Wirkstoffe vom Feld im Kampf gegen Diabetes mellitus Typ II

Diabetes mellitus Typ II („Altersdiabetes“) ist eine der häufigsten Stoffwechselstörungen unserer modernen Gesellschaft. Als Therapierung werden u. a. sogenannte DPP-IV Inhibitoren eingesetzt. Forscher der Technischen Universität München untersuchen nun, ob sich derartige Wirkstoffe auch in Lebensmitteln gezielt anreichern lassen und nutzen dabei u. a. Getreide aus der heimischen Landwirtschaft.

Im Jahr 2019 waren allein in Deutschland 9,5 Millionen Menschen von der Stoffwechselstörung Diabetes mellitus betroffen, Tendenz steigend. Bei Diabetes mellitus unterscheidet man zwischen zwei Hauptformen: Bei dem insulinabhängigen Diabetes Typ I wird aufgrund einer entzündlichen Autoimmunreaktion die Insulinproduktion geschädigt. Bei Typ II (Altersdiabetes), ist die Wirksamkeit des Insulins verringert (Insulinresistenz), was zu einer verminderten Zuckeraufnahme im Körper führt. Der daraus resultierende erhöhte Blutzuckerspiegel bewirkt kurzfristig einen starken Flüssigkeitsverlust und Durstgefühl, führt aber langfristig zu Herz- (Bluthochdruck, Infarkt) und Gefäßkrankheiten (Durchblutungsstörungen, Schlaganfall). Bei der Regulierung der Insulinmenge, die vom Körper in den Blutkreislauf abgegeben wird, spielt das Enzym Dipeptidylpeptidase IV (DPP-IV) eine Rolle und bietet somit einen Ansatz zur Therapierung. Deshalb werden seit 2006 sogenannte DPP-IV Inhibitoren eingesetzt, die das Enzym hemmen und so eine erhöhte Menge an Insulin gewährleisten.


Getreide und Pseudogetreide enthalten DPP-IV Inhibitoren

Seit vielen Jahren ist die Existenz sowie der Nutzen der Wirkstoffe bekannt, die in Nahrungsmitteln vorkommen und einen positiven Einfluss auf die menschliche Gesundheit haben („Nutraceuticals“). Auch in Hinsicht auf DPP-IV Inhibitoren gibt es bereits einige Untersuchungen. So konnte gezeigt werden, dass sie in verschiedenen Lebensmitteln wie Molke, Sojabohnen, Ei, Fleisch oder Fisch vorkommen. Hierbei sind insbesondere Peptide, also kurze Proteine, von großem Interesse. Auch in einigen Getreiden und Pseudogetreiden wurden bereits solche Peptide gefunden. So konnten Forscher zeigen, dass Extrakte aus Weizen, Gerste, Hafer, Reis oder Quinoa das Enzym hemmen und so einen positiven Einfluss auf den Blutzuckerspiegel von Diabetikern haben können. Auch der technologische Verarbeitungsprozess kann die Peptide beeinflussen. Das Mälzen von Getreide z. B. führt zu einer Erhöhung des Peptid-Gehalts. Ob diese Peptide aber nach oraler Aufnahme und Verdauung am Wirkungsort im Körper ankommen, ist noch unklar.


Ausprägung der hemmenden Eigenschaften gegenüber DPP-IV in Gerstenmalzen derselben Sorte

Ausprägung der hemmenden Eigenschaften gegenüber DPP-IV in Gerstenmalzen derselben Sorte


Wirksamkeit von Gerstenmalzen auch abhängig von Jahreseffekt

In einem aktuellen Forschungsprojekt der Technischen Universität München (IGF-Vorhaben Nr. 21157 N) untersuchen Wissenschaftler des Lehrstuhls für Brau- und Getränketechnologie (Prof. Becker) sowie des Lehrstuhls für Lebensmittelchemie und molekulare Sensorik (Prof. Dawid) das Vorkommen solcher Peptide bei Gerste, Hafer, Roggen, Sorghum, Weizen und Triticale sowie bei den Pseudogetreiden Amarant, Buchweizen und Quinoa. Außerdem untersuchen sie den Einfluss des Mälzungs- und Maischprozesses auf deren Zusammensetzung und betrachten, welche Peptide entstehen und ob diese für den an Diabetes erkrankten Menschen von Relevanz sind. Die Ergebnisse sollen die Entwicklung eines getreidebasierten Getränks ermöglichen, welches Diabetes-Patienten in ihrer Therapie unterstützen könnte.


