Nutrimetabolomics entdeckt herzgesunde Verbindungen in mediterranen Grundnahrungsmitteln

In einer aktuellen Studie veröffentlicht in Das Journal of Nutrition, Forscher in den Vereinigten Staaten nutzten Nutrimetabolomics-Ansätze der nächsten Generation, um den Nährstoffgehalt von Lachs zu charakterisieren, der im Rahmen der mediterranen Ernährung (MED) verzehrt wird. Erkenntnisse aus der Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LCMS) ergaben, dass Lachs 508 lebensmittelspezifische Verbindungen (FSCs) beherbergt, von denen 237 einzigartig sind. Beim Verzehr als Teil von MED liefert Lachs mindestens 148 FSCs und 30 Metaboliten, von denen 4 mit signifikanten Verbesserungen des kardiometabolischen Gesundheitsindikators (CHI) verbunden waren. Zusammenfassend unterstreichen diese Ergebnisse die Bedeutung der Ernährung, insbesondere des Lachses, als unerschlossene Quelle für Metaboliten und andere nützliche Moleküle.

Studie: Lebensmittelspezifische Verbindungen für Lachs und ihre Metaboliten nehmen im menschlichen Plasma zu und werden mit kardiometabolischen Gesundheitsindikatoren nach einer mediterranen Ernährungsintervention in Verbindung gebracht. Bildquelle: Elena Eryomenko / Shutterstock

Die Mittelmeerdiät (MED) und ihre Rolle für die Gesundheit

Chronische, nicht übertragbare Krankheiten treten häufiger auf als je zuvor, was auf die jüngsten weltweiten, schlechten Lebensstil- und Ernährungsumstellungen zurückzuführen ist. Zahlreiche Fachliteratur prognostiziert, dass sich die Situation in den kommenden Jahren weiter verschlechtern wird, wobei die Auswirkungen von Umweltverschmutzung, Stress und Ernährung den ohnehin schon schlimmen Zustand noch verschlimmern werden. Glücklicherweise hat die Forschung auch bestätigt, dass die Antwort auf unsere Probleme näher liegt als wir denken und möglicherweise einfacher ist als wir dachten.

Ernährung (Ernährung), Schlaf und körperliche Aktivität gelten als die wichtigsten Verhaltensrisikofaktoren für die meisten chronischen Erkrankungen, darunter Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD), neurologische Belastungen, psychische Probleme und Krebs. Während Studien zur Charakterisierung einzelner Risikofaktoren und zur Optimierung der Ergebnisse dieser „Gesundheitsverhaltensweisen“ laufen, steht die tiefgreifende Rolle dieser Verhaltensweisen bei der Prävention und Behandlung von Störungen der öffentlichen Gesundheit außer Frage, und einige Verhaltensweisen (wie regelmäßige Schlafmuster) sind bekannt nützlich sein, während andere (z. B. Rauchgewohnheiten) dies nicht tun.

Ernährungsgewohnheiten sind in den meisten Industrieländern direkt mit der anhaltenden Adipositas- und Übergewichtspandemie verbunden. Historisch gesehen hat die Ernährungsforschung versucht, den biochemischen Wert einzelner Lebensmittel und die Ergebnisse ihres Verzehrs isoliert zu ermitteln. Neuere Arbeiten untersuchen jedoch Ernährungsmuster, Zusammenstellungen einzigartiger Lebensmittel, die im Allgemeinen zusammen verzehrt werden, und die synergistischen Auswirkungen jeder dieser einzelnen Komponenten auf die allgemeine Gesundheit.

Einige Diäten, wie die westliche Diät, die reich an Fett und Natrium ist und gleichzeitig wenig Obst und Gemüse enthält, haben sich als krankheitsrisikosteigernd erwiesen, während andere, wie die Mittelmeerdiät (MED), nachweislich krankheitserregend sind -vorbeugend aufgrund ihres geringen Anteils an verarbeiteten Lebensmitteln und der Abhängigkeit von frischem Obst und Gemüse. Während sich gezeigt hat, dass MED die kardiometabolischen Gesundheitsindikatoren (CHIs) verbessert, bleiben die individuellen Beiträge seiner gemeinsamen Komponenten ein Rätsel.

„Lebensmittel wie Lachs bestehen aus Tausenden von nahrhaften und nicht nahrhaften Verbindungen, die zusammen die Gesamtheit der ernährungsbedingten Belastungen darstellen. Diese Verbindungen können als objektive Biomarker der Nahrungsaufnahme dienen und/oder physiologische Wirkungen haben. Daher ist eine umfassende Bewertung der chemischen Zusammensetzung von Lebensmitteln ein entscheidender erster Schritt zur Verbesserung der Beurteilung der Nahrungsaufnahme und zur Aufklärung der mechanistischen Grundlagen, wie sich die Nahrungsaufnahme auf die Gesundheit auswirkt.“

Über die Studie

In der vorliegenden Studie charakterisierten die Forscher gleichzeitig die im Lachs enthaltenen Schlüsselnährstoffe und Stoffwechselstoffe und führten einen randomisierten, kontrollierten Crossover-Fütterungsversuch durch, um die Auswirkungen dieser Moleküle auf fettleibige und übergewichtige Patienten mit einem Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu untersuchen. Ziel der Studie war es, einen lebensmittelzentrierten Ansatz zu verwenden, um möglicherweise neuartige Biomarker für die Nahrungsaufnahme zu identifizieren. Wenn diese Moleküle gefunden würden, würden sie explorativ auf Assoziationen mit CHIs getestet.

