Multisystem-Erkrankungen erkennen und verstehen. Sibylle Reith
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wird diese Forschung durch Hochdurchsatz-Analysen mit Verfahren, die automatisiert biologische Proben untersuchen. Nicht nur die Gene, auch Proteine und die Stoffwechselprodukte können heute in einer Probe erfasst werden. Dazu gehören z. B. Antikörperbildung, Addukte, genetische Mutationen, epigenetische Veränderungen oder toxikogenomische Wirkungen. So entstehen riesige Datenmengen, die nur mit Großrechnern ausgewertet und bewältigt werden können. Forscher versuchen innerhalb dieser Datenmengen aussagekräftige Schlüsselmoleküle/Signaturen herauszufiltern. Im Rahmen eines Programms zur Expositionsbiologie wird von der US-amerikanischen National Institute for Environmental Sciences/NIEHS die Entwicklung neuer Instrumente zur Expositionsbewertung gefördert.
| Mit Hilfe dieser neuen Technologien, werden Zusammenhänge mit den Umgebungsfaktoren erkennbar, die bislang verborgen waren. |
Die Analysen sind teuer und werden derzeit fast ausschließlich für Forschungszwecke eingesetzt. Doch es ist zu beobachten, dass die Kosten für diese Verfahren weltweit sinken, je mehr sie eingesetzt werden.
Unsere individuelle „Wolke“
„Menschen haben Dinge wie Luftverschmutzung gemessen, aber niemand hat wirklich die biologische und chemische Aussetzung auf persönlicher Ebene gemessen. Niemand weiß wirklich, wie groß das menschliche Exposom ist und was sich darin befindet.“ 3.2.3/2 Rötzer
Das Zitat stammt von dem Genetiker Michael Snyder von der Stanford University School of Medicine in Kalifornien, USA, der mit seinem Team mit Hilfe eines Gerätes, das Partikel aus der Luft filterte, die jeweiligen örtlichen Umgebungsfaktoren untersuchte. Die Forscher konnten anhand des Filtersubstrates je nach Region, Wetter, Jahreszeit und den Eigenheiten des jeweiligen Haushalts Unterschiede feststellen. Sie fanden Spuren von Staub-, Haut- und Spinnmilben, von Mücken, Fliegen, Bienen und Kakerlaken – und von Viren, die über Haustiere übertragen wurden. In nahezu jeder Probe fanden die Forscher Partikel des Insektenabwehrmittels DEET, das Pestizid Omethoat und krebserregend wirkende Stoffe wie Diethylenglycol.
„Wir haben alle unsere eigene Mikrobiom-Wolke, die wir mit uns herumschleppen und verteilen. [...] Insgesamt lassen unsere Ergebnisse annehmen, dass wir ständig Tausenden Chemikalien ausgesetzt sind, oft an bestimmten Orten“ 3.2.3/3 Rötzer
so der Studienleiter Michael Snyder. Langfristig wird die Exposom-Forschung Aussagen zur Umgebungsqualität in verschiedenen Lebensräumen, bzw. auch Innenräumen möglich machen.
| Viren im ExposomDie Münchner Epidemiologin Annette Peters wies darauf hin, dass die Untersuchung des Exposom auf Viren frühzeitig Hinweise auf Erkältungswellen liefern könnte. Diese Aussage bekommt in diesen Zeiten der COVID-19-Pandemie besonderes Gewicht. |
Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH – UFZ in Leipzig ist eines der weltweit führenden Forschungszentren im Bereich der Umweltforschung. Der Forschungsschwerpunkt IP Exposome (IP = Integriertes Projekt) betreibt interdisziplinäre Forschung zu molekularen Mechanismen der Toxizität. Der Schwerpunkt liegt derzeit zunächst auf der Erforschung der Wirkung von Chemikalien auf biologische Regelkreise in Organismen.
„Wenn wir verstehen, wie Umweltfaktoren einschließlich Schadstoffen das innere chemische Milieu von Organismen – das EXPOSOM – beeinflussen und wissen, welche Rolle diese Prozesse bei der Entstehung von aquatischer Toxizität und chronischen Erkrankungen spielen, können wir unerwünschte Wirkungen für Umwelt und Mensch besser vorhersagen und Präventionsstrategien ableiten.“ 3.2.3/4 UFZ
EU-geförderte Exposom Forschung
Während die Genom-Forschung schon seit Ende des Human-Genom-Projektes 2003 weltweit etabliert wurde, entstehen jetzt auch gleichrangige Exposom-Forschungszentren. 2020 wurde das European Human Exposome Network gestartet. Dies ist das weltweit größte Netzwerk von Projekten, die die Auswirkungen von Umweltexpositionen auf die menschliche Gesundheit untersuchen.