In ersten Untersuchungen wurde das Malz einer Gerstensorte von sechs verschiedenen Standorten mit unterschiedlicher Bodenbeschaffenheit über zwei Jahrgänge untersucht. Die Fähigkeit, DPP-IV zu hemmen, wurde in dem Malzextrakt gemessen. Zudem simulierte man in einem künstlichen Prozess das menschliche Verdauungssystem. Das Anbaugebiet hatte nur einen geringen Einfluss auf die hemmenden Eigenschaften, wohingegen der Jahreseffekt deutlich war (Tab. 1). Das Anbaujahr 2019 wies im Vergleich zu 2020 eine erhöhte Menge an DPP-IV-wirksamen Peptiden auf. Praktische Feldversuche sollen nun die Ursachen hierfür untersuchen.

Die Verdauung selbst wirkte sich negativ auf die Wirksamkeit aus. Während der Mälzung werden die vorhandenen Proteine in ihre Bestandteile, die Peptide, zerkleinert (Hydrolyse) und werden anscheinend in dem nachfolgenden Verdau weiter zerlegt und somit wirkungslos gemacht. Da die Mälzung aber ein unverzichtbarer technologischer Verarbeitungsschritt ist, müsste sie diesbezüglich optimiert werden. Diese ganzheitliche Optimierung des Mälzungsverfahrens ist daher ein wesentlicher Bestandteil des Forschungsprojektes.


Hemmende Eigenschaften von Pseudogetreiden

Eine weitere Untersuchung zeigte die unterschiedlich starke hemmende Wirkung von den Pseudogetreiden Amarant, Buchweizen und Quinoa auf DPP-IV. Es stellte sich heraus, dass die reinen Extrakte der untersuchten Arten das Enzym relativ schwach hemmen. Werden sie jedoch verdaut, steigt das inhibierende Potenzial der Pseudogetreide an, mit Ausnahme von Quinoa (Tab. 2). Besonders stark stieg die hemmende Wirkung bei Buchweizen, was diese Art zu einem vielversprechenden Kandidaten für die unterstützende Therapierung von Diabetes Typ II macht.


Hemmende Wirkung von Extrakten von Pseudogetreide

Hemmende Wirkung von Extrakten von Pseudogetreide


Ein neuer Markt für die Landwirtschaft?

Diabetes Typ II ist eine ernstzunehmende Erkrankung, die u. a. mit sogenannten DPP-IV Inhibitoren behandelt wird. In den vorgestellten Versuchen konnte gezeigt werden, dass Gerste sowie Pseudogetreide ein hohes Potenzial besitzen, in Zukunft in der Diabetes-Therapie unterstützend eingesetzt zu werden. Weiterhin besitzt vor allem das Anbaujahr neben der (Pseudo-)Getreideart einen Einfluss, der im Hinblick auf die Wirksamkeit im Magen-Darmtrakt weiter untersucht werden muss – ebenso wie technologische Faktoren. Der potenzielle Marktnutzen dieser pflanzlichen Diabetes-Wirkstoffe erstreckt sich entsprechend über alle Beteiligten, beginnend beim Landwirt und Züchter. Daraus resultierende getränkebasierte DPP-IV Inhibitoren stellen eine aussichtsreiche Ergänzung zur medikamentösen Behandlung dar.

Tabea Kröber, Roland Kerpes und Prof. Thomas Becker

Danksagung

Die Autoren bedanken sich bei der Saaten-Union GmbH für die Bereitstellung von Getreideproben für das Forschungsprojekt. Ein weiterer Dank gilt dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) sowie der Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e.V. (IVLV).