Interview mit Professor Dr. Tilman Grune

Die Redaktion des Wissenschaftsmagazins der Deutschen Gesellschaft für Ernährung e. V. (DGE) DGEwissen hat mit Professor Dr. Tilman Grune, wissenschaftlicher Vorstand des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) und Leiter der Abteilung Molekulare Toxikologie über die Neurobiologie der Entscheidungsfindung, Chronobiologie und die Rolle der Ernährung für ein gesundes Altern, gesprochen.

Professor Dr. Tilman Grune studierte Biochemie in Moskau. Im Anschluss promovierte und habilitierte er an der Berliner Charité. Es folgten Stationen in Düsseldorf, Hohenheim und Jena. 2013 erhielt er einen Ehrendoktortitel der Universität Buenos Aires.

Seit 2014 ist der Brandenburger wissenschaftlicher Vorstand des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) und Lehrstuhlinhaber für Molekulare Toxikologie an der Universität Potsdam. An der Universität Wien ist Grune zudem seit 2020 Professor für Physiologische Chemie und Zelluläre Biochemie.

In seiner Forschungsgruppe Molekulare Toxikologie untersucht er die Veränderungen des Redoxstatus und der Proteolyse während der Alterung an verschiedenen Modellsystemen.

Herr Professor Grune, gibt es eine gehirngesunde Ernährung?

Tilman Grune:
Das Gehirn braucht natürlich als stoffwechselaktives Organ bestimmte Nährstoffe, vor allem Mikronährstoffe (Vitamine, Spurenelemente, mehrfach ungesättigte Fettsäuren), ohne die eine normale Funktion nicht möglich ist. Bei neurodegenerativen Erkrankungen sind z. B. bestimmte Vitamine unterversorgt. Eine Ernährung, die gesund für das Gehirn ist, unterscheidet sich nicht von einer Ernährung, die gesund für den gesamten Organismus ist.

Auf welchem Wege wirkt sich unsere Nahrung auf unser Gehirn aus?

Tilman Grune:
Es wäre schön, wenn wir das alles schon wissen würden, aber wir stehen noch relativ am Anfang. Es gibt verschiedene hormonelle und nicht-hormonelle Wege, die unser Gehirn über unsere Nahrung beeinflussen. Wir finden immer neue Faktoren, die ursprünglich gedacht, völlig andere Funktionen hatten. Was wir wissen ist z. B., dass es Insulinrezeptoren im Gehirn gibt, auf die unsere Nahrung über die Insulinproduktion und die Rezeptoraktivierung einen direkten Einfluss hat. Zudem wird die Gut-Brain-Axis immer weiter erforscht, speziell in diesem Zusammenhang z. B., wie mikrobielle Abbauprodukte bestimmte Reaktionen im Gehirn beeinflussen können.

Zusätzlich gibt es natürlich noch eine andere Ebene: Geschmacksempfinden, Lern- und Erziehungsprozesse über Nahrungspräferenzen und natürlich auch gesellschaftliche Strukturen, z. B. bei der ethischen Bewertung von tierischen Lebensmitteln. Solche Faktoren beeinflussen unsere Nahrungsauswahl und damit auch wieder die Nahrungszusammensetzung. Es ist also eine wechselseitige Beeinflussung.

Sie leiten zusammen mit Herrn Prof. Kleinridders dieses Jahr den 59. Wissenschaftlichen DGE-Kongress zum Thema „Ernährung und Gehirn – Der Kopf isst mit“. Der Kongress thematisiert, wie sich Ernährung und Gehirn auf vielfältige Weise gegenseitig beeinflussen. Können Sie kurz erklären, wie unser Gehirn unsere Ernährung beeinflusst?

Tilman Grune:
Das Gehirn hat unabhängig von der eigenen Nährstoffversorgung bestimmte regulative Belohnungssysteme. Essen ist nicht nur Nährstoffaufnahme, sondern auch ein soziales Event und Erlebnis. Wenn ich dieses Erlebnis positiv gestalten möchte, wähle ich entsprechend bestimmte Nahrungsmittel aus. Ein klassisches Beispiel ist Schokolade – diese führt über eine Endorphinausschüttung dazu, dass ich Zufriedenheit empfinde.

