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Lipid-Stoffwechsel überwachen

Neue Methode verfolgt Fett im Körper

| Redakteur: Christian Lüttmann

Welchen Weg geht das Fett nach dem Essen im Körper? Mit einer neuen Methode analysieren Forscher der Universität Bonn die Produkte des Fettstoffwechsels. Das Verfahren soll nicht nur deutlich schneller, sondern auch um das Tausendfache sensibler sein als herkömmliche Methoden.

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(v.l.) Klaus Wunderling, Philipp Leyendecker und Prof. Dr. Christoph Thiele am Limes-Institut der Universität Bonn.
(v.l.) Klaus Wunderling, Philipp Leyendecker und Prof. Dr. Christoph Thiele am Limes-Institut der Universität Bonn.
(Bild: Barbara Frommann/Uni Bonn)

Bonn – Beim Stichwort „Körperfett“ denken viele an die Polster am Bauch oder an den Hüften. „Aber ohne die Lipide, wie diese Stoffe in der Chemie genannt werden, könnte kein Mensch überleben“, sagt Prof. Dr. Christoph Thiele vom Limes-Institut der Universität Bonn. Denn ohne Fette läuft im Körper nichts: Diese Stoffe dienen als Energielieferanten. Ist zum Beispiel bei Krebserkrankungen der Fettstoffwechsel gestört, kommt es zum dramatischen Abmagern. Außerdem dienen die Lipide häufig als Bausteine für die Umhüllungen von lebenden Zellen, wie zum Beispiel Gehirnzellen. Darum können Störungen im Fettstoffwechsel nicht nur zu Adipositas sondern auch zu neurologischen Erkrankungen führen.

Sendungsverfolgung für „Fett-Pakete“

Wissenschaftler suchen deshalb nach Methoden, wie sie mit einer Art „Tracking“-Verfahren den Weg von der Aufnahme der Fette über den Stoffwechsel im Körper bis zur Ausscheidung verfolgen können – ähnlich einem auf der Post aufgegebenen Paket, das sich bei der Zustellung auf seinem Weg zum Ziel per Sendungsverfolgung orten lässt. Früher verwendete man hierfür radioaktive Substanzen, Fluoreszenz-Farbstoffe oder das Wasserstoff-Isotop Deuterium, mit denen die „Fett-Pakete“ markiert wurden.

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„Das Problem liegt darin, dass die markierten Verbindungen nicht vollständig von den unmarkierten zu unterscheiden sind“, sagt der Bonner Professor Thiele. Das führt dazu, dass sich nur einige wenige markierte Hauptverbindungen verfolgen lassen und dafür recht große Mengen an Substanz gebraucht werden.

Dreifachbindung als Tracer

Der Biochemiker zeigte nun zusammen mit Klaus Wunderling und Philipp Leyendecker aus seinem Team, wie sich die Fette mit einer deutlich empfindlicheren und effektiveren Methode im Körper einer Maus verfolgen lassen. Sie setzten Leberzellen der Mäuse Fettsäuren zu, die mit einer zusätzlichen Dreifachbindung – einer Alkingruppe – markiert waren.

Daraufhin banden die Stoffwechselprodukte an spezielle so genannte Reportermoleküle. Die Verbindungen wurden in einem weiteren Schritt im Massenspektrometer untersucht. Dort zerfielen sie zu bestimmten Fragmenten, die als Nachweis für die ursprüngliche Markierung interpretiert werden konnten. „Diese Zerfallsreaktion produziert für die markierten Lipide sehr starke Signale im Massenspektrometer“, sagt Thiele.

Schnell und empfindlich

Damit lassen sich die markierten von den unmarkierten Lipiden deutlicher unterscheiden, und die Messungen sind rund 1000 Mal empfindlicher als mit herkömmlichen Methoden, wie die Forscher berichten. Darüber hinaus geht es deutlich schneller: Statt nach Stunden liegt das Ergebnis bereits nach Minuten vor.

„Rund 100 verschiedene markierte Lipide lassen sich tatsächlich bis hinab in einzelne Leberzellen verfolgen“, sagt der Biochemiker. Damit können sowohl der normale Stoffwechselweg, als auch krankhafte Abweichungen davon im Detail untersucht werden. Die Untersuchung von Leberzellen der Maus lag für die Wissenschaftler nahe, weil die Leber die „Haupt-Drehscheibe“ für den Fettstoffwechsel darstellt.

Nebenwirkungen von Medikamenten aufspüren

Für Ernährungsexperimente am Menschen sei es aber mit dieser Methode noch zu früh. „Es ist noch nicht bekannt, was die an Alkingruppen gekoppelten Fettsäuren im menschlichen Körper genau bewirken, wenn sie mit der Nahrung aufgenommen werden“, sagt Thiele. Allerdings ließen sich mit dieser Methode die Nebenwirkungen von Arzneistoffen auf den Fettstoffwechsel untersuchen und dadurch möglicherweise minimieren, ist der Wissenschaftler überzeugt. Da Verzehrexperimente am Menschen zunächst nicht möglich sind, könnte man die Nebenwirkungen an Zellkulturen oder Organoiden testen. „Man kann dann sehr leicht sehen, wie der Lipidstoffwechsel durch die Wirkstoffe verändert wird.“

Originalpublikation: Christoph Thiele, Klaus Wunderling, Philipp Leyendecker: Multiplexed and single cell tracing of lipid metabolism, Nature Methods; DOI: 10.1038/s41592-019-0593-6

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