Voedingsgeheugen: hoe je lichaam vastlegt wat het wel en niet kreeg
Stel je voor: twee mensen eten vandaag precies hetzelfde bord eten. Toch reageert hun lichaam daar niet identiek op, omdat het al een geschiedenis heeft. Wie ooit een periode van honger, overvloed of eenzijdige voeding heeft meegemaakt, draagt daarvan sporen met zich mee, soms tientallen jaren later en soms zelfs door in de volgende generatie. Die sporen worden niet vastgelegd als bewuste herinnering, maar als kleine chemische aantekeningen op het DNA. Onderzoekers noemen dit fenomeen voedingsgeheugen (in het Engels: nutritional memory of metabolic memory).
Vergelijk het met een notitieboekje dat naast je genen ligt. De tekst van het boek, je DNA-code, verandert niet, maar er worden wel potloodaantekeningen bijgeschreven: kleine markeringen die zeggen "dit gen extra hard aflezen" of "dit gen juist overslaan". Die aantekeningen heten epigenetische markers, en ze kunnen ontstaan door honger, stress, ziekte of juist overvloed. Voedingsgeheugen is het idee dat het lichaam op deze manier onthoudt wat het heeft meegemaakt, en dat die herinnering het risico op ziekten als diabetes, hart- en vaatziekten en obesitas jaren of generaties later kan beïnvloeden.
Wat is het precies?
Om te begrijpen hoe voedingsgeheugen werkt, moet je onderscheid maken tussen de genen zelf en de manier waarop ze worden afgelezen. Elke cel in je lichaam bevat vrijwel dezelfde DNA-code, maar niet elk gen staat overal "aan". Het epigenoom, letterlijk "boven het genoom", bepaalt welke genen actief zijn en welke stil worden gelegd, een soort besturingssysteem bovenop de hardware van het DNA.
De belangrijkste knop in dat systeem is DNA-methylering: het aanhechten van een klein molecuul, een methylgroep, op een specifieke plek in het DNA. Een gen met veel methylering wordt doorgaans minder afgelezen, een gen met weinig methylering juist meer. Voeding, of het gebrek eraan, kan dit patroon beïnvloeden, omdat veel bouwstoffen voor methylgroepen, zoals foliumzuur, vitamine B12 en choline, rechtstreeks uit de voeding komen.
Als een foetus in de baarmoeder, een baby of zelfs een volwassene een periode van ondervoeding, overvoeding of eenzijdige voeding meemaakt, kan dat leiden tot blijvende aanpassingen in dit methyleringspatroon. Die aanpassingen blijven vaak bestaan nadat de voedingssituatie allang is genormaliseerd, vandaar de term "geheugen". Het lichaam heeft zich als het ware ingesteld op een bepaalde voedingssituatie, en die instelling verdwijnt niet zomaar wanneer de situatie verandert.
Er zijn twee vormen te onderscheiden. De eerste is geheugen binnen één levensloop: iemand die als kind honger leed, draagt daar op oudere leeftijd nog epigenetische sporen van. De tweede, meer omstreden vorm is transgenerationeel geheugen: aanwijzingen dat epigenetische markers via eicellen of zaadcellen kunnen worden doorgegeven aan kinderen en soms kleinkinderen, zonder dat die zelf de honger of overvloed hebben meegemaakt.
Wat wil men ermee bereiken?
Onderzoekers bestuderen voedingsgeheugen om drie met elkaar samenhangende redenen.
Ten eerste wil men verklaren waarom sommige mensen op latere leeftijd diabetes, obesitas of hart- en vaatziekten ontwikkelen, terwijl hun huidige leefstijl niet wezenlijk afwijkt van die van gezonde leeftijdsgenoten. Voedingsgeheugen biedt een verklaring die verder teruggaat dan de huidige levensstijl: soms ligt de oorzaak al in de baarmoeder of de vroege kindertijd.
Ten tweede hoopt men vroege biomarkers te vinden, meetbare signalen die iets zeggen over toekomstig ziekterisico. Als een specifiek methyleringspatroon betrouwbaar voorspelt wie een verhoogd risico loopt op bijvoorbeeld type 2-diabetes, kan preventieve zorg veel gerichter worden ingezet, nog voordat er klachten zijn.