Wir erforschen am DIfE, warum wir bestimmte Nahrungsmittel auswählen – häufig auch wider besseren Wissens. Es gibt viele Einflussfaktoren – Gewohnheit, Erziehung, finanzielle Mittel und die Steuerung aus dem Gehirn. Diese ist biologisch noch nicht richtig verstanden. Es gibt evolutionär entstandene Mechanismen z. B. die Vorliebe für zucker- und fettreiche Nahrung. Unklar bleibt, wie viel ist evolutionär bedingt und wie viel ist Erziehung und Prägung.

Als Ernährungswissenschaftler müssen wir uns die Frage stellen, wenn alles evolutionär bedingt ist, können wir so viele Richtlinien machen, wie wir wollen, sie werden keine Änderung bewirken. Wenn es aber Prägung und Gewohnheit sind, haben wir eine Chance, darauf einzuwirken. Sicher spielt beides eine Rolle. Steuerungsmechanismen zu verstehen bedeutet zu wissen, wo wir eingreifen können. In bestimmten Lebensabschnitten bzw. bei bestimmten Personengruppen kann man besser einwirken, als in bzw. bei anderen. Aber das ist noch unzureichend verstanden. Zu diesen Lebensabschnitten gehören z. B. die Pubertät, die Gründung einer eigenen Familie, aber auch der Austritt aus dem Arbeitsprozess.

Grune: „Steuerungsmechanismen zu verstehen bedeutet zu wissen, wo wir eingreifen können.“

Auf welche Weise werden unsere Entscheidungen und unser Verhalten durch unsere Ernährung beeinflusst?

Tilman Grune:
Die Neurobiologie der Entscheidungsfindung ist sehr komplex. Was führt uns dazu, bestimmte Entscheidungen zu treffen? Ein Beispiel für eine klassische Essensentscheidung ist die Situation, in der Sie vor einem Buffet oder im Supermarkt stehen und auswählen können. Hier überlagern sich evolutionäre Prägung und das Bewusstsein, z. B. auf das Gewicht zu achten. Deswegen wird oft gesagt „Gehen Sie nie hungrig einkaufen“, weil Sie völlig andere Kaufentscheidungen treffen, als wenn Sie satt einkaufen gehen. Es gibt Untersuchungen dazu, wie sich unser Sättigungsgefühl und unser Ernährungsstatus auf unsere Entscheidungen auswirken.

Welche Lebensmittel wir konsumieren, setzt sich aus Gewohnheiten, Einzelentscheidungen und gesellschaftlichen Einflüssen zusammen – das Bedürfnis zusammen zu sein, Angebot bzw. Verfügbarkeit, aber auch finanzielle Aspekte spielen eine Rolle.

Die Zusammensetzung von Einzelentscheidungen ergibt dann unsere Lebensmittelauswahl. Die DIfE-Forschungsgruppe von Professorin Soyoung Q Park (Neurowissenschaft der Entscheidung & Ernährung) erforscht eine Reihe interessanter Ansätze zu den Zusammenhängen zwischen Ernährung, Hirnfunktion und Stoffwechsel.

2020 wurde die Nachwuchsforschungsgruppe Neuronale Schaltkreise am DIfE gegründet. Dr. Rachel Lippert untersucht, wie die Ernährung und der Stoffwechsel der Mutter das Gehirn des Kindes beeinflussen.

Welche Zusammenhänge gibt es zwischen Ernährungsgewohnheiten der Mutter und der Gehirnentwicklung des Kindes?

Tilmann Grune:
Die Ernährungsweise der Mutter beeinflusst die Vernetzung der Nervenzellen im Gehirn der nachfolgenden Generation. Die Daten sind eindeutig: Die Struktur des Gehirns wird durch die Ernährung der Mutter beeinflusst.

