Multimodal phenotyping reveals plant-food-related dietary information in serum Raman spectra of community-dwelling Japanese adults

Seit Jahrzehnten wissen Ärzte und Wissenschaftler, dass das, was wir essen, unsere langfristige Gesundheit formt. Wir wissen, dass eine Ernährung, die reich an Gemüse, Obst und Vollkornprodukten ist, das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes senkt, während Diäten, die schwer in verarbeitetem Fleisch und zuckerhaltigen Getränken bestehen, das Gegenteil bewirken. Um dies zu messen, verwenden Forscher oft Bewertungssysteme, die zusammenzählen, wie viele Portionen gesunder Lebensmittel eine Person im Vergleich zu ungesunden isst. Diese Scores ergeben eine einzige Zahl, die die allgemeine Qualität der Ernährung einer Person repräsentiert. Doch eine einzige Zahl kann nicht die ganze Geschichte erzählen. Zwei Menschen können exakt denselben Score haben, diesen aber durch völlig unterschiedliche Kombinationen von Lebensmitteln erreicht haben. Zudem reagieren Körper auch dann auf einzigartige Weise, wenn Menschen die gleichen Lebensmittel essen; bei einer Person könnte der Blutzuckerspiegel nach einer Mahlzeit steigen, während er bei einer anderen stabil bleibt. Die große Frage der modernen Wissenschaft lautet, wie man diese subtilen, individuellen Unterschiede in der Biologie des Körpers sichtbar machen kann. Wir wissen, dass die Ernährung Spuren in unserem Blut hinterlässt, aber wir lernen noch immer genau, wo dieser Abdruck erscheint und wie man ihn lift.

Ein Forschungsteam in Japan hat dieses Rätsel kürzlich gelöst, indem es das Blut von fast vierhundert in der Gemeinschaft lebenden Erwachsenen untersuchte. Sie wollten sehen, ob sie spezifische Spuren dessen, was diese Menschen gewohnheitsmäßig aßen, verborgen in ihren Blutproben finden konnten. Das Team sammelte detaillierte Aufzeichnungen darüber, was die Teilnehmer über einen längeren Zeitraum aßen, und entnahm dann frische Blutproben, um drei verschiedene Arten von Tests durchzuführen. Erstens führten sie Standardbluttests durch, die Ärzte täglich verwenden, um Dinge wie Cholesterin- und Zuckerwerte zu überprüfen. Zweitens analysierten sie das Serum-Metabolom, eine detaillierte chemische Karte der winzigen Moleküle, die durch Verdauung und Stoffwechsel im Blut schwimmen. Drittens verwendeten sie eine Technik namens Raman-Spektroskopie. Bei dieser Methode wird eine spezifische Art von Licht auf das Blutserum gestrahlt, und es wird gemessen, wie das Licht von den Molekülen zurückgeworfen wird. Es fungiert wie ein molekularer Fingerabdruck und offenbart die chemische Zusammensetzung der Probe, ohne dass Farbstoffe oder Markierungen hinzugefügt werden müssen.

Die Forscher begannen damit, die Teilnehmer basierend auf ihren Ernährungsqualitäts-Scores zu gruppieren. Sie fanden heraus, dass Menschen mit höheren Scores, was auf gesündere Ernährungsgewohnheiten hindeutet, im Allgemeinen eine bessere Gesundheitshistorie über die vorangegangenen Jahre aufwiesen. Diese Personen hatten weniger Krankenhausaufenthalte und bessere Werte bei Standard-Gesundheitskontrollen wie Blutdruck und Nierenfunktion. Als das Team jedoch die komplexen biologischen Daten aus den Bluttests und den chemischen Karten betrachtete, sah es die Gruppen nicht in deutlichen, klaren Clustern getrennt. Mit anderen Worten: Eine gesunde Ernährung erzeugte keinen einzelnen, offensichtlichen „gesunden“ biologischen Zustand, der sich völlig von einem „ungesunden“ unterschied. Die Körper von Menschen mit guter Ernährung und denen mit schlechter Ernährung sahen als Ganzes betrachtet überraschend ähnlich aus, was darauf hindeutet, dass die Ernährung den Körper nicht einfach in einen Modus oder den anderen schaltet.

Die Geschichte änderte sich jedoch, als sich die Forscher auf spezifische Lebensmittel statt auf den Gesamt-Score konzentrierten. Sie stellten eine präzisere Frage: Könnten sie vorhersagen, wie viel von einem bestimmten Lebensmittel, wie etwa Kaffee oder einem bestimmten Gemüse, eine Person gegessen hat, nur indem sie die Blutdaten betrachteten? Sie fanden heraus, dass die Standardbluttests und die chemischen Karten zwar einen Teil davon vorhersagen konnten, die Raman-Spektroskopie jedoch ein entscheidendes Puzzleteil hinzufügte. Für viele spezifische Ernährungsvariablen, einschließlich Kaffee und bestimmter pflanzlicher Nährstoffe, lieferten die Lichtstreumuster im Blut zusätzliche Informationen, die die anderen Tests nicht erfassten. Dies war besonders deutlich bei Beta-Carotin, einem Nährstoff, der in orangefarbenem und gelbem Gemüse vorkommt. Die Raman-Muster, die mit Beta-Carotin assoziiert waren, konnten direkt auf spezifische Schwingungen in den Molekülen zurückgeführt werden, die charakteristisch für Carotinoide sind. Dies bestätigte, dass das Licht tatsächlich die physische Präsenz dieser pflanzlichen Verbindungen im Blut erfasste.

Was diese Entdeckung noch bedeutender machte, war, dass das Signal für Beta-Carotin kein isoliertes Ereignis war. Dieselben Muster im Licht, die auf Beta-Carotin hinwiesen, stimmten auch mit einer breiteren Gruppe gesunder, pflanzlicher Lebensmittel überein. Als die Forscher die Richtung dieser Signale kartierten, fanden sie, dass Gemüse, Früchte, Hülsenfrüchte und der allgemeine Score für gesunde Ernährung alle in dieselbe Richtung zeigten. Umgekehrt zeigten die Signale für weniger gesunde Artikel wie verarbeitetes Fleisch und zuckerhaltige Getränke in die entgegengesetzte Richtung. Dies deutet darauf hin, dass der Körper nicht einfach einen einzelnen „Ernährungs-Score“ im Blut speichert. Stattdessen ist der Einfluss der Nahrung über verschiedene Schichten der Biologie verteilt. Einige Aspekte der Ernährung sind in Standardbluttests sichtbar, andere in den chemischen Karten und einige werden einzigartig durch die Art und Weise erfasst, wie Licht mit dem Blut interagiert.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass unsere gewohnheitsmäßige Ernährung im Körper nicht als ein einzelner, schalterartiger Zustand dargestellt wird. Stattdessen ist sie als eine Reihe von nachverfolgbaren Dimensionen in die Biologie eingewoben, die über verschiedene Arten von Messungen verteilt sind. Während ein einfacher Ernährungs-Score Menschen vielleicht nicht in zwei deutlich voneinander getrennte biologische Gruppen unterteilt, sind die spezifischen Details dessen, was wir essen, dennoch vorhanden und warten darauf, gefunden zu werden, wenn wir mit den richtigen Werkzeugen suchen. Durch die Kombination von Standard-Medizintests mit fortschrittlicher lichtbasierter Scantechnik können Wissenschaftler nun ein vollständigeres Bild davon zeichnen, wie die Ernährung unsere Biologie formt – weg von einfachen Scores, hin zum Verständnis der spezifischen, nachverfolgbaren Fußabdrücke der Mahlzeiten, die wir essen.