Ten derde speelt volksgezondheidsbeleid een rol. Inzicht in voedingsgeheugen onderstreept waarom investeren in goede voeding tijdens zwangerschap en de eerste levensjaren zo veel effect kan hebben, niet alleen op het kind zelf maar mogelijk ook op toekomstige generaties. Dat is relevant voor beleid rond armoede, voedselzekerheid en zwangerschapszorg.
Sommige onderzoeksgroepen onderzoeken bovendien of epigenetische veranderingen omkeerbaar zijn, of je het "geheugen" actief kunt wissen of herschrijven, bijvoorbeeld met stoffen die aangrijpen op methylering. Dat werk staat nog in een pril stadium en is vooralsnog vooral experimenteel.
Voorbeelden uit de praktijk
De Nederlandse Hongerwinter-studie (vanaf de jaren negentig, sleutelpublicatie 2008). Tijdens de Hongerwinter van 1944-1945 leed het westen van Nederland, toen nog bezet door Duitse troepen, extreme voedselschaarste. Onderzoekers van het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) volgen, samen met onder meer epidemioloog L.H. Lumey van Columbia University, al decennia mensen die deze periode als foetus meemaakten. In 2008 toonden Bas Heijmans, Elmar Tobi en collega's aan dat deze groep, zestig jaar later, een afwijkend methyleringspatroon had op het IGF2-gen, een gen dat betrokken is bij groei, vergeleken met hun eigen broers en zussen die niet aan de honger waren blootgesteld. Het was een van de eerste harde aanwijzingen voor blijvend voedingsgeheugen bij mensen.
De Överkalix-cohortstudie (Zweden, publicaties vanaf 2001). In het Noord-Zweedse Överkalix koppelden onderzoekers Lars Olov Bygren en later Marcus Pembrey historische landbouw- en oogstgegevens uit de negentiende eeuw aan sterfte- en gezondheidsgegevens van latere generaties. Ze vonden aanwijzingen dat een periode van overvloedig voedsel bij grootvaders, tijdens hun eigen jeugdgroei, samenhing met een hoger sterfterisico door diabetes bij hun kleinzonen, mogelijk via epigenetische sporen die via de mannelijke lijn werden doorgegeven. De studie is invloedrijk maar ook omstreden, omdat de historische data lastig te controleren zijn voor andere verklaringen.
De DCCT/EDIC-diabetesstudie (Verenigde Staten, sinds 1983). In deze grote Amerikaanse studie, gecoördineerd door het National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK), kregen mensen met type 1-diabetes jarenlang intensieve of standaardbehandeling voor hun bloedsuiker. Toen beide groepen na afloop van de eerste onderzoeksfase weer even goed werden ingesteld, bleven de deelnemers die aanvankelijk de intensieve behandeling kregen tientallen jaren later toch minder oog- en nierschade houden. Onderzoekers noemden dit de "metabolic memory" of het "legacy effect": het lichaam onthield kennelijk de eerdere bloedsuikerpieken, vermoedelijk via epigenetische mechanismen in bloedvatweefsel.
De Barker-hypothese en DOHaD (Verenigd Koninkrijk, vanaf eind jaren tachtig). De Britse epidemioloog David Barker viel op dat baby's met een laag geboortegewicht op latere leeftijd vaker hart- en vaatziekten kregen. Zijn "foetale-oorsprong-hypothese" groeide uit tot het bredere onderzoeksveld DOHaD (Developmental Origins of Health and Disease), dat voedingsgeheugen als een van de kernmechanismen beschouwt waarmee omstandigheden vroeg in het leven doorwerken in gezondheid decennia later.
Diermodellen met vadergeheugen (jaren 2010 tot heden). Bij muizen is aangetoond dat het dieet van vaders vóór de bevruchting het metabolisme van hun nakomelingen kan beïnvloeden, vermoedelijk via kleine RNA-moleculen in het sperma. Dit soort dierstudies wordt gebruikt om mechanismen te testen die bij mensen ethisch niet te onderzoeken zijn, en vormt een brug tussen de menselijke cohortstudies en fundamenteel laboratoriumonderzoek.
