BiomarKid - Biomarker signatures of diet, physical activity and sleep in children and youth

Abstract

In der Vergangenheit wurden bereits Biomarker identifiziert, die die Aufnahme spezifischer Lebensmittel widerspiegeln. Da Lebensmittel jedoch nicht isoliert, sondern im Rahmen komplexer Ernährungsweisen konsumiert werden, ist es entscheidend, die Wechselwirkungen zwischen einzelnen Lebensmitteln, Ernährungsgewohnheiten und übergeordneten Ernährungsmustern zu berücksichtigen, um biologische und gesundheitliche Effekte zuverlässig vorhersagen zu können. Darüber hinaus stehen Energiebilanz, körperliche Aktivität und zirkadiane Rhythmen in enger Beziehung zu den systemischen Wirkungen von Nahrungsbestandteilen. Die physiologischen Auswirkungen der Nahrungsaufnahme lassen sich daher nur im Zusammenspiel mit Bewegungsverhalten, sedentären Verhalten und Schlafmustern vollständig erfassen. Hier besteht ein deutlicher Bedarf an objektiven, quantitativen Biomarkern, die sowohl einzelne als auch kombinierte Aspekte von Ernährung, körperlicher Aktivität, Sedentarität und Schlaf abbilden können. Besonders vielversprechend sind Biomarker, die Ernährung und Verhalten im Kontext der metabolischen Anforderungen des Körpers erfassen. Dazu zählen Zwischen- und Endprodukte des Stoffwechsels, die heute mithilfe hochsensitiver und präziser Metabolomik‑Methoden messbar sind und mit modernen bioinformatischen Verfahren umfassend analysiert werden können. Das Ziel von BiomarKid bestand darin, Biomarker zu identifizieren, anhand derer sich die Einhaltung von Ernährungsgewohnheiten, Bewegungs- und Sitzgewohnheiten sowie Schlafgewohnheiten sowie deren Wechselwirkungen von der Geburt bis ins junge Erwachsenenalter erfassen lassen. BiomarKid stützt sich auf zwei Längsschnittstudien mit umfassender Phänotypisierung: CHOP (Childhood Obesity Project) und ToMI (Toddler Milk Intervention Trial) (0 bis 18 Jahre) mit insgesamt 3300 Teilnehmern. Die Kohorte bietet eine außergewöhnlich umfassende Datengrundlage, die detaillierte Informationen zur Nahrungsaufnahme umfasst, basierend auf wiederholt erhobenen 3-Tage-Ernährungsprotokollen sowie Fragebögen zur Ernährungshäufigkeit (FFQ). Ergänzt wird dies durch objektive Messungen der körperlichen Aktivität, des sedentären Verhaltens und des Schlafs mittels computergestützter Akzelerometrie. Darüber hinaus standen umfangreiche Bioproben für weiterführende molekulare Untersuchungen zur Verfügung. Im Projekt wurden modernste analytische und rechnergestützte Verfahren verwendet, um Ernährungsgewohnheiten präzise zu charakterisieren und Biomarker quantitativ zu bestimmen. Dazu gehören hochauflösende Metabolomik- und Proteomik-Analysen, die ein tiefes Verständnis der biochemischen Prozesse ermöglichen. Das Projektteam veröffentlichte die erste systematische Übersichtsarbeit zu Zusammenhängen zwischen Nahrungsaufnahme und metabolomischen Profilen bei Kindern und Jugendlichen. Zudem identifizierte das Konsortium Biomarker, die mit Ernährungsgewohnheiten, körperlicher Aktivität und Energieverbrauch assoziiert sind. Erste BiomarKid-Analysen bestätigen entsprechende Zusammenhänge auf Ebene einzelner Metaboliten und Metabolit-Cluster. Ausgewählte Ergebnisse wurden bereits auf internationalen Fachkonferenzen präsentiert und weitere Beiträge eingereicht. Parallel entwickelt das Team ein interaktives Projekt-Webseite, die die Interpretation der Beziehungen zwischen Ernährung und metabolomischen Biomarkern erleichtern und die Nutzung der Projektergebnisse nachhaltig unterstützen wird.