Umweltverschmutzung trägt Schätzungen zufolge zu etwa jedem sechsten Todesfall weltweit bei. Dennoch lassen sich einzelne Umweltfaktoren oft nur schwer eindeutig mit bestimmten Krankheiten in Verbindung bringen. Ein Grund dafür ist die enorme Komplexität des sogenannten Exposoms – der Gesamtheit aller Umwelteinflüsse, denen ein Mensch im Laufe seines Lebens ausgesetzt ist. Chemische Stoffe werden meist nach ihrer Struktur oder Herkunft eingeordnet. Für ihre Wirkung im Körper ist jedoch etwas anderes entscheidend: Welche biologischen Prozesse sie beeinflussen.

Warum Umwelteinflüsse so schwer mit Krankheiten verknüpft werden können

Genau dort setzt die Studie veröffentlicht in Nature Communications, unter der Leitung von Jörg Menche, vom CeMM der ÖAW und vom Ludwig Boltzmann Institut für Netzwerkmedizin, an. Das Team analysierte nahezu 10.000 Umwelteinflüsse – von Schadstoffen über Nahrungsbestandteile bis hin zu Medikamenten – und untersuchte, auf welche menschlichen Gene und Proteine sie wirken. Daraus entstand ein groß angelegtes Netzwerk, das Expositionen nach ihren biologischen Effekten statt nach ihrer chemischen Struktur ordnet.

Dabei zeigte sich ein klares Muster: Chemisch völlig unterschiedliche Stoffe greifen häufig dieselben biologischen Signalwege an – etwa jene, die Entzündungen, den Stoffwechsel oder die Blutgerinnung steuern. Der Körper reagiert also weniger auf die chemische Identität einer Substanz als auf die biologischen Systeme, die sie beeinflusst.

Zentrale Proteine bestimmen das Gesundheitsrisiko

Um besser zu verstehen, warum manche Expositionen besonders schädlich sind, untersuchte das Forschungsteam außerdem, an welcher Stelle sie in das Netzwerk menschlicher Proteine eingreifen. Nicht alle Proteine sind dabei gleich wichtig: Einige fungieren als zentrale Schaltstellen für zahlreiche biologische Prozesse. Die Studie zeigt, dass Expositionen, die solche Knotenpunkte beeinflussen, besonders weitreichende Auswirkungen haben können. Daraus ergibt sich ein grundlegendes Prinzip: Je zentraler das betroffene Protein im biologischen Netzwerk, desto größer das potenzielle Gesundheitsrisiko.

Anschließend verglichen die Forschenden ihre Ergebnisse mit Gesundheits- und Umweltdaten aus ganz Europa. Dabei zeigte sich: Länder mit einer höheren Belastung durch bestimmte Expositionen weisen auch häufiger jene Krankheiten auf, die das Netzwerk für diese Stoffe vorhersagt. Die biologische Nähe zwischen einer Exposition und einer Krankheit könnte damit helfen, gesundheitliche Risiken künftig besser einzuschätzen.

Grundlage für bessere Prävention und Umweltüberwachung

„Unsere Ergebnisse eröffnen 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 Studie schafft damit eine Grundlage für ein systematischeres Verständnis des Exposoms und schlägt eine Brücke zwischen molekularer Forschung und öffentlicher Gesundheit. Langfristig könnte dieser Ansatz dazu beitragen, bislang verborgene Gesundheitsrisiken frühzeitig zu erkennen, die Umweltüberwachung gezielter zu gestalten und Präventionsmaßnahmen wirksamer auszurichten.