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Forschung

Unser Forschungsprogramm steht unter dem Titel „Nutritional Gerontotoxicology“ und unterstützt damit den Forschungsschwerpunkt des Instituts für Ernährungswissenschaften auf dem Gebiet „Molekulare Mechanismen ernährungsabhängiger Homöostase und Dysfunktion“.

Nutrional Science, Toxicology, Aging
Foto: Creative Commons licenses

Nutritional Gerontotoxicology

Unsere Forschung bewegt sich an der Schnittstelle zwischen Toxikologie, Ernährungswissenschaft und Gerontologie. 

  • Die Toxikologie untersucht die gesundheitsschädlichen Auswirkungen von chemischen & biologischen Stoffen sowie Strahlung auf Lebewesen, insbesondere den Menschen. Einer der Hauptexpositionswege toxischer Stoffe stellt die Nahrungsaufnahme dar.
  • Die Ernährungswissenschaft wiederum beschäftigt sich mit der Zusammensetzung der Ernährung und ihrer Wirkung auf den menschlichen Körper. Dies führt zu einer engen Verknüpfung toxikologischer und ernährungswissenschaftlicher Themen.
  • Die Gerontologie als Wissenschaft des Alterns zielt darauf ab, biologische Alterungsprozesse auf molekularer Ebene zu verstehen und Interventionsmöglichkeiten sowie präventive Maßnahmen für ein möglichst langes und vor allem gesundes Leben zu identifizieren.

Wissenschaftliche Fragestellungen

Während etwa ein Drittel der Variabilität der menschlichen Lebensspanne auf genetische Faktoren zurückzuführen ist, stellen Umweltfaktoren eine weitere wichtige Determinante der menschlichen Lebens- und Gesundheitsspanne dar. Dass Umweltfaktoren den menschlichen Alterungsprozess beträchtlich beeinflussen können, wird auf eindrucksvolle Weise durch beschleunigte Hautalterung in Folge intensiver UV-Strahlenexposition (Stichwort „Photo-Aging“) sowie bei starken Rauchern deutlich. Erste Ergebnisse belegen weiterhin einen Einfluss von Nahrungsmittelinhaltsstoffen auf den Alterungsprozess und die Entstehung altersabhängiger Erkrankungen (z.B. durch Arsen, Alkohol und DNA-schädigende Stoffe). Hier besteht weiterhin großer Bedarf an umfassenderen Forschungsaktivitäten. Insbesondere ist es wichtig die zugrundeliegenden molekularen und zellbiologischen Mechanismen besser aufzuklären und das Zusammenwirken verschiedener Nahrungsmittelinhaltsstoffe in biologischen Systemen besser zu verstehen. Das Ziel unserer Forschungsaktivitäten ist es, dazu beizutragen diese Mechanismen besser zu verstehen, um eine Basis für die Entwicklung von krankheitspräventiven und langlebigkeitsfördernden Nahrungsmitteln und Ernährungskonzepten zu schaffen. Zudem sollen die erhaltenen Ergebnisse zur Risikobewertung von Nahrungsmittelinhaltsstoffen beitragen, um die Ausarbeitung regulatorischer Bestimmungen zu unterstützen.

Die folgenden Fragestellungen stehen im Fokus unseres Interesses:

  • Welchen Einfluss haben Ernährung und potenziell toxische Nahrungsmittelinhaltsstoffe auf Mechanismen der Alterung und die Entstehung altersabhängiger Erkrankungen? 
  • Reagieren biologische Modellsysteme und Organismen unterschiedlichen Alters in einer altersabhängigen Art und Weise auf ernährungsrelevante toxische Noxen? 
  • Was sind die dafür zugrundeliegenden molekularen, zellbiologischen und organismischen Wirkmechanismen? 
  • Wie unterscheidet sich die Wirkung von Stoffgemischen (welchen der Mensch unter realen Bedingungen ausgesetzt ist) zur Wirkung von Einzelstoffen (welche bisher unter Laborbedingungen hauptsächlich getestet wurden). 
  • Lassen sich präventive Maßnahmen (z.B. Anpassungen regulatorischer Bestimmungen), pharmakologische Interventionen (z.B. Einsatz von Nahrungsergänzungsmitteln) und Ernährungsempfehlungen ableiten, um ein möglichst langes und gesundes Leben zu ermöglichen und die Entwicklung altersabhängiger Erkrankungen zu vermeiden? 

Spezialgebiete

  • DNA-schädigende Agenzien und Gentoxikologie
  • Genomische Stabilität und DNA Reparatur
  • PARPs und Poly(ADP-Ribosyl)ierung
  • NAD+ Metabolismus und "NAD+ Booster"
  • Exposom und Mischungstoxizitäten

Modellsysteme und Methodik

Um diese Forschungsfragen zu bearbeiten, verwenden wir dem 3R-Konzept folgend ausschließlich im Sinne des Tierschutzgesetzes tierversuchsfreie biologische Modellsysteme und Modellorganismen. Dies beinhaltet innovative humane Zellkulturmodelle sowie den Fadenwurm C. elegans, der ein etabliertes Modellsystem in der Toxikologie, Ernährungs- und Alternsforschung darstellt. Diese Modellsysteme bieten den Vorteil der relativ leichten Zugänglichkeit für genetische Manipulationen (z.B. via CRISPR-Cas9, RNA Interferenz) und pharmakologisch-toxikologische Untersuchungen, um mechanistische Studien auf molekularer Ebene durchführen zu können. Zudem sind diese Modellsysteme sehr gut zur mikroskopischen und fluoreszenzbasierten Hochdurchsatzanalyse geeignete, um toxikologisch und gerontologisch relevante biochemischen und zellbiologische Endpunkte und Biomarker zu bestimmen. Weiterhin ist für unsere Forschung die Bestimmung bioanalytischer Parameter wesentlich, welche hauptsächlich auf sensitiven massenspektrometrischen Methoden basiert.

Kooperationen

Um unsere Forschung voranzutreiben, arbeiten wir mit universitären und außeruniversitären Partner auf lokaler, nationaler und internationaler Ebene zusammen und sind generell offen für neue interessante wissenschaftliche Kooperationen.