In den letzten zwei Jahrzehnten haben sich die Gesundheitswissenschaften durch die Genomik verändert, die Einblicke in genetische Risikofaktoren für menschliche Krankheiten geliefert hat. Die Genomik-Revolution ist zwar mächtig, hat aber auch die Grenzen der genetischen Determinanten aufgezeigt, die nur einen Bruchteil des gesamten Krankheitsrisikos ausmachen. Ein neuer Artikel in der Zeitschrift Science argumentiert, dass ein ähnlich großer Aufwand erforderlich ist, um ein vollständigeres Bild des Krankheitsrisikos zu gewährleisten, indem das Exposom berücksichtigt wird, definiert als unsere kumulative Exposition gegenüber Umwelteinflüssen wie chemischen Schadstoffen.
Der Artikel von Forschern der Columbia University Mailman School of Public He alth; Universität Utrecht, Niederlande; Universität Luxemburg; und die Northeastern University überprüft den Fortschritt bei der Bewertung der Komponenten des Exposoms und seiner Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit.
"Unsere Gene sind weder unser Schicksal noch liefern sie ein vollständiges Bild unseres Krankheitsrisikos", sagt Seniorautor Gary Miller, PhD, Vizedekan für Forschungsstrategie und Innovation und Professor für Umweltgesundheitswissenschaften an der Columbia Mailman-Schule. "Unsere Gesundheit wird auch durch das, was wir essen und tun, unsere Erfahrungen und unseren Wohn- und Arbeitsort geprägt."
"Weniger als die Hälfte der nicht-genetischen Risikolast für Krankheiten wird berücksichtigt, was auf die Existenz umweltbedingter Risikofaktoren hindeutet, deren Exposition möglicherweise weitgehend vermeidbar ist", sagt Erstautor Roel Vermeulen, Professor für Umweltepidemiologie und Exposomenwissenschaft an der Universität Utrecht."Angesichts der zunehmenden Anerkennung der wichtigen Rolle, die nichtgenetische Faktoren bei Krankheiten spielen, brauchen wir koordinierte und internationale Anstrengungen, um das Exposom in einem Maßstab zu charakterisieren, der mit dem des menschlichen Genoms vergleichbar ist."
Was ist das Exposom?
Das Exposom wurde 2005 von dem Wissenschaftler Christopher Wild konzipiert, um die umweltbedingten, nichtgenetischen Treiber von Gesundheit und Krankheit darzustellen. Diese Belastungen beschränken sich nicht nur auf die Tausenden von Chemikalien, die beispielsweise über die Luft, das Wasser oder die Nahrung in unseren Körper gelangen, sondern auch auf die Reaktion unseres Körpers auf unsere Umwelt, einschließlich der gebauten Umwelt und der sozialen Umstände, durch Entzündungen, oxidativen Stress und Infektionen, und Darmflora, zum Beispiel.
Komplexität annehmen
Traditionell stammt unser Verständnis der gesundheitlichen Auswirkungen von Chemikalien aus epidemiologischen und toxikologischen Studien, die jeweils einen oder eine kleine Anzahl von Schadstoffen analysieren.„Unsere Belastungen sind jedoch nicht die einfache Summe einer Handvoll Chemikalien“, schreiben die Autoren. Um ein vollständigeres Bild der Umweltbelastungen zu erh alten, beginnen Wissenschaftler mit umweltweiten Assoziationsstudien (EWAS), dem Exposom-Äquivalent zu genomweiten Assoziationsstudien (GWAS). Ergänzend zu GWAS nutzen EWAS-Studien hochauflösende Massenspektrometrie (HRMS), um kleine Moleküle zu messen, die aus der Umwelt stammen, wie Luftverschmutzung, Pestizide, Weichmacher und Flammschutzmittel, sowie Nährstoffe und biologische Metaboliten.
"Ein reduktionistischer Ansatz könnte die Rolle einer einzelnen Variablen isolieren, aber er wird die Komplexität des Exposoms nur unzureichend erfassen", schreiben die Autoren. "Die Herausforderung beim Verständnis der Rolle des Exposoms für unsere Gesundheit liegt nicht nur in der großen Anzahl chemischer Expositionen in unserem täglichen Leben, sondern auch in der komplexen Art und Weise, wie sie mit Zellen interagieren."
Hochskalieren
Zu den Herausforderungen für die Exposomenforschung gehört, dass die Zahl der Teilnehmer an Studien zu nichtgenetischen Umweltbelastungen nach wie vor relativ gering ist. Stichprobengrößen von über 100.000 sind erforderlich, um einen wesentlichen Teil der genomischen Erblichkeit häufiger chronischer Krankheiten zu erklären. Die Autoren gehen davon aus, dass für zukünftige Umweltstudien ähnliche oder sogar größere Stichprobenumfänge erforderlich sind. Ein Schritt in diese Richtung ist die Schaffung eines Human Exposome Project, das die Umwelt- und biologischen Expositionen von Zehntausenden von Menschen darstellt und groß genug ist, um die am weitesten verbreiteten und stärksten chemischen Risikofaktoren zu identifizieren, obwohl größere Studien erforderlich sind, um die Auswirkungen zu verstehen viele Expositionsfaktoren in Kombination. Zusätzlich zur Stichprobengröße fordern die Autoren Verbesserungen bei der Screening-Technologie und den Datenressourcen, um Assoziationen zu identifizieren; Netzwerktheorie zur Aufklärung der Konstellation der chemischen Umwelt und ihrer biologischen Folgen; und Replikation in unabhängigen Studien und die Verwendung von Methoden zur Feststellung der Kausalität.
Exposomforschung für Politik und Personalisierte Medizin
Groß angelegte Exposom-Studien werden den Aufsichtsbehörden neue Informationen zu den Chemikalien liefern, die die größten gesundheitsschädlichen Auswirkungen haben. „Wenn eine systematische Analyse schwerwiegende nachteilige Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit durch die Exposition gegenüber derzeit zugelassenen oder potenziellen Ersatzchemikalien zeigt, sollten diese Verbindungen vom Markt genommen werden“, schreiben die Autoren. Darüber hinaus könnten Daten über die Auswirkungen von Klassen von Chemikalien auf bestimmte biologische Stoffwechselwege, von denen bekannt ist, dass sie gestört sind, bei der Entwicklung neuer Verbindungen mit minimalen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt helfen. "Aktuelle Forschungsansätze und Regulierungsrichtlinien gehen nicht auf die chemische Komplexität unserer Welt ein", schreiben die Autoren.
Im Bereich der Medizin würden umfassendere Informationen über die Auswirkungen nichtgenetischer Faktoren und chemischer Expositionen auch die Erstellung eines Exposom-Risiko-Scores (ERS) ermöglichen, der dem polygenen Risiko-Score (PRS) ähnelt, der Einzelpersonen und ihre Kliniker ein besseres Verständnis ihrer Wahrscheinlichkeit, bestimmte Krankheiten zu entwickeln.
"Die Konsolidierung der Erkenntnisse aus GWAS [genomweiten Assoziationsstudien] und EWAS [umweltweiten Assoziationsstudien]", schlussfolgern die Autoren, "würde es uns ermöglichen, die Gen- und Umweltschnittstelle zu kartieren, an der sich die Natur trifft Pflege und Chemie trifft auf Biologie."
