Das "Omik"-Zeitalter: Genomik, Proteomik und jetzt Metabolomik und Epigenomik?

 

Die Entzifferung des Erbguts des Menschen war das bisher anspruchsvollste Projekt der Genomik, welche sich mit dem Genom - also dem Erbgut von Menschen, Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen beschäftigt. Aus der Genomik entstand als nächstes Forschungsgebiet folgerichtig die Proteomik, die sich vorgenommen hat, alle in einer Zelle oder einem Organismus befindlichen Eiweißstoffe (Proteine) aufzuklären. In Analogie zu den Begriffen Genomik und Proteomik bezeichnet Metabolomik die Erforschung des Metaboloms, d. h. die Erforschung der Gesamtheit der Metaboliten (Stoffwechselprodukte) eines Lebewesens.

Zielsetzung bei der Metabolomik ist es, aus einfach zu erhaltenden Körperproben wie Speichel, Urin oder Blut ein Profil über die Stoffwechselprodukte eines Menschen zu erstellen und hierüber Aussagen über dessen Gesundheitsstatus abzuleiten. Ein Vorteil der Metabolomik ist, dass es sich bei vielen Metaboliten um kleine Moleküle handelt, die relativ einfach zu bestimmen sind. Von Nachteil sind allerdings sowohl die starken Schwankungen bei ein und derselben Person (beispielsweise im Verlauf von Tag und Nacht) als auch zwischen verschiedenen Individuen. Zudem beeinflussen das Ernährungsverhalten und andere Lebensbedingungen das Profil der Metabolite. Zunächst muss man also eine umfangreiche Datenbasis generieren, um daraus später vielleicht Aussagen über den Gesundheitszustand oder über die Veranlagung (Prädisposition) für eine bestimmte Erkrankung ableiten zu können.

Ein erster Entwurf des menschlichen Metaboloms wurde im Januar 2007 von kanadischen Forschern der Universität Edmonton vorgestellt, die die Literatur für bekannte menschliche Metabolite analysiert und ca. 2.500 von ihnen in eine öffentlich zugängliche Datenbank eingegeben haben. Diese Datenbasis und weitere künftig zu erwartende Daten werden die Voraussetzung dafür schaffen, um aus dem Dschungel der Vielzahl menschlicher Metabolite aussagekräftige Profile zu identifizieren. Viele Forscher sind sich allerdings dahingehend einig, dass es unerlässlich sein wird, die Biologie einer Krankheit zunächst im Detail zu verstehen und dass hierfür eine Kombination von Genomik, Proteomik und Metabolomik erforderlich sein wird, um letztlich individuelle Krankheitsrisiken frühzeitig zu erkennen und entsprechend präventiv oder therapeutisch eingreifen zu können.

Und es gibt sogar noch weitere "Omiks". Im Bereich der Gene sind mittlerweile zur Genomik die Transkriptomik und die Epigenomik hinzugekommen. Unter der Transkriptomik versteht man die Untersuchungen der Gesamtheit aller von der Erbsubstanz DNA in den Botenstoff RNA überschriebenen Gene. Die RNA-Moleküle bilden dabei die Vorlage oder Matrize für die Produktion der Proteine. Allerdings wird nicht jede vorliegende RNA tatsächlich auch in ein Protein umgesetzt, so dass das Transkriptom einer Zelle nicht zwangsläufig identisch ist mit der Gesamtheit aller Proteine, dem Proteom.

Bei der Epigenomik wiederum handelt es sich um die Analyse der Modifikation der DNA-Moleküle. Meist werden hierbei Methylgruppen an bestimmte DNA-Bausteine angehängt. Epigenetische Marker sind also nicht Teil der DNA-Sequenz selbst, sondern sitzen sozusagen auf ihr. Man weiß heute, dass diese Art von Anhängseln eine entscheidende Rolle bei der Steuerung der Gene spielt. Fehlerhafte Methylierungen können beispielsweise das Ablesen der Erbinformation behindern, was unter Umständen auch zur Entstehung von Krebs führen kann. Epigenom-modifizierende Arzneimittelkandidaten - beispielsweise DNA-Methyltransferase-Inhibitoren oder Histondeacetylase-Inhibitoren - befinden sich gegenwärtig bereits in klinischen Prüfungen gegen Krebserkrankungen, beispielsweise zur Behandlung von bestimmten Leukämien.

Die komplexen "Omik"-Bereiche werden erheblich dazu beitragen, Entstehungsursachen und den Verlauf von Krankheiten umfassend zu verstehen und damit eine Basis für zukünftige präventive und therapeutische Ansätze schaffen. Ziel ist es, eine Krankheit möglichst schon vor dem Entstehen schwerwiegender und möglicherweise irreversibler Schäden zu erkennen, um präventiv oder möglichst frühzeitig therapeutisch eingreifen zu können.