Nutrigenetik: Man ist, was man isst
Bei Insektenweibchen werden signifikante Veränderungen bei Eiablage, Nahrungsaufnahme und Immunität induziert, sobald eine Paarung stattfindet. Neuere Studien gehen zunehmend davon aus, dass diese phänotypischen Veränderungen das Ergebnis differenzieller Genexpression sind, die solche Gene betreffen, die Stoffwechselwege regulieren. Durch diese Umstellung des Stoffwechsels wiederum verändern sich Nahrungspräferenzen, um den Nährstoffbedarf eines Organismus zu decken. Analyse geschlechtsspezifischer genetischer Faktoren bei der Nahrungsaufnahme Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts DIET-SEX-GENOMICS wollten nun genetische Faktoren untersuchen, durch die sich geschlechtsspezifisch Nährstoffbedarf und Nahrungspräferenzen verändern. Hierfür wurden am Modellorganismus Drosophila melanogaster genetische Kreuzungen, Veränderungen der Futterzusammensetzung und Sequenzierungsmethoden der nächsten Generation kombiniert. „Wir wollten untersuchen, was Männchen und Weibchen fressen müssen, um eine maximale reproduktive Fitness zu erreichen, und wie sich dies bei verschiedenen Genotypen unterscheidet“, erklärt Projektkoordinator Dr. Max Reuter, Betreuer der Marie Skłodowska-Curie-Stipendiatin Dr. Florencia Camus. Die Forscher testeten verschiedene genetische Varianten von Drosophila und verabreichten spezifisch zusammengestelltes Futter mit genau quantifizierten Makronährstoffen. Die erste Art von Experiment untersuchte bei den Tieren Präferenzen für protein- bzw. kohlenhydrathaltige Futtermittel. Im zweiten Versuchsaufbau verabreichten die Wissenschaftler Futter mit verschiedener festgelegter Zusammensetzung und berechneten den Effekt auf die reproduktive Fitness. „Mit dieser Art von Experiment konnten wir beurteilen, welche Nahrung die Fitness maximiert“, fährt Dr. Camus fort. Insgesamt zeigten die Ergebnisse signifikante genetische Unterschiede sowohl bei Nahrungspräferenzen als auch bei geschlechtsspezifischen Anforderungen. Zum Beispiel stellte sich bei bestimmten männlichen Genotypen das Fitnessmaximum bei geschlechtstypischer kohlenhydratreicher Nahrung ein, bei Männchen mit anderen Genotypen hingegen waren die Nährstoffanforderungen denen der Weibchen ähnlicher. Mittels Sequenzierungsverfahren der nächsten Generation (NGS) wurden die physiologischen Genreaktionen der Geschlechter auf eine für Männchen geeignete kohlenhydratreiche Ernährung und eine für Weibchen geeignete proteinreiche Diät genauer untersucht. Die Daten zeigten, welche Gene sich auf eine bestimmte Nahrung hin veränderten, und wie sich die Regulierung bei beiden Geschlechtern unterscheidet. Erfolge der Forschungsarbeit Die Forschungsarbeit im Rahmen von DIET-SEX-GENOMICS wird dazu beitragen, Gene zu finden, die für eine geschlechtsspezifische Reaktion auf Nahrung verantwortlich sind. Im nächsten Schritt soll die Reaktion auf Nahrung weiter analysiert werden, um zu zeigen, wie genetische Variation entsteht und aufrecht erhalten wird. Ein weiteres Ziel der Forschergruppe ist die experimentelle Validierung dieser korrelativen Schlussfolgerungen mithilfe des Genom-Editing. Wie Dr. Reuter betont, wird „die Charakterisierung der transkriptionellen Reaktion auf Nahrungsveränderungen bei beiden Geschlechtern wichtige regulatorische Gene und Prozesse enthüllen, um diese dann bei verschiedenen Genotypen zu vergleichen.“ Erste Daten deuten auf eine bei beiden Geschlechtern gleiche transkriptionelle Antwort und Nahrungsaufnahme hin, allerdings mit einigen faszinierenden Ausnahmen, bei denen die Geschlechter entgegengesetzt reagierten. Aus biologischer Sicht zeigen die Ergebnisse von DIET-SEX-GENOMICS, dass der reproduktiven Fitness ein komplexes Wechselspiel ökologischer und genetischer Faktoren zugrunde liegt, die wiederum auf verhaltensabhängigen und physiologischen Reaktionen auf Nahrung beruhen. Weitere Analysen dieser Unterschiede sollen grundlegende Einblicke in Stoffwechsel und Physiologie liefern. Vor allem sollen diese Daten auf den Menschen extrapoliert werden, was den wachsenden Bedarf nach personalisierter Medizin verstärkt. „Wenn optimale Ernährung – und auch Medikationsbedarf – von der genetischen Konstitution eines Menschen abhängen, könnte die genauere Erforschung von genetischen Faktoren, die den Stoffwechsel regulieren, eine personalisierte Ernährungsberatung unterstützen“, schloss Dr. Camus. Wenn die Bedürfnisse des Einzelnen genau berücksichtigt werden könnten, würde das der öffentlichen Gesundheit erheblich zugute kommen.
Schlüsselbegriffe
DIET-SEX-GENOMICS, Gen, Ernährung, Nahrung, Weibchen, Männchen, reproduktive Fitness, Next Generation Sequencing, Stoffwechsel
