Beispiel Milch: Wie Nahrungsmittel Information transportieren

Viele Menschen befassen sich mit Ernährung, weil sie mit ihrer Figur unzufrieden sind. Das ist nicht verkehrt, ganz im Gegenteil. Für einfaches Verständnis reicht es oft, die Spitze des Eisbergs zu erkennen und damit zu lernen.

Für das klassische Verständnis wären das dann Fragen wie:

  • Was sind Kohlenhydrate?
  • Was sind Fette?
  • Was machen Proteine in meinem Körper?
  • Was ist Insulin?

Übrigens: Das sind Fragen, die wir im Grundlagenbereich auch noch mal beantworten.

Denn hier, also im Blog und oft auch in unseren Büchern, schreiben wir nicht über die Spitze des Eisbergs — viel mehr schreiben wir über das, was unter Wasser ist. Wir wollen also nicht der Uhr beim Ticken zusehen, sondern das Uhrwerk studieren.

Milch als Informationsträger

So ist das auch bei der Milch. Wir alle wissen, dass Milch „viele Vitamine, Calcium und Eiweiß“ enthält. Der erste Schritt für ein vertieftes Verständnis, wäre zu erkennen, warum es Milch überhaupt gibt. Genau genommen muss die Milch einer jeweiligen Spezies sicherstellen, dass der Nachwuchs ordentlich heranreift.

Auch hier würden viele Menschen eher an Fette und Proteine denken, die das Kalb mit Energie versorgen. Die Wahrheit ist aber, dass gerade in der postnatalen Periode der komplette Organismus programmiert werden muss. Das tut er zum Teil selbst, zum anderen Teil aber durch die Informationen, die er von der Umwelt erhält. Milch ist hier Teil eines wichtigen Informationssystems, denn dank der Milch bzw. ihren Inhaltsstoffen kann das Kalb ordentlich für das restliche Leben „programmiert“ werden.

Doch wie funktioniert dieses „Programmieren“?

Vom Gen zum Protein

Unsere Gene stellen im Wesentlichen einen Bauplan für Proteine dar. Dieser Bauplan liegt im Zellkern. Dort ist und verbleibt er. Deshalb wird der Bauplan zunächst abgeschrieben. Natürlich nicht der komplette Bauplan, sondern lediglich der Plan für ein jeweiliges Protein. Den abgeschrieben Bauplan nennt man in diesem Fall „mRNA“ („messenger RNA“). Chemisch betrachtet handelt es sich also nicht mehr um Desoxyribonukleinsäure (DNA), sondern um Ribonukleinsäure (RNA).

Die mRNA (= der abgeschriebene Bauplan für ein Protein) wird dann genutzt, um ein Protein herzustellen. Wir erinnern uns kurz: Alles in der Zelle arbeitet mit Proteinen.

Epigenetik und die Genexpression

Mittlerweile ist bekannt, dass sich Genaktivitäten mehr oder weniger steuern lassen. Das ist das Fundament vieler Lehren verschiedener Ernährungsgurus und -Experten.

„Bewege dich mehr und Gene werden unterschiedlich reguliert.“

Damit meint man in erster Linie, dass Gene stärker oder weniger stark aktiv werden und entsprechend mehr oder weniger eines bestimmten Proteins entsteht. So gesehen also könnte man gewisse „Gesundmach-Gene“ aktiver machen, während andere „Krankmach-Gene“ eher weniger aktiv gemacht werden sollen.

Die Epigenetik befasst sich genau damit: Wie werden Gene reguliert?

Oft liest man in diesem Zusammenhang nur von Vor-Ort-Wechselwirkungen. Also: Direkt an der Erbinformation, DNA, passiert irgendwas. Hier fallen dann oft Begriffe wie „Methylierung“ von DNA-Abschnitten oder „Acetylierung“ von Histonen, die die Verpackung der DNA regulieren.

Regulation durch miRNA

Die DNA kodiert nicht nur für den Bauplan in Form von mRNA (siehe oben). Die DNA kodiert auch für andere RNA-Spezies. So sind gewisse RNA-Moleküle für den Aminosäuren-Transport verantwortlich. Wiederum andere RNA-Moleküle bilden das Protein-bildende Ribosom. Brandaktuell: Die DNA kodiert für sogenannte micro RNAs (miRNA). 

miRNA können sich an mRNA (= abgeschriebene Bauplan für Proteine) heften und so z. B. dafür sorgen, dass der frühzeitig abgebaut wird. Die Folge ist, dass kein oder sehr viel weniger Protein entsteht.

Hier haben wir also eine Gen-Regulation, die nicht vor Ort direkt an der DNA stattfindet. Sondern erst, nachdem die DNA schon abgeschrieben wurde („post-transkriptional“).

