Forschung

Die Arbeitsgruppe Ernährungstoxikologie erforscht molekulare und zelluläre Mechanismen, durch die nahrungsbedingte Faktoren und potenziell toxische Lebensmittelbestandteile biologische Prozesse beeinflussen. Schwerpunkte sind Genotoxizität sowie zelluläre Stressreaktionen, die an Alterungsprozessen und der Krankheitsentstehung beteiligt sind. In 3R-konformen Modellsystemen, darunter C. elegans und humane Zellkulturen, untersuchen wir toxikologische Wirkmechanismen und deren biologische Bedeutung auf molekularer Ebene.

Mechanistische Ernährungstoxikologie

Unsere Forschung untersucht, wie nahrungsassoziierte Substanzen und potenzielle Toxikantien biologische Systeme beeinflussen. Im Mittelpunkt stehen mechanistische Untersuchungen zu genotoxischen Effekten sowie zu zellulären Stress- und Anpassungsreaktionen. Dabei analysieren wir deren Bedeutung für die Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase und für die Entstehung pathophysiologischer und altersassoziierter Veränderungen. Ziel ist es, die zugrunde liegenden molekularen und zellulären Prozesse zu verstehen und ihre gesundheitliche Relevanz einzuordnen.

Relevanz der Forschung

Neben genetischen Faktoren tragen Umwelt- und Ernährungsbedingungen wesentlich zur langfristigen Gesundheit bei. Lebensmittel können neben essenziellen Nährstoffen auch unerwünschte oder potenziell schädliche Substanzen enthalten, darunter natürlich vorkommende Kontaminanten, Prozesskontaminanten und bioaktive Verbindungen mit genotoxischem oder zellstressauslösendem Potenzial. Für viele dieser Stoffe - und insbesondere für deren kombinierte Wirkungen - besteht weiterhin ein erheblicher Forschungsbedarf hinsichtlich der zugrunde liegenden biologischen Mechanismen.

Unsere Arbeiten liefern mechanistische Grundlagen für die Bewertung biologischer Effekte und tragen langfristig zu einer wissenschaftlich fundierten Risikobewertung sowie zur Entwicklung präventiver Strategien im Bereich Ernährung und Gesundheit bei.

Wissenschaftliche Fragestellungen

• Wie beeinflussen nahrungsassoziierte Substanzen und potenzielle Toxikantien zentrale zelluläre Prozesse wie DNA-Integrität, Stressantworten und metabolische Regulation?
• Welche molekularen und zellulären Mechanismen vermitteln genotoxische und zytotoxische Effekte, und wie manifestieren sich diese auf organismischer Ebene (z. B. in C. elegans)?
• Wie wirken mehrere Substanzen in Kombination, und welche Interaktionen bestimmen ihre Gesamtwirkung auf molekularer und zellulärer Ebene?
• Wie lassen sich 3R-basierte experimentelle Strategien weiterentwickeln, um mechanistische Erkenntnisse mit Relevanz für die Bewertung gesundheitlicher Effekte zu gewinnen?

Spezifische Forschungsschwerpunkte

• Genetische Toxikologie und DNA-Schadensantwort: Mechanismen der DNA-Schädigung, Reparatur und Aufrechterhaltung der genomischen Stabilität.
• Zelluläre Stress- und Anpassungsreaktionen: Molekulare Signalwege der Stressantwort und ihre Bedeutung für Homöostase und zelluläre Funktion.
• PARP-Signalwege und NAD⁺-Stoffwechsel: Rolle von Poly(ADP-Ribosyl)ierung und NAD⁺-abhängigen Prozessen bei DNA-Reparatur, Energiestoffwechsel und Stressregulation.
• Mischungstoxikologie und kombinierte Expositionen: Mechanistische Analyse von Interaktionen und Gesamteffekten mehrerer Substanzen auf molekularer und zellulärer Ebene.
• Gerontotoxikologie und molekulare Mechanismen des Alterns: Einfluss toxischer Expositionen auf altersassoziierte Veränderungen sowie auf Prozesse der zellulären Funktion und Anpassungsfähigkeit im Lebensverlauf.

Modellsysteme und Methodik

Unsere Forschung basiert auf 3R-konformen biologischen Modellen, insbesondere:

• Humanen Zellkultursysteme
• C. elegans als etablierten biologischen Modellorganismus 

Diese Systeme ermöglichen gezielte genetische Modifikationen (z. B. CRISPR/Cas9, RNAi), fluoreszenzbasierte Reporterassays, hochauflösende Bildgebung sowie massenspektrometrische Analysen zur Untersuchung molekularer und biochemischer Endpunkte.

Kooperationen

Wir kooperieren mit universitären und außeruniversitären Partnern auf lokaler, nationaler und internationaler Ebene, insbesondere mit dem Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR, Berlin) und dem Deutschen Institut für Ernährungsforschung (DIfE, Potsdam-Rehbrücke), und sind offen für neue wissenschaftliche Kooperationen.