodierenden RNAs (1).
So wurden für Resveratrol in kleineren Humanstudien Veränderungen bestimmter microRNAs beobachtet, die an Stoffwechsel- und Entzündungssignalwegen beteiligt sind (2). Auch Sulforaphan aus Brokkoli und anderen Kreuzblütlern wird in diesem Zusammenhang untersucht, wobei viele Erkenntnisse bislang aus Zellstudien stammen.
Umgekehrt können eine ungesunde Ernährung und deren Folgen wie oxidativer Stress, eine ungünstige Stoffwechsellage und chronische Entzündungen das microRNA-Profil negativ verändern. Dadurch könnten entzündungsfördernde Prozesse verstärkt werden.
Weg 2: Aufnahme körperfremder microRNAs
Pflanzliche und tierische Lebensmittel enthalten eigene microRNAs. Teilweise befinden sie sich in kleinen membranumhüllten Bläschen, sogenannten Exosomen, die sie vor dem Abbau schützen können. Diese Bläschen können über den Darm aufgenommen werden. Die gesundheitlichen Effekte körperfremder könnten sowohl gesundheitsförderlich als auch potentiell schädlich sein, je nach Herkunft der microRNAs (3). Die Forschung steht in diesem Bereich jedoch noch am Anfang und pauschale Aussagen über die Relevanz körperfremder microRNAs sind nicht möglich.
Weg 3: Das Mikrobiom als Zwischenstation
Eine gesunde, ballaststoffreiche Ernährung fördert die Vermehrung nützlicher Darmbakterien, wodurch es zur vermehrten Bildung von Butyrat und anderen günstigen Stoffwechselprodukten kommt. Diese bakteriellen Stoffwechselprodukte haben nicht nur einen Einfluss auf die DNA-Methylierung und Histon-Modifikation, sondern fördern auch die Bildung bestimmter microRNAs in den Darmzellen, die zum Beispiel Entzündungsvorgänge im Darm reduzieren.
Das Ernährungsmuster zählt mehr als ein einzelner Stoff
Die Erkenntnisse der Nutri-Epigenetik bestätigen die Relevanz einer abwechslungsreichen, pflanzenbetonten Ernährung mit viel Gemüse, Obst, Hülsenfrüchten, Vollkornprodukten, Nüssen, Samen, Kräutern sowie gesunden Eiweiß- und Fettquellen. Eine solche Ernährungsweise liefert sekundäre Pflanzenstoffe, Mikronährstoffe, ungesättigte Fettsäuren, Aminosäuren und Ballaststoffe.
Studien liefern Hinweise darauf, dass insbesondere eine polyphenolreiche mediterrane Ernährung epigenetische Regulationsprozesse günstig beeinflussen kann (4). Entscheidend ist das gesamte Ernährungsmuster: Kein einzelnes Lebensmittel schaltet gezielt „gute“ Gene ein oder „schlechte“ Gene aus.
Passende Allvital-Produkte im Fokus
Das Sortiment von Allvital umfasst insbesondere Komplexpräparate mit Inhaltsstoffen, die sich in ihren Wirkungen synergistisch ergänzen und biologische Prozesse in ihrer Gesamtheit unterstützen. Viele Produkte enthalten wertvolle Pflanzenextrakte als zentrale Komponenten der Formulierung. Dadurch erhält der Körper zahlreiche Vitalstoffe in einer Weise, wie sie auch in der Natur vorkommen:
- Multivitamin Basic und Multivitamin Booster: Beide Präparate kombinieren 48 verschiedene Vitamine, Mineralstoffe, Spurenelemente, Aminosäuren und Pflanzenextrakte. Enthalten sind unter anderem Folat, Vitamin B2, B6 und B12, Cholin und Betain. Hinzu kommen Grüntee- und Weinbeerenkernextrakt, Rote Bete, schwarze Johannisbeere und Zitrusbioflavonoide. Multivitamin Basic ist niedriger dosiert und als langfristige Basisergänzung konzipiert. Der Booster enthält die Inhaltsstoffe in doppelter Dosierung und eignet sich besonders für eine kurweise Einnahme.
- Vitamin B Komplex: Enthält alle acht B-Vitamine in ihrer aktiven Form und wird ergänzt durch wichtige Co-Faktoren wie Inositol, Cholin und PABA.
- Curcumin Plus: Curcumin Plus enthält unter anderem Curcuma-Extrakt, Quercetin, Weinbeerenkernextrakt, Granatapfel, Heidelbeere, schwarze Johannisbeere und Zitrusbioflavonoide. Das Präparat vereint damit verschiedene sekundäre Pflanzenstoffe, von denen mehrere Gegenstand der epigenetischen Forschung sind.
- Phyto Basic: Das pflanzliche Basispräparat enthält Hagebutte, Reiskleie, Hanfsamen, Ingwerwurzel und Thymian. Es verbindet damit verschiedene pflanzliche Nährstoffquellen und sekundäre Pflanzenstoffe in einer Formulierung.
- NutriGreen: Im Mittelpunkt steht eine reichhaltige Mischung aus Gemüsepulvern. Ergänzt wird sie durch B-Vitamine wie Folsäure, Vitamin B12 und Biotin sowie durch Quercetin, Coenzym Q10 und Alpha-Liponsäure.
- DHA plus EPA: Das Präparat liefert die langkettigen Omega-3-Fettsäuren DHA und EPA aus dem Öl der Mikroalge Schizochytrium.
Die Einnahme von Nahrungsergänzungen sollte grundsätzlich an den persönlichen Gesundheitszustand angepasst sein und therapeutisch begleitet werden.
Quellen
- Nicoletti CF, Assmann TS, Souza LL, Martinez JA. DNA Methylation and Non-Coding RNAs in Metabolic Disorders: Epigenetic Role of Nutrients, Dietary Patterns, and Weight Loss Interventions for Precision Nutrition. Lifestyle Genom. 2024;17(1):151-165.
- Mahjabeen W, Khan DA, Mirza SA. Role of resveratrol supplementation in regulation of glucose hemostasis, inflammation and oxidative stress in patients with diabetes mellitus type 2: A randomized, placebo-controlled trial. Complement Ther Med. 2022;66:102819.
- Martino E, D'Onofrio N, Balestrieri A, et al. Dietary Epigenetic Modulators: Unravelling the Still-Controversial Benefits of miRNAs in Nutrition and Disease. Nutrients. 2024;16(1):160. Published 2024 Jan 3.
- Hoffmann A, Meir AY, Hagemann T, et al. A polyphenol-rich green Mediterranean diet enhances epigenetic regulatory potential: the DIRECT PLUS randomized controlled trial. Metabolism. 2023;145:155594.
