ZIEL - Institute for Food & Health

Das ZIEL - Institute for Food & Health (ZIEL) an der TUM School of Life Sciences (SoLS) der Technischen Universität München (TUM) ist ein Zentralinstitut auf dem Campus Freising-Weihenstephan, das an der Schnittstelle zwischen Lebensmittelwissenschaft, Ernährungsforschung und Medizin interdisziplinäre Wissenschaft betreibt. Das ZIEL bekennt sich zum Erkenntnisgewinn am Menschen. Seit dem 1. Juli 2014 ist Prof. Dr. Dirk Haller, Direktor des ZIEL.

Geschichte[Bearbeiten]

Die Wurzeln des ZIEL liegen in der 1923 gegründeten Süddeutschen Versuchs- und Forschungsanstalt für Milchwirtschaft (SVFAM). 1930 erfolgte die Integration in die Technische Universität München (TUM) und die Weiterführung als integriertes Forschungszentrum. 1992 wurde die SVFAM in das Forschungszentrum für Milch und Lebensmittel (FML) umbenannt. Bis 2002 stand die Milch im Fokus der Forschung unter Einbeziehung von fünf Instituten (Chemie und Physik, Betriebswirtschaft, Mikrobiologie, Physiologie und Technologie). Mit der Auflösung des FML im Jahr 2003 wurde vom Präsidium das Zentralinstitut für Ernährungs- und Lebensmittelforschung(ZIEL) gegründet. Zu den aus der FML verbleibenden Forschungseinheiten (Mikrobiologie, Physiologie mit Versuchsstation Veitshof und Technologie) kommen die Einheiten Biochemie, Biofunktionalität und Ernährungsmedizin hinzu. Weiterhin wurden bisher eigenständige Betriebseinheiten (Bayer. Hauptversuchsanstalt für Landwirtschaft, HVA) und die Staatl. Brautechnische Prüf- und Versuchsanstalt als Serviceeinheit Bioanalytik (2003) bzw. als Serviceeinheit Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität (2005, FZWBLQ) in das neue Zentralinstitut integriert. Der wissenschaftliche Schwerpunkt verlagerte sich weg von der substratorientierten Lebensmittelforschung hin zur Ernährung. Ein externes Gutachten des ZIEL im Jahr 2013 stellte die wissenschaftliche Exzellenz der Mitglieder fest, bemängelte jedoch die veralteten Strukturen. Nach einer umfangreichen Restrukturierung präsentiert sich das ZIEL heute mit geschärftem wissenschaftlichem Profil und neuer Mitglieds- und Organisationsstruktur unter dem aktuellen Namen.

Grundidee des ZIEL[Bearbeiten]

Die gesundheitsbezogenen Fragestellungen im ZIEL wurden in drei Themenbereiche unterteilt - Mikrobiom, Stoffwechsel und Prävention. Vor diesem Hintergrund setzen sich die Mitglieder des ZIEL aus Wissenschaftlern und Experten der Technischen Universität München sowie externer Forschungsinstitute zusammen. Die Einrichtung von Plattformtechnologien (Core Facilities) soll Synergismen über Fakultäts- und Institutsgrenzen hinweg erzeugen.

Es soll Grundlagenforschung betrieben werden. Der universitätsübergreifende Forschungszusammenschluss arbeitet vor allem am Mikrobiom, an der Darmgesundheit und den Stoffwechselfunktionen. Die Forschungsergebnisse sollen der Prävention chronischer Erkrankungen zugutekommen.

Aufbau und Aufgaben[Bearbeiten]

Seit dem 1. Juli 2014 ist Dirk Haller, Inhaber des Lehrstuhls für Ernährung und Immunologie, Direktor des ZIEL. Dieses verfügt über eine flexible und themenorientierte Mitgliederstruktur, aufgrund derer sich die gebündelte Fachexpertise im ZIEL optimal nutzen lässt, um die Erforschung komplexer und fachübergreifender Fragestellungen zu ermöglichen.

Die bestehende Organisationsstruktur wird durch einen wissenschaftlichen Beirat (ZIEL Beirat) ergänzt. Der Beirat soll das ZIEL über dessen Forschungsausrichtung im Sinne einer konstruktiven Begleitung beraten und Empfehlungen zur strategischen Weiterentwicklung entwickeln.