Hoe ver is de techniek?
Dat voedingsgeheugen bestaat, staat inmiddels vast: tientallen cohortstudies en dierexperimenten laten zien dat vroege voedingsomstandigheden meetbare, jarenlange sporen achterlaten in het epigenoom. Het meten van die sporen is de afgelopen vijftien jaar sterk verbeterd dankzij goedkopere en snellere DNA-sequencingtechnieken, waarmee methyleringspatronen op honderdduizenden plekken in het genoom tegelijk in kaart kunnen worden gebracht.
Toch is het veld nog verre van rijp voor grootschalige klinische toepassing. Een belangrijk obstakel is dat de gevonden verbanden vooral statistisch zijn: op groepsniveau is duidelijk dat vroege honger of overvloed het gemiddelde ziekterisico verschuift, maar voor een individu is op basis van een methyleringspatroon nog niet betrouwbaar te voorspellen wie ziek wordt en wie niet. De zogeheten "epigenetische klokken", die biologische leeftijd en gezondheidsrisico's schatten op basis van methylering, worden wel steeds nauwkeuriger, maar worden vooral in onderzoek gebruikt en nog nauwelijks in de spreekkamer.
Een tweede obstakel is het onderscheid tussen samenhang en oorzaak. Bij mensen is het onmogelijk om, zoals bij muizen, gecontroleerde hongerexperimenten uit te voeren; onderzoekers zijn aangewezen op historische gebeurtenissen zoals de Hongerwinter of oorlogsblokkades, waarbij andere factoren, zoals stress, medische zorg en sociale omstandigheden, nooit volledig zijn uit te sluiten.
Het meest omstreden punt is de transgenerationele overdracht bij mensen: het idee dat epigenetische markers niet alleen een levenslang geheugen vormen, maar ook via de kiembaan, eicellen en zaadcellen, aan kinderen en kleinkinderen worden doorgegeven. Bij planten en sommige dieren is dit overtuigend aangetoond; bij mensen blijft het bewijs indirect en wordt het door een deel van de wetenschappelijke gemeenschap met scepsis bekeken, mede omdat menselijke cohortstudies zelden meer dan twee generaties met harde data kunnen volgen.
Ten slotte is er voorzichtig onderzoek naar het actief beïnvloeden van voedingsgeheugen, bijvoorbeeld met stoffen die methylering afremmen. Dat werk bevindt zich grotendeels nog in de laboratoriumfase en moet niet worden verward met de vele ongefundeerde "epigenetische" voedingssupplementen die inmiddels op de markt worden aangeboden.
Wie werken eraan?
Het onderzoek naar voedingsgeheugen is sterk internationaal verspreid en combineert epidemiologie, moleculaire biologie en volksgezondheid.
In Nederland speelt het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) een centrale rol via de Hongerwinter-cohortstudie, met onderzoekers als Bas Heijmans en Elmar Tobi op het gebied van epigenetica en veroudering. Deze samenwerking loopt al decennia samen met de groep van L.H. Lumey aan Columbia University in de Verenigde Staten.
In Zweden zijn Umeå Universiteit, waar Lars Olov Bygren werkte, en University College London, met Marcus Pembrey, verbonden aan de Överkalix-studies naar transgenerationele effecten.
Op het gebied van diabetes en metabolic memory coördineert het Amerikaanse National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK), onderdeel van de National Institutes of Health (NIH), de DCCT/EDIC-studie samen met tientallen medische centra in de Verenigde Staten en Canada.
Het bredere DOHaD-veld wordt internationaal verbonden via de International Society for Developmental Origins of Health and Disease, met sterke onderzoeksgroepen aan onder meer de universiteit van Southampton, de bakermat van David Barkers werk, en het Erasmus MC in Rotterdam, dat via de Generation R-studie eigen cohortonderzoek naar vroege ontwikkeling