Welche molekulare Ursache diese anatomische Veränderung hat, ist noch nicht ganz klar. Denkbar sind epigenetische Veränderungen und plazentagängige Stoffe, die auf den sich entwickelnden Fetus einwirken.

59. Wis­sen­schaft­lich­e Kon­gress der Deutschen Gesellschaft für Ernährung e. V. (DGE) in Ko­o­per­a­tion mit dem Ins­ti­tut für Er­nähr­ungs­wis­sen­schaf­t der U­ni­ver­si­tät Potsdam.

Der Kopf isst mit – Zu­sam­men­spiel von Er­nähr­ung und Ge­hirn

Unser Ge­hirn isst täg­lich mit und re­gu­liert unsere Er­nähr­ungs­ge­wohn­hei­ten. Mit sei­nen neu­ro­nal­en Struk­tur­en ist es für die Ge­schmacks­prä­gung wich­tig, re­gu­liert das Hun­ger- und Sät­ti­gungs­ge­fühl und de­ter­mi­niert Ent­schei­dungs­pro­zes­se.

Das Zen­tral­e Ner­ven­sys­tem (ZNS) be­sitzt hier ei­ne Schlüs­sel­rol­le, da es nicht nur die Nahr­ungs­auf­nah­me, son­dern auch die Ad­här­enz zu Er­nähr­ungs- und Le­bens­stil-in­ter­ven­tio­nen so­wie den Stoff­wech­sel im Ge­hirn po­si­tiv steu­ert.

Der Kon­gress mit Fo­kus auf die In­ter­ak­tion von Er­nähr­ung und Ge­hirn diskutiert neu­e Er­kennt­nis­se auch in Be­zug zu un­ser­en heu­ti­gen Er­nähr­ungs­ge­wohn­hei­ten und mög­lich­en Po­ten­zial­en für Ther­a­pie und Prax­is.

Die Ver­an­stal­tung er­mög­licht den Aus­tausch mit al­len Ex­pert*innen, er­laubt kon­kre­te Fra­ge­stel­lung­en zu er­ört­ern bspw. zum Ein­fluss der In­su­lin­re­sis­tenz auf die me­ta­bol­isch­e Ge­sund­heit o­der zu Reiz­en, die Kon­sum­ent­schei­dung­en im Ge­hirn be­ein­flus­sen und ein kli­ma­orien­tier­ter­es Be­wusst­sein schaf­fen.

Schon bekannt ist, dass sich Faktoren wie Hunger oder Alkoholkonsum bzw. Einnahme von Medikamenten während der Schwangerschaft auf das Kind auswirken können – zum Teil viel später im Leben. Es geht also um eine Weiterführung von Wissen. Frau Dr. Lippert untersucht am Mausmodell das Gehirn und die Verschaltung der Neuronen v. a. im hippocampalen System, wo die Sättigung reguliert wird.

Das DIfE forscht in insgesamt 13 Forschungsgruppen zu den Themen Adipositas und Diabetes, Ernährung und Altern sowie Nahrungsauswahl. Welche Forschungsgruppe sollten wir zukünftig (neben den genannten) in Bezug auf das Kongressthema Ernährung und Gehirn besonders im Auge behalten?

Tilmann Grune:
Die Forschungsgruppe Molekulare Ernährungsmedizin unter Leitung von PD Dr. Olga Ramich. Diese untersucht u. a. das Thema Chronobiologie, d. h. wann esse ich was und wie beeinflusst meine Nahrungsaufnahme meine innere biologische Uhr bzw. umgekehrt. Wie reagiert mein Körper mit Hormonausschüttung, die bestimmten tagesaktuellen Regulatoren unterliegt, auf die Nahrungsaufnahme früh, mittags und abends.

Die häufig diskutierte mediterrane Diät hat z. B. eine völlig andere Nahrungsaufnahmeverteilung über den Tag als wir sie hier in Deutschland kennen und empfehlen. Zum Beispiel ist in Italien das Frühstück völlig untergeordnet und die hauptsächliche Kalorienaufnahme liegt zu späteren Tageszeiten.