Die „Core Facilities“ sollen der Umsetzung der Forschungsschwerpunkte im ZIEL dienen. Es wurden Plattformtechnologien zur Mikrobiomanalyse in Form von „Next Generation Sequencing“ und „Gnotobiologie“ (Core Facility Mikrobiom) eingerichtet, Interventionsstudien und Humanphänotypisierung (Core Facility Humanstudien) und Technologien zur Lebensmittelprozessierung (Core Facility Lebensmittelprozessierung, in Kooperation WZW, Fraunhofer IVV und ZIEL) werden möglich gemacht.

Das ZIEL unterhält ein thematisch zielgerichtetes Nachwuchsprogramm, das die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Gruppen fördert. Zusätzlich soll die „ZIEL Akademie“ die Aufgabe haben, neue Erkenntnisse der Lebensmittel- und Ernährungsforschung praxisnah nach innen und außen auf nationaler und internationaler Ebene durch die Organisation von Veranstaltungen zu kommunizieren.^[1]

Forschungsschwerpunkte[Bearbeiten]

Lebensmittel und Mikrobiom[Bearbeiten]

Dem Darm als Grenzfläche zwischen Organismus und einem einzigartigen mikrobiellen Ökosystem kommt im Rahmen der Mikrobiomforschung weltweites Interesse zu. Man geht derzeit davon aus, dass das Mikrobiom eine zentrale Bedeutung für die Gesundheit des Menschen hat. Die Verarbeitung von Lebensmitteln, die Zusammensetzung von Inhaltsstoffen und die Ernährung im Allgemeinen sind wichtige Faktoren, die die Zusammensetzung und Funktionalität des Mikrobioms maßgeblich beeinflussen. Quantitative und/oder qualitative Veränderungen des Mikrobioms können Auswirkungen auf die Immunabwehr und den Stoffwechsel haben und stehen mit zahlreichen chronischen Erkrankungen unserer Zeit in Verbindung. Das ZIEL widmet sich diesen komplexen Zusammenhängen durch den interdisziplinären Austausch von Expertenwissen und Forschung auf höchstem technischem Niveau.

Lebensmittel und Stoffwechsel[Bearbeiten]

Stoffwechsel-assoziierte Erkrankungen wie Adipositas, Typ 2 Diabetes (T2D) und koronare Herzerkrankungen (KHK), sind weltweit für ein stark erhöhtes Sterblichkeitsrisiko verantwortlich. Der Lebensstil und das Ernährungsverhalten sind wesentliche Umweltfaktoren, die speziell in hochentwickelten Industrienationen zu Stoffwechsel-assoziierten Erkrankungen beitragen. Die Pathogenese dieser Erkrankungen ist multifaktoriell, allerdings zeigt sich eine starke Vernetzung von Stoffwechsel und Immunsystem, was die Tatsache untermauert, dass Entzündungsprozesse einen wesentlichen Beitrag zur Ätiologie dieser Erkrankungen leisten.

Die detaillierte Phänotypisierung von Probanden ist eine zentrale Voraussetzung, um den Einfluss von Lebensmitteln auf Stoffwechselprozesse zu charakterisieren. Hier hat das ZIEL im Rahmen der Humanstudieneinheit in eine methodische Weiterentwicklung investiert. Zusammen mit immunologischen Expertisen am ZIEL und der TUM werden hier die Voraussetzungen geschaffen, neue Schwerpunkte an der Schnittstelle von Lebensmittel und Immunmetabolismus sowohl systemisch als auch zellular zu analysieren. In Kombination mit neuen Tiermodellen und dem Schwerpunkt Mikrobiom im Darm ist hier eine klare Fokussierung entstanden.^[2]

Lebensmittel und Prävention[Bearbeiten]

Falsche Ernährung und ein ungesunder Lebensstil sind Teil einer erkrankungsfördernden Umwelt. Untersuchungen mit Hilfe prospektiver Kohorten erlauben Epidemiologen einen Einblick in populationsbezogene Risikofaktoren für ernährungs- bzw. lebensstilabhängige Erkrankungen, wobei das individuelle Risiko und eine gezielte Prävention so gut wie nicht wissenschaftlich etabliert ist. Demographischer Wandel und urbaner Lebensstil sind globale Herausforderungen, die sich auf die Produktion von Lebensmitteln auswirken werden. Gezielte Untersuchungen zur Wirkung neuer Rohstoffe und Herstellungsverfahren sind Grundlage für eine evidenzbasierte Beurteilung von Lebensmitteln. Das ZIEL hat alle Voraussetzung, um von den Grundlagen bis zur Intervention am Menschen, lebensmittel mit Blick auf die Gesundheit und Prävention von Erkrankungen zu testen.