Die Studienstichprobe umfasste fettleibige und übergewichtige amerikanische Personen (BMI 25–37 kg/m²).²) im Alter zwischen 30 und 69 Jahren, rekrutiert aus dem Großraum Lafayette, Indiana. Zu den Einschlusskriterien gehörten eine Krankengeschichte ohne chronische Stoffwechselerkrankungen und aktuelle Ernährungsgewohnheiten (insbesondere ein aktueller Mangel an MED). Die Datenerfassung zu Studienbeginn erfolgte nach dem Auswaschen der Nahrung und umfasste Nüchternblutproben sowie demografische und medizinische Vorgeschichte. Die Interventionen umfassten zwei Portionen Lachs (~4–8 Unzen) pro Woche (Fälle) und eine entsprechende Portion verschiedener unverarbeiteter magerer Fleischprodukte (Kontrollen).

Parallel dazu wurde Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LCMS) verwendet, um das metabolische Profil von Lachs und 100 anderen häufig in MEDs enthaltenen Nahrungsmitteln zu identifizieren. Die resultierenden Spektrometriedaten wurden mittels Annotation molekularer Merkmale verarbeitet in Kieselsäure Im Hinblick auf den Stoffwechsel wurden Vorhersagen mithilfe des Machine-Learning-Frameworks (ML) namens BioTransmormer erstellt. Durch das ML-Modell identifizierte mutmaßliche Biomarker wurden überprüft, und diejenigen, die die Häufigkeitsschwellenwerte erreichten, wurden mit Profinder aus Plasmaproben extrahiert.

Identifizierte Biomoleküle wurden dann Assoziationsanalysen unterzogen, bei denen die Veränderung der Plasmaspiegel von Lachs-FSCs vom Beginn bis zum Ende der Studie aus Patientenplasmaproben unter Verwendung linearer Mixed-Effect-Modelle (LMM) berechnet wurde. Wenn die beobachteten Veränderungen signifikant waren, wurden die verantwortlichen Moleküle einer wiederholten Tandem-Massenspektrometrie (MMS/MS) unterzogen.

Studienergebnisse

Analysen zur Lachscharakterisierung ergaben, dass der Fisch 508 FSCs enthält. Vergleiche mit 99 anderen MED-Lebensmitteln ergaben, dass 237 der Metaboliten von Lachs einzigartig waren. Bei Blutplasmaanalysen wurden 106 Lachsmetaboliten und 143 FSCs nachgewiesen, die alle isoliert und als Interventionsvariablen in die klinische Studie einbezogen wurden.

Klinische Studienergebnisse zeigten, dass die Plasmakonzentrationen von 48 Lachs-FSCs und 30 Metaboliten (28 %) im Verlauf der Studie (fünf Wochen) signifikant anstiegen. Es wurde festgestellt, dass die meisten der identifizierten Moleküle auf Lipiden basieren.

„Frühere Arbeiten deuten darauf hin, dass die Lipide, insbesondere Omega-3-PUFAs, nach kontrollierter Fütterung von Lachs sowie bei gewohnheitsmäßigem Verzehr von Fisch erhöht sind. Höhere Konzentrationen von Serum-PUFAs wurden in ähnlicher Weise mit allgemein gesunden Ernährungsgewohnheiten in Verbindung gebracht, die Meeresfrüchte enthalten, einschließlich der MED-Diät, der Nordic-Diät, der DASH-Diät, und mit der Einhaltung der Ernährungsrichtlinien der Vereinigten Staaten, wie durch den Healthy Eating Index bewertet.“

Assoziationsanalysen dieser Biomoleküle ergaben, dass zwei FSCs und zwei Metaboliten mit verbesserten CHI-Werten verbunden waren, was ihre kardiovaskulären Vorteile unterstreicht. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Studie die Machbarkeit der Verwendung von ML-Modellen zur Vorhersage des klinischen Metabolismus von FSCs und zur Verwendung dieser Informationen zur Bestimmung des Vorhandenseins und der Häufigkeit dieser vorhergesagten Metaboliten in Bioproben. Ihr Einsatz der Fallkontrollmethodik unterstreicht die Vorteile von Lachs innerhalb von MED und ebnet den Weg für zukünftige Forschung zu anderen potenziell nützlichen Nahrungsmitteln.

„…unsere Ergebnisse unterstreichen die Machbarkeit dieses umfassenden, auf Nutrimetabolomik basierenden Ansatzes zur Identifizierung und Prüfung von Lebensmittelbiomarkern und weisen auf ein großes Potenzial hin.“ Folgeanalysen zusätzlicher Lebensmittel und zukünftige Interventionsarbeiten zur Bewertung der Qualität dieser möglichen Biomarker für die Aufnahme von Lachs sind gerechtfertigt. Zusätzliche Arbeiten sind erforderlich, um die Aufnahme- und Abbaukinetik zu bewerten und die Dosisreaktion durch akute Fütterungsversuche mit zeitgesteuerten Probenahmeprotokollen in unabhängigen Kohorten zu definieren.“