Umweltverschmutzung trägt Schätzungen zufolge zu etwa jedem sechsten Todesfall weltweit bei. Dennoch kann man bisher nur selten konkrete Umweltfaktoren eindeutig mit bestimmten Krankheiten verknüpfen. Ein Grund dafür ist die enorme Komplexität des sogenannten „Exposoms“, also der Gesamtheit aller Umwelteinflüsse, denen ein Mensch im Laufe seines Lebens ausgesetzt ist. Chemische Stoffe werden traditionell nach ihrer Struktur oder Herkunft klassifiziert, doch das sagt wenig darüber aus, was sie im Körper tatsächlich bewirken. So können nahezu identische Moleküle sehr unterschiedliche Auswirkungen auf den Körper haben, während völlig verschiedene Substanzen dieselbe Krankheit auslösen können.
Eine neue Studie unter der Leitung von Jörg Menche, Adjunct Principal Investigator am CeMM und Direktor des Ludwig Boltzmann Institut für Netzwerkmedizin, sowie mit Salvo Danilo Lombardo als Erstautor (ehemals PhD-Student am CeMM und am LBI-NetMed, zurzeit Postdoc an der Harvard Medical School), verfolgt daher einen anderen Ansatz: Statt zu fragen, wie die Chemikalien aussehen, untersuchten die Forschenden, was sie im Körper tun. Dazu analysierten sie nahezu 10.000 Umwelteinflüsse – von Schadstoffen über Nahrungsbestandteile bis hin zu Medikamenten – und kartierten, wie diese auf menschliche Gene wirken. Das Ergebnis ist ein groß angelegtes Netzwerk, das Expositionen anhand ihrer gemeinsamen biologischen Effekte miteinander verknüpft.
Beim genaueren Blick auf dieses Netzwerk zeigte sich ein klares Muster: Die Expositionen ordnen sich zu Gruppen, die gemeinsame biologische Funktionen widerspiegeln, etwa Entzündungsprozesse, Stoffwechsel oder Blutgerinnung. Innerhalb dieser Gruppen wirken chemisch sehr unterschiedliche Substanzen – von Arzneimitteln bis zu Umweltgiften – auf dieselben molekularen Signalwege. Das Netzwerk zeigt also, dass der Körper nicht auf die chemische Identität eines Stoffes reagiert, sondern auf die biologischen Systeme, die er beeinflusst.
Eine Landkarte verborgener biologischer Zusammenhänge
Um zu verstehen, warum manche Expositionen schädlicher sind als andere, untersuchte das Team, an welcher Stelle sie in die zellinternen „Verschaltung“ eingreifen, dem sogenannten Protein-Interaktionsnetzwerk. In diesem Netzwerk sind nicht alle Proteine gleich wichtig: Einige koordinieren als zentrale Knotenpunkte zahlreiche biochemische Prozesse. Die Studie zeigt, dass Expositionen, die solche zentralen Knoten angreifen, tendenziell besonders schädlich sind. Bereits die Beeinflussung eines einzelnen, stark vernetzten Proteins kann weitreichende Effekte im gesamten System auslösen. Daraus ergibt sich ein einfaches, aber grundlegendes Prinzip: Je zentraler das betroffene Ziel im biologischen Netzwerk, desto größer das potenzielle Schadensausmaß.
In einem nächsten Schritt untersuchten die Forschenden, ob sich diese molekularen Erkenntnisse auch in realen Krankheitsmustern widerspiegeln. Durch den Vergleich ihrer Netzwerkvorhersagen mit umfangreichen Gesundheits- und Umweltdaten aus ganz Europa zeigte sich: Länder mit höheren Belastungen durch bestimmte Expositionen weisen auch höhere Raten jener Krankheiten auf, die auf molekularer Ebene mit diesen Expositionen verbunden sind. Die „biologische Distanz“ zwischen einer Exposition und einer Krankheit – gemessen im Netzwerk – kann somit Hinweise darauf geben, welche gesundheitlichen Folgen wahrscheinlich sind.
Von Molekülen zur öffentlichen Gesundheit
„Zusammengefasst eröffnen unsere Ergebnisse eine neue Perspektive darauf, wie Umweltfaktoren die Gesundheit beeinflussen“, sagt Jörg Menche. „Anstatt einzelne Chemikalien isoliert zu betrachten, zeigt unsere Studie, dass viele Expositionen auf gemeinsame biologische Signalwege wirken und ein komplexes, aber strukturiertes Wirkungsgefüge bilden. Indem wir diese Zusammenhänge kartieren, können wir beginnen, die gesundheitlichen Auswirkungen von Umwelteinflüssen vorherzusagen – selbst für solche, die bislang kaum untersucht sind.“
Die Arbeit legt damit eine Grundlage für ein systematischeres Verständnis des Exposoms und schlägt eine Brücke zwischen molekularer Forschung und der öffentlichen Gesundheit. Langfristig könnten solche Ansätze dazu beitragen, bislang verborgene Risiken zu erkennen, Umweltüberwachung gezielter zu gestalten und Strategien zur Verringerung krankheitsbedingter Belastungen zu entwickeln.
CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
Originalpublikation:
Lombardo, S.D., Hütter, C.V.R., Unterlass, M.M. et al. A network-based map of the chemical exposome connects molecular interactions to public health. Nat Commun17, 5754 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-72402-y