Core Facilities (Zentrale Einrichtungen)[Bearbeiten]

Die „Core Facilities“ dienen der Umsetzung der Forschungsschwerpunkte im ZIEL und etablieren Plattformtechnologien zur Mikrobiomanalyse in Form von Next Generation Sequencing und Gnotobiologie (Core Facility Mikrobiom), Interventionsstudien und Humanphänotypisierung (Core Facility Humanstudien) und Technologien zur Lebensmittelprozessierung (Core Facility Lebensmittelprozessierung/Kooperation WZW, Fraunhofer IVV und ZIEL). Damit will das ZIEL einzigartige Plattformen für die Erforschung der Zusammenhänge von Ernährung und Gesundheit beim Menschen bieten:

Core Facility Mikrobiom

Die Einrichtung widmet sich der Erforschung komplexer Zusammenhänge zwischen intestinaler Mikrobiota und ihrem Wirtsorganismus. Sie setzt sich aus den Einheiten „Gnotobiologie“ und „Next Generation Sequencing (NGS)“ zusammen, die eine vollständige Analyse der intestinalen Bakteriengemeinschaft (Mikrobiom) ermöglicht. Das Team der Core Facility vereint Expertenwissen in den Bereichen der Mikrobiologie, mikrobiellen Ökologie, Bakteriengenetik, Hochdurchsatz-Sequenzierung und Bioinformatik. Das qualifizierte Personal der Gnotobiologie stellt in der Tierhaltung den Ablauf der experimentellen Studien unter keimfreien Bedingungen sicher. Durch die Kombination der beiden Untereinheiten soll es möglich werden, eine durchgehende Forschungsplattform anzubieten, die vom Tiermodell bis zur molekularen Charakterisierung der Bakteriengemeinschaften reicht.

Core Facility Humanstudien

Schwerpunkt dieser Einrichtung sind Humanstudien aus dem ernährungsmedizinischen Bereich. Als Grundlage dafür dient die Erhebung der unterschiedlichen Körpermerkmale (Phänotypisierung). Mit teilweise einfachen Bestimmungen z. B. des Körpergewichts oder des Bauchumfangs wird zusammen mit Blutanalysen und physiologischen Untersuchungen (wie der Spiroergometrie) der Leistungs- und Gesundheitszustand der Studienteilnehmer/-innen bestimmt. Verschiedene Fragebögen lassen Rückschlüsse auf den Lebensstil zu und geben Auskunft über mögliche Gesundheitsrisiken.

Core Facility Gnotobiologie

Die Core Facility Gnotobiologie bietet die Möglichkeit, den Einfluss des Mikrobioms oder einzelner Bakterien in einem zunächst keimfreien Tiermodell zu untersuchen. Dabei können sowohl gesundheitsbezogene als auch krankheitsassoziierte Fragestellungen in verschiedenen Mausmodellen untersucht werden. Die Tiere werden unter keimfreien Bedingungen in einem kontrollierten System artgerecht gehalten und können im experimentellen Aufbau gezielt mit einzelnen Bakterien oder komplexeren Proben assoziiert werden. Die weiterführenden Analysen der einzelnen Gewebe und Organe (Histologie, Bestimmung von Entzündungsmarkern, Metaboliten usw.) können darüber Aufschluss geben, welchen kausalen Einfluss das Mikrobiom oder die einzelnen Bakterienarten auf die Gesundheit und den Stoffwechsel der Tiere haben.

ZIEL Nachwuchsförderung[Bearbeiten]

Das ZIEL unterhält ein thematisch fokussiertes Promotionsprogramm sowie mehrere Arbeitsgruppen und eine Emmy Noether Group for Computational Microbiome Research. Diese generieren Synergismen über die Fakultäts- und Institutsgrenzen hinweg, es soll die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Gruppen gefördert werden.