Milch als miRNA-Lieferant

Spannend ist, dass Milch, auch die Human-Milch, sehr viele RNA-Spezies enthält, darunter auch die genannten miRNAs. Wenn wir den Bogen zum eingangs Gesagten schlagen, dann wird klar: Milch transportiert so Informationen, indem Stoffe aus der Milch beim Nachwuchs die Genregulation beeinflussen. 

Tatsächlich wurde nachgewiesen, dass diese miRNAs besonders geschützt sind und die Verdauung überleben. Sie gelangen in den Blutstrom und von dort in verschiedene Geweben und somit Zellen. Dort können sie zusammen mit denen vom Tier selbst gebildeten miRNAs die Genregulation beeinflussen.

Das muss man sich noch einmal kurz überlegen: Hier gelangt fremdes Erbgut in Form von (mi-)RNA-Molekülen in einen anderen Organismus und kann dort selbst wirken!

(Im Übrigen ist das nichts weiter als „GMO“, ein „genetically modified organism“ — denn genau das wird z. B. mit Pflanzen gemacht.)

Welche Auswirkungen hat das?

Mit der Milch werden unzählig viele RNA- und miRNA-Moleküle transportiert. Theoretisch könnten die in der Milch vorhandenen miRNA-Moleküle 11.000 Gene (!!!) regulieren. Zum Vergleich: Das aktive Vitamin D, also Calcitriol, reguliert ca. 1000 Gene.

Die über 200 miRNA-Moleküle, die in der Milch identifiziert werden konnten, würden dabei nicht nur die Entwicklung vom Fettgewebe, sondern auch den Stoffwechsel der Leber, den Glukose- und Insulin-Haushalt und die Tumor-Abwehr regulieren. Natürlich sind das nur einige Beispiele, denn wie bereits angesprochen, könnten die miRNAs so vielfältig mit dem Organismus interagieren, dass die Folgen schwer bis kaum abzusehen sind.

Auch und gerade in der (Embryonal-)Entwicklung spielen miRNAs entscheidende Rollen. Aus Wikipedia lässt sich dazu entnehmen:

So belegen aktuelle Studien die kritische Funktion von miRNAs bei frühen Entwicklungsprozessen von Tieren, zum Beispiel Neurogenese,[21]Myogenese (Muskelbildung),[22] Kardiogenese (Herzbildung,[23]) und Hämatopoese (Blutbildung).[24] Obwohl wahrscheinlich unabhängig entstanden, spielen miRNAs auch bei Pflanzen eine wichtige Rolle.[25]

Hyperstimulation des mTOR-Signallings

Wer uns kennt, weiß um die Bedeutung von mTOR. mTOR ist ein zellulärer Masterregulator, der den Energiestatus der Zelle wahrnimmt. mTOR spielt eine wesentliche Rolle bei Wachstum und Vermehrung (Proliferation) von Zellen. Einfach ausgedrückt: Den Akt/mTOR-Signalweg kann man auch als anabolen Signalweg bezeichnen, denn er steuert die Protein-Synthese der Zellen. Die Aktivität des mTOR-Signalwegs wiederum wird z. B. durch Insulin, Aminosäuren oder Glukose positiv reguliert.

mTOR ist enorm wichtig. Denken wir dabei bitte an Stammzell-Mobilisierung, an Heilung von Geweben oder — ganz banal — den Aufbau von Muskulatur.

Wie überall in der Biologie müssen allerdings Gleichgewichte herrschen. So steht eine Hyperaktivierung des mTOR-Signalwegs in enger Verbindung zu metabolischen Dysfunktionen wie Insulinresistenz, Fettleber und Co., aber auch zur Tumorentwicklung und -Progression.

Die Milch transportiert hier beispielsweise eine miRNA-Spezies (miRNA-21), die in verschiedenen Modellen hochreguliert ist in Krebs, aber auch bei Herzinsuffizienz.

Diese miRNA-21 (und in unserem Beispiel auch miRNA-29b) kann dabei auf vielfältige Art und Weise eine Hyperaktivierung des mTOR-Signalwegs begünstigen:

  • miRNA-29b bremst den BCAA-Abbau. BCAA wiederum aktivieren den mTOR-Weg.
  • miRNA-21 bremst Phosphatase-Aktivitäten in Zellen. Sie unterdrückt dabei speziell PTEN, das den mTOR-Signalweg ausbremst. PTEN fungiert daher als Tumorsuppressor.
  • Sie erhöht das freie IGF (IGF aktiviert mTOR).
  • miRNA-21 hemmt die mTOR-Gegenspieler, „Langlebigkeits-Gene“ FoxOs.
  • Sie kann die Protein-Synthese direkt aktivieren via Hemmung von PDCD4.

miRNA-Gehälter in Milch- und Milchprodukten

Die höchsten Werte an miRNA erreicht Rohmilch. Durch Verarbeitung (Homogenisieren etc.) kann sich der Gehalt etwa halbieren. Der Fett-Gehalt der Milch spielt eine untergeordnete Rolle und alle Milchprodukte enthalten miRNA. Lediglich fermentierte Milchprodukte wie Joghurt scheinen reduziertere Werte aufzuweisen.