| Das europäische Netzwerk vereint 24 Nationen und neun Forschungsprojekte, die bis 2027 mit über 100 Millionen Euro aus Horizon 2020, dem Rahmenprogramm der EU für Forschung und Innovation, gefördert werden. |
Aus der Webseite:
„Die Ergebnisse der Projekte werden dazu beitragen, das Ziel des Europäischen Green Deals voranzutreiben, die Gesundheit und das Wohlbefinden der Bürger vor Umweltverschmutzung und Umweltverschlechterung zu schützen, indem sie neue Erkenntnisse für bessere Präventionsmaßnahmen liefern.“ [Ü.d.A.] 3.2.3/5 Humanexposome
EU-Rahmenprogramme für Forschung und Innovation
Neben dem European Human Exposome Network initierte die EU im Rahmen der Umwelt- und Gesundheitsforschung weitere Projekte. 3.2.3/6 EU Diese Vorhaben sollen den Europäischen Green Deal unterstützen.
Die Europäische Initiative zur Überwachung des menschlichen Biomonitorings. / The European Human Biomonitoring Initiative (HBM4EU) } Siehe Kapitel 3.2.6
EURION: Die europäischen Cluster zur Verbesserung der Identifizierung von endokrinen Disruptoren. /EURION: The European Cluster to Improve Identification of Endocrine Disruptors.
Städtische Gesundheit /Urban Health.
Exposition gegenüber Kunststoffen und Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit /Exposure to plastics and effects on human health.
3.2.4 Exposomforschung und Kausalität
Wir beginnen gerade erst durch Screenings zu analysieren, wie es um das lokale und globale Exposom bestellt ist. Wissenschaftler beschreiben die Qualität und Quantität der vorgefundenen Umweltfaktoren, z. B. werden Schadstoffmessungen an Straßen durchgeführt. Untersuchungen der Anwohner auf Asthma ergeben möglicherweise Korrelationen mit einem erhöhten Vorkommen von Asthmatikern an vielbefahrenen Straßen.
| Korrelationen sind hinweisend – aber nicht beweisend. In den meisten Fällen bleibt die Frage offen, ob es sich dabei um echte kausale Beziehungen oder um zufällige Zusammenhänge handelt, die durch andere Faktoren erklärbar sind.Zunehmend erfahren wir, dass Schulen schadstoffbelastet sind, dass wir Pestizide einatmen, weil sie kilometerweit verweht werden können, dass wir täglich Mikroplastik-Partikel aufnehmen – aber wir haben derzeit nur eine sehr unklare Vorstellung davon, was diese Faktoren in Mensch, Tier und Pflanzen ursächlich bewirken. |
Von der Korrelation zum Kausalzusammenhang
Ein Review eines schwedisch-finnländischen Autorenteams, der im Oktober 2020 veröffentlicht wurde, beschreibt die Verknüpfung zwischen chemischer Exposition, intermediären Veränderungen im Stoffwechsel und Auswirkungen auf das Immunsystem. Das Team stellt fest:
„Es gibt starke Hinweise darauf, dass chemische Expositionen deutliche Auswirkungen auf das Metabolom haben und mit spezifischen Krankheitsrisiken in Verbindung stehen.“ [Ü.d.A.] Als Metabolom wird die Gesamtheit aller Stoffwechselprodukte bezeichnet, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem Organismus nachzuweisen sind“.
| Dieser Review ist damit eine der ersten Übersichtsarbeiten, die anhand einer großen Anzahl von Studien nicht nur Korrelationen beschreibt, sondern auch kausale Beziehungen zwischen Expositionen und gesundheitlichen Beeinträchtigungen darstellt. |
„Diese Herausforderung wird wahrscheinlich mit zunehmender analytischer Abdeckung des chemischen Exposoms und Metaboloms und mit der Einbeziehung anderer Daten, wie z. B. des Darmmikrobioms, noch größer werden. Der Nachweis der Kausalität ist entscheidend, wenn man die Sicherheit bestimmter Chemikalien oder bestimmter Präventionsmaßnahmen in Betracht ziehen will.
Die Eliminierung unerwünschter Assoziationen […], die Identifizierung wichtiger toxischer Einflussfaktoren […] und die Weiterverfolgung mit gezielten Expositionsstudien in relevanten experimentellen Modellen sind wahrscheinlich die wichtigsten Forschungsstrategien, die geeignet sind, die Herausforderung der Datenzusammenführung und des Kausalitätsnachweises in der Exposomforschung zu bewältigen.
Angesichts der vitalen Forschung auf dem Gebiet der Exposome ist es wahrscheinlich, dass die Zukunft viele innovative Lösungen bringen wird, um die oben genannten