Grune: “Wir müssen in Zukunft überlegen, wie verschiedene chronobiologische Typen hinsichtlich der Nahrungsaufnahme berücksichtigt werden können.”

Inwieweit sind diese Wechselwirkungen zwischen Ernährung und Gehirn für die Gerontologie, die Wissenschaft vom Altern, bedeutend? Wie verändert sich unser Gehirn während des Alterungsprozesses?

Tilman Grune:
Das ist ein wirklich sehr komplexes Thema. Eine hochbetagte Bevölkerung leidet eher unter einer Unterversorgung hinsichtlich Energie, Mikronährstoffen und Proteinen. Bestimmte vom Gehirn gesteuerte Belohnungssysteme funktionieren nicht mehr – z. B. die Appetitregulierung. Auch Veränderungen im Verdauungstrakt können dazu führen, dass manche Lebensmittel nicht mehr vertragen werden.

Die hochbetagte Bevölkerung heute ist eine andere als vor  70 Jahren. Wir sehen heute häufiger ältere Menschen, die übergewichtig sind und trotzdem einen Muskelschwund haben. Viele Ernährungsempfehlungen weltweit berücksichtigen diese Gruppe noch nicht ausreichend. Im Kompetenzcluster NutriAct, dessen zentrales Ziel es ist, den Gesundheitsstatus der Fünfzig- bis Siebzigjährigen zu verbessern, wird erforscht, was passiert, wenn ein Mensch in das Rentenalter  eintritt. Welche Veränderungen, z. B. im Verhalten,  müssen in dieser Lebensphase berücksichtigt werden – Wann steht die Person auf? Wird sie versorgt? Muss sie selbst kochen? etc. und vor allem: Wie muss die Ernährung in diesem Alter aussehen, um als Hochbetagte lange gesund zu bleiben?

In Ihrer Forschungsgruppe Molekulare Toxikologie untersuchen Sie, warum die Konzentration geschädigter Proteine bei Erkrankungen oder auch im Alterungsprozess steigt. Sie forschen seit 20 Jahren zu Lipofuszin – Was ist das?

Tilman Grune:
Normalerweise unterliegen Proteine in unserem Körper einem ständigen Auf- und Abbau. Irgendwann im Alter entgleist dieses System. Das führt dazu, dass sich Proteinaggregate bilden, die man im Alter Lipofuszin nennt. Dieses Endprodukt sammelt sich vor allem in Zellen an, die sich nicht mehr teilen, dazu gehören auch Gehirnzellen. Wir haben uns auf Herzzellen und Beta-Zellen konzentriert. Lipofuszin wirkt sich auf den Zellstoffwechsel aus. Wir forschen an funktionellen Primärzellen, um zu sehen, welche funktionellen Auswirkungen das Lipofuszin hat.

Wie beeinflusst Lipofuszin z. B. die Insulinsekretion oder die Funktion von Herzmuskelzellen? Welche Ernährung kann die an der Reparatur beteiligten Systeme günstig beeinflussen, um Alterungsprozessen und damit verbundenen Erkrankungen entgegenzuwirken?

Tilman Grune:
Es gibt mehrere Ansatzpunkte, z. B. die Bildung von Oxidanzien durch die Ernährung zu verhindern oder die Einnahme von Antioxidanzien. Antioxidanzien funktionieren bei oxidierten Proteinen aufgrund der Kinetik eigentlich nicht. Unser Ansatzpunkt ist die Proteolysestimulation.

Es gibt eine Reihe an Nahrungsinhaltsstoffen, die die Proteolyse stimulieren könnten, sodass die Funktion der Zelle länger erhalten bleibt. Wir testen gerade verschiedene sekundäre Pflanzenstoffe.

Wir danken Ihnen für das Gespräch Herr Prof. Grune!

Das Gespräch führte Fee Liedtke.

Der Interviewbeitrag ist erschienen in der Ausgabe 3.2022.

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