Die Real-Life-Relevanz

Bezeichnend finde ich, dass eine gewisse Ignoranz gegeben ist, wenn über Nachteile bestimmter „Lieblingsnahrungsmittel“ berichtet wird. Der Aufschrei ist daher immer groß, wenn man Negatives zum Thema Kaffee o. Ä. schreibt. Hier dürfen dann häufig kleine RCTs oder Meta-Analysen als Totschlagargument herhalten.

Meines Erachtens ist es keine Frage der Gültigkeit oder Nicht-Gültigkeit. Viel mehr braucht es eine differenzierte Analyse. Während solche — potenziell stark wachstumsfördernde — Substanzen für Sportler sicher einiges leisten könnten, bleibt fraglich, ob sie im sitzenden Menschen nicht größeren Schaden anrichten können.

Interessant ist, dass Milch schon aufgrund anderer enthaltenen Substanzen und Wirkungen quasi ein natürliches „Anabolikum“ darstellt.

  • Milch bzw. abgeleitete Produkte enthalten viele BCAA (mTOR-Aktivierung).
  • ß-Casomorphine stimulieren zusätzlich die Insulin-Ausschüttung.
  • Gleichzeitig wird der Inkretin-Effekt deutlich stimuliert.

Um nur einige Effekte zu nennen. Dies resultiert in einer Insulin-Sekretion, die deutlich über dem liegt, was man aufgrund des Kohlenhydrat-Gehalts erwarten würde. Insulin wiederum aktiviert den mTOR-Weg.

All das sollte man auch so annehmen. Es bleibt letztlich nur die Frage, wie groß der Impact tatsächlich ist. Können Milch-Produkte dadurch schaden?

Klar: Es sollte auf keinen Fall vergessen werden, dass Milch sicher auch miRNA liefert, die potenziell gesundheitsförderlich wirken können. Aber auch hier muss noch mehr geforscht werden.

Referenzen

Melnik, Bodo (2015): „Milk—A Nutrient System of Mammalian Evolution Promoting mTORC1-Dependent Translation“. In: International Journal of Molecular Sciences. 16 (8), S. 17048-17087, DOI: 10.3390/ijms160817048.

Melnik, Bodo (2015): „The Pathogenic Role of Persistent Milk Signaling in mTORC1- and Milk- MicroRNA-Driven Type 2 Diabetes Mellitus“. In: Current Diabetes Reviews. 11 (1), S. 46-62, DOI: 10.2174/1573399811666150114100653.

Melnik, Bodo C; John, Swen Malte; Schmitz, Gerd (2013): „Milk is not just food but most likely a genetic transfection system activating mTORC1 signaling for postnatal growth“. In: Nutrition Journal. 12 (1), DOI: 10.1186/1475-2891-12-103.

 

 

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13 Kommentare, sei der nächste!

  1. Sehr interessant und bestimmt nicht unkompliziert. Wenn ich zB. den Kern einer Frucht als das Kalb nehme, dann nach dieser Analogie müsste das Fruchtfleisch die Milch sein. (ich würde denken als die reife Frucht auf den Boden fällt, das Fruchtfleisch versorgt den Kern mit Erbinformationen fürs Wachstum). Ist also das „Programm“ eines Lebensmittels für den Mensch verschieden zu bewerten? Bringt vllt. das die Zukunft, dass Lebensmittel nicht nach Makronährstoffen differenziert werden, sondern wie die uns programmieren?

    1. Hi, interessante Gedanken, aber vielleicht ein bisschen weit gegriffen. Das „Informationsübertragungssystem“ muss ja für die jeweilige Spezies gemacht sein. In unserem Fall ist das die Milch von Säugetieren. Da diese Tiere näher mit uns verwandt sind als Pflanzen, ist es wahrscheinlicher, dass die Milch auch bei uns als Übertragungssystem funktionieren kann. Es geht dabei ja nicht nur um das Übertragungssystem an sich, sondern auch darum, wie „passend“ die Informationen (hier miRNA) übertragen werden kann. Beispiel: Normal werden RNA-Moleküle schnell in zerlegt via RNAsen oder via Säure etc. im Magen. Die Milch aber kann das umgehen, eben weil das Übertragungssystem zugeschnitten ist auf Säugetiere bzw. uns. Bei Pflanzen sieht das System vermutlich ganz anders aus, so, dass nicht jedes Nahrungsmittel so gesehen werden kann wie hier die Milch.

