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FOODBALL

Auf der Suche nach validen Biomarkern für den Verzehr von Lebensmitteln

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Zur Untersuchung des Zusammenhangs von Ernährung und Gesundheit in epidemiologischen Studien ist es notwendig, den Lebensmittelverzehr möglichst exakt zu erfassen. Klassische Methoden der Ernährungserhebung basieren überwiegend auf Befragungen der Studienteilnehmer und weisen die damit verbundenen Ungenauigkeiten wie fehlerhaftes Schätzen von Portionsgrößen und unvollständige Angaben zu Lebensmitteln auf. 

Ziel der „Food Biomarker Alliance“ (FOODBALL) ist es, sog. Lebensmittelverzehrs(bio)marker, d. h. Lebensmittelinhaltsstoffe oder deren Stoffwechselprodukte in Blut und Urin zu identifizieren, die für den Verzehr eines bestimmten Lebensmittels charakteristisch sind. Diese Biomarker sollen zukünftig genutzt werden, um die Daten der klassischen Methoden der Ernährungserhebung z. B. in Kohortenstudien oder Querschnittstudien zu ergänzen und damit den Lebensmittelverzehr genauer abbilden zu können.

Bis heute sind nur wenige Biomarker für den Verzehr von Lebensmitteln bekannt und ausreichend validiert. Diese Wissenslücke will FOODBALL, ein Projekt im Rahmen der Joint Programming Initiative „A healthy diet for a healthy life“ (JPI HDHL) schließen. Das FOODBALL Konsortium besteht aus 22 Kooperationspartnern aus zehn europäischen Ländern sowie aus Kanada. Daher besteht Zugang zu Probenmaterialien und Daten aus großen Kohortenstudien. Zudem wird durch die verschiedenen Partner ein nahezu unbegrenzter Zugang für alle Beteiligten zu modernen Metabolomics-Plattformen ermöglicht und so die Messung von tausenden Metaboliten und damit potenziellen Markern. Damit sind in FOODBALL einzigartige Voraussetzungen gegeben, neue valide Biomarker für den Verzehr von Lebensmitteln zu identifizieren. In einem ersten Schritt wurde die Literatur zu bereits beschriebenen Lebensmittelverzehrs(bio)markern systematisch gesichtet und Übersichtsartikel zu verschiedenen Lebensmittelgruppen und potenziellen Biomarkern veröffentlicht.

Das Max Rubner-Institut hat sich hier an den folgenden Übersichtsartikeln beteiligt:

Online-Ressourcen, wie einschlägige Datenbanken, sind ein wichtiges Hilfsmittel, um Metaboliten zweifelsfrei zu identifizieren, was noch immer eine große Herausforderung darstellt. Im Rahmen des FOODBALL-Projekts wurde daher auch eine umfassende Datenbank für Lebensmittelinhaltsstoffe und deren Stoffwechselprodukte mit dem Namen Food Metabolome Database (FoodDB) entwickelt. Weiterhin entstand die Online-Börse Food Compound Exchange (FoodComEx), die den Austausch analytischer Standards von schwer erhältlichen Verbindungen zwischen Forschungseinrichtungen erleichtern soll.

Einen Schwerpunkt der experimentellen Arbeiten zur Identifizierung neuer Biomarker für den Verzehr von Lebensmitteln stellte die Durchführung von Kurzzeit-Interventionsstudien dar. Hier nahmen gesunde Männer und Frauen in streng kontrollierten Studien einmalig ein bestimmtes Lebensmittel (z. B. eine Portion Milch, Hühnerfleisch oder Tomaten) zu sich. In den folgenden 48 Stunden wurden Blut- und Urinproben der Probandinnen und Probanden gesammelt, die mittels ungerichteter Metabolomics-Methoden, insbesondere sogenannter „Metabolite-Profiling“-Methoden, untersucht wurden. Durch Vergleich der Metabolitenprofile in Blut und Urin der Probandinnen und Probanden vor und nach Verzehr des ausgewählten Lebensmittels wurden Metaboliten identifiziert, die für die Aufnahme charakteristisch sein könnten. Anhand von Proben oder Daten aus bereits durchgeführten (Kohorten-)Studien wurden die neuen potenziellen Lebensmittelverzehrs(bio)marker anschließend validiert und klassifiziert.

Am Max Rubner-Institut wurden die Lebensmittel Äpfel und zuckerhaltige Cola-Getränke untersucht. Die Proben werden mittels GC×GC-MS-, HS-SPME-GC-MS und NMR-Metabolite-Profiling-Methoden am MRI sowie mittels LC-MS/TOF bei italienischen Partnern (Fundazione Edmund Mach - FEM) analysiert. Die untenstehende Abbildung zeigt einige potenzielle Verzehrsmarker für Äpfel und Cola-Getränke. Diese sollen anschließend mithilfe der Daten der KarMeN-Studie, einer Querschnittsstudie mit 301 Probandinnen und Probanden, validiert werden. Das bedeutet, dass die Marker-Kandidaten in den Urin bzw. Blutproben der Teilnehmenden untersucht werden und geprüft wird, ob auch in einer sich frei ernährenden Population ein Zusammenhang zwischen dem Verzehr des untersuchten Lebensmittel und dem Marker-Kandidaten in Urin oder Blut besteht.

Außerdem beteiligte sich das Max Rubner-Institut an der Messung der Kurzzeit-Interventionsstudien der französischen Kollegen (Institut national de la recherche agronomique - INRAe), in deren Studie Bananen und Tomaten verzehrt wurden, an der Untersuchung des Zuckerprofils der Kurzzeit-Interventionsstudie der Münchner Kollegen (Technische Universität München - TUM), in deren Studie Toast, Reis sowie zwei Ballaststoffe (Inulin und ß-Glukan) untersucht wurden, sowie an der Charakterisierung des Metaboloms aller Lebensmittel, die in den verschiedensten Kurzzeit-Interventionsstudien eingesetzt wurden.

Wissenschaftliche Publikation(en)
Folgende Publikationen sind im Rahmen des FoodBAll Projektes bereits mit Partner gemeinsam veröffentlicht worden:

  • Ulaszewska, M. M., Weinert, C. H., Trimigno, A., Portmann, R. et al. Nutrimetabolomics: An Integrative Action for Metabolomic Analyses in Human Nutritional Studies. Mol. Nutr. Food Res. 63, 1800384 (2018). https://doi.org/10.1002/mnfr.201800384
  • Natalia Vázquez-Manjarrez, Christoph H Weinert, Maria M Ulaszewska, Carina I Mack et al. Discovery and Validation of Banana Intake Biomarkers Using Untargeted Metabolomics in Human Intervention and Cross-sectional Studies. J. Nutr., 149, 10 (2019). https://doi.org/10.1093/jn/nxz125
  • Garcia-Aloy, M., Ulaszewska, M., Franceschi, P., Estruel-Amades, S. et al., Discovery of Intake Biomarkers of Lentils, Chickpeas, and White Beans by Untargeted LC–MS Metabolomics in Serum and Urine. Mol. Nutr. Food Res. 64, 1901137 (2020). https://doi.org/10.1002/mnfr.201901137