Verborgenes Netzwerk: Wie die Umwelt unbemerkt unsere Gesundheit beeinflusst

Wir sind täglich Tausenden chemischen Einflüssen ausgesetzt. Deren genaue Auswirkung auf die Gesundheit ist bisher unzureichend verstanden. Eine neue Studie liefert nun einen präzisen Überblick. Forschende des CeMM und des Ludwig Boltzmann Instituts für Netzwerkmedizin leiteten die Arbeit. Sie zeigen, dass unterschiedlichste Substanzen dieselben biologischen Systeme stören. Dadurch tragen sie auf vorhersagbare Weise zum Krankheitsrisiko bei.

Grenzen traditioneller chemischer Klassifikationen

Umweltverschmutzung trägt weltweit zu etwa jedem sechsten Todesfall bei. Dennoch lassen sich konkrete Umweltfaktoren selten eindeutig Krankheiten zuordnen. Die Ursache liegt in der Komplexität des Exposoms. Dieses umfasst die Gesamtheit aller lebenslangen Umwelteinflüsse eines Menschen. Chemische Stoffe werden traditionell nach Struktur oder Herkunft klassifiziert. Das sagt jedoch wenig über die tatsächliche biologische Wirkung aus. Identische Moleküle können differierende Effekte haben. Umgekehrt können völlig verschiedene Substanzen dieselbe Krankheit auslösen.

Systembiologisches Mapping von 10.000 Substanzen

Die aktuelle Studie wählt daher einen funktionalen Ansatz. Das Team um Jörg Menche und Erstautor Salvo Danilo Lombardo untersuchte die biologische Wirkung. Die Kooperation erfolgte mit Miriam Unterlass vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung. Die Forschenden analysierten nahezu 10.000 Umwelteinflüsse. Dazu gehörten Schadstoffe, Nahrungsbestandteile und Medikamente. Sie kartierten die Effekte auf menschliche Gene. Das Resultat ist ein groß angelegtes funktionelles Netzwerk. Es verknüpft Expositionen anhand gemeinsamer biologischer Effekte.

Konvergenz auf zelluläre Signalwege

Im Netzwerk zeigte sich ein klares Muster. Die Expositionen ordnen sich zu funktionellen Clustern an. Diese spiegeln biologische Funktionen wie Entzündungsprozesse, Stoffwechsel oder Blutgerinnung wider. Innerhalb dieser Gruppen wirken chemisch diverse Substanzen auf dieselben molekularen Signalwege. Das Spektrum reicht von Arzneimitteln bis zu Umweltgiften. Der Körper reagiert primär auf die gestörten Systeme, nicht auf die chemische Identität.

Topologische Zentralität im Protein-Interaktionsnetzwerk

Das Team untersuchte die Eingriffspunkte in das zellinterne Protein-Interaktionsnetzwerk. Nicht alle Proteine besitzen dort dieselbe Relevanz. Einige fungieren als zentrale Knotenpunkte für biochemische Prozesse.

Expositionen an diesen zentralen Knoten sind tendenziell besonders schädlich. Die Beeinflussung eines stark vernetzten Proteins triggert weitreichende Systemeffekte. Je zentraler das betroffene Ziel im biologischen Netzwerk, desto größer ist das Schadensausmaß.

Validierung durch epidemiologische Daten

Die Forschenden glichen diese molekularen Vorhersagen mit europäischen Gesundheits- und Umweltdaten ab. Die Korrelation bestätigte sich in realen Krankheitsmustern. Regionen mit höheren spezifischen Belastungen zeigten vermehrt korrespondierende Krankheiten. Die netzwerkbasierte „biologische Distanz“ zwischen Exposition und Krankheit erlaubt somit Prognosen. Sie zeigt an, welche gesundheitlichen Folgen wahrscheinlich sind.

Implikationen für die öffentliche Gesundheit

„Zusammengefasst eröffnen unsere Ergebnisse eine neue Perspektive darauf, wie Umweltfaktoren die Gesundheit beeinflussen“, sagt Jörg Menche. „Anstatt einzelne Chemikalien isoliert zu betrachten, zeigt unsere Studie, dass many Expositionen auf gemeinsame biologische Signalwege wirken und ein komplexes, aber strukturiertes Wirkungsgefüge bilden. Indem wir diese Zusammenhänge kartieren, können wir beginnen, die gesundheitlichen Auswirkungen von Umwelteinflüssen vorherzusagen – selbst für solche, die bislang kaum untersucht sind.“
Die Arbeit schafft eine Basis für das systematische Verständnis des Exposoms. Sie verbindet die molekulare Analytik mit der öffentlichen Gesundheit. Langfristig lassen sich so verborgene Risiken erkennen. Die Umweltüberwachung kann dadurch gezielter gestaltet werden.

Quelle

CeMM Research Center for Molecular Medicine of the Austrian Academy of Sciences (07/2026)