Rund 16 % aller Todesfälle weltweit werden Umweltverschmutzung zugeschrieben. Dennoch lässt sich bislang
selten eine einzelne Exposition eindeutig einer Krankheit zuordnen. Ein Grund dafür ist, dass Chemikalien nach Struktur oder Herkunft klassifiziert werden. Das sagt aber wenig darüber aus, was sie im Körper bewirken. Fast identische Moleküle können unterschiedliche Effekte haben, während chemisch entfernte Substanzen dieselbe Erkrankung auslösen können. Ein Wiener Forscherteam wählte einen anderen Zugang: Im Fokus stand die biologische Wirkung statt der Struktur. Für die Studie in Nature Communications analysierten die Forschenden 9.887 Expositionen (von Luftschadstoffen bis zu Arzneimitteln) und deren Wirkung auf 25.580 Gene. Aus den 573.674 kuratierten Wechselwirkungen leiteten sie das „Exposure-Exposure-Network“ (EEN) ab, das Substanzen anhand gemeinsamer genetischer Angriffspunkte verknüpft.
Gruppiert nach Wirkung statt nach Struktur
Im Exposure-Exposure-Network bilden sich Gruppen chemisch unterschiedlicher Substanzen, die dieselben biologischen Prozesse stören. Ein Beispiel: Der Gerinnungshemmer Heparin, das strukturell vollkommen andere Antiepileptikum Clobazam und das Röntgenkontrastmittel Ioxaglatsäure liegen in derselben Gruppe, weil alle über das Protein SERPINC1 wirken. Der Körper reagiert also nicht auf die chemische Identität, sondern auf das gestörte biologische System.
Zentrale Angriffspunkte bedeuten höhere Risiken
Um die Gefährlichkeit von Expositionen einzuordnen, verknüpfte das Team die betroffenen Gene mit dem menschlichen Interaktom, dem Netzwerk aller Protein-Protein-Wechselwirkungen: Je zentraler und stärker vernetzt das betroffene Protein, desto schädlicher die Exposition. Der Abgleich mit europäischen Gesundheits- und Umweltdaten aus 24 bzw. 23 Ländern bestätigte den Zusammenhang meist. Da zeigt sich beispielsweise bei Endrin, einem seit 1991 EU-weit verbotenen Pestizid: In Italien, mit der höchsten Wasserbelastung, lag die Häufigkeit von Darm- und Mastdarmkrebs zwischen 2000 und 2019 im Schnitt 4,05-fach über dem globalen Durchschnitt.
Unter den am stärksten vernetzten Substanzen finden sich neben Industriechemikalien wie Benzpyren auch der Arzneistoff Valproinsäure – ein Hinweis darauf, dass Medikamente selbst Teil des Expositionsnetzwerks sind. „Indem wir diese Zusammenhänge kartieren, können wir beginnen, die gesundheitlichen Auswirkungen von Umwelteinflüssen vorherzusagen – selbst für solche, die bislang kaum untersucht sind“, so Menche.