      Aber im Grunde gebe ich dir recht. Lebensmittel sind mehr als Makronährstoffe.

      PS: Was nicht bedeutet, dass es nicht sein kann. Ganz im Gegenteil. 🙂

    2. Das Fruchtfleisch ist nicht in jedem Fall „Nahrung“ für den Kern. Bei vielen Früchten ist es „Lockstoff“ für Tiere, die die Frucht verspeisen und den Kern dann an einem anderen Ort wieder ausscheiden und so zu einer größeren Verbreitung der Pflanze beitragen.

  2. Das miRNAs den Verdauungsprozess überstehen sollen lese ich hier zum ersten Mal. Habt ihr dafür eine Quellenangabe?
    miRNAs wurden ja lange Zeit als mögliches neues Wundermittel gegen etliche Krankheiten gehandelt…
    Davon hört man heute gar nichts mehr. miRNAs sind Genregulatoren die in trans fungieren alles korrekt. Aber nur im Oranismus, extern zugeführt werden die von RNAsen ruck zuck weggefrühstückt, vor allem oral. „Information“ adé

    1. Lies doch mal die Quellenangaben.

      miRNA-Modulation ist immer noch ein sehr vielversprechendes Ziel für Therapien. Aber natürlich nicht via Exogen-Zufuhr.

      Glaubst du im Ernst ich würde hier einen Artikel über miRNA-Wirkung im Organismus schreiben, wenn es nicht mindestens einige gute Hinweise darauf gibt, dass es funktioniert?

      Aber grundsätzlich teile ich deine Skepsis. Eindeutig bewiesen ist noch nix.

      1. Da hatte ich wohl Tomaten auf den Augen, hatte die Quellen vorhin nicht gesehen. Kannst du evtl. die Relevanten dazu nennen? 1,2 oder 3? Ein Direktverweis wie hier:

        So belegen aktuelle Studien die kritische Funktion von miRNAs bei frühen Entwicklungsprozessen von Tieren, zum Beispiel Neurogenese,[21]Myogenese (Muskelbildung),[22] Kardiogenese (Herzbildung,[23]) und Hämatopoese (Blutbildung).[24] Obwohl wahrscheinlich unabhängig entstanden, spielen miRNAs auch bei Pflanzen eine wichtige Rolle.[25]

        fehlt nämlich.
        Danke

        1. Willst du mich veräppeln?

          Wenn in drei Studien ca. das Gleiche steht, jeweils mit etwas anderem Schwerpunkt, dann mache ich wegen dieser Arbeiten ganz sicher keine Direktverweise. Wenn dich das Thema interessant, dann kannst du dich dort einlesen.

          1. Nein ganz und gar nicht. Das in allen Arbeiten in etwa das selbe steht kann man nicht wissen wenn man es nicht gelesen hat. Mich wundert nur das du ja durchaus Direktlinks setzt, aber zu den wirklich interesannten Dingen nicht, nichtmal ein Verweis. Es würde dem Leser die Recherche wesentlich vereinfachen.

          2. 1. Klar kann man es nicht wissen. Aber man kann sich auf die Arbeit, die wir machen, verlassen. Heißt: Wäre es wichtig, hätte ich es so gemacht.
            2. Direktverweise habe *ich* nicht gesetzt, die kommen aus Wikipedia, da es ein Zitat war.
            3. Höchstens (!!!) 1 % unserer Leser interessieren sich für Quellenangaben, das sind dann meistens die „Spezialisten“. Und dafür ist es mir zu viel Arbeit, alles bis ins kleinste Detail wie in einer wissenschaftl. Arbeit zu auszuarbeiten. Im Gegenteil: Ich glaube, viele Leser können froh sein, dass wir hier überhaupt mit Quellen arbeiten.

            Aber wie gesagt, deinen ursprünglichen Einwand verstehe ich!

  3. Das ist echt interessant. Also würdest du für Sportler eher Milch empfehlen als für nicht-Sportler? Bzw. ist jetzt überhaupt Milch empfehlenswert oder nicht? Habe da noch einen anderen Artikel in Erinnerung, dass Milch wie Opiate wirken.

  4. Die Studie von Stoffel et al. belegt, dass miRNA aus der Milch abgebaut wird und als Bausteine dient, aber nicht ausreicht, um iwelche Gene zu aktivieren

    Title AC, Denzler R, Stoffel M: Uptake and function studies of maternal milk-derived microRNAs. Journal of Biological Chemistry, 3. August 2015, doi: 10.1074/jbc.M115.676734

  5. Hallo, sehr interessanter Artikel. Ich verwende seit langem Rohmilch und viel Milchprodukte als Eiweißquelle.
    Wenn ich darauf verzichten möchte, was gibt es für gute Alternativen auch als Sattmacher? Schon mal vielen Dank für die super Informationen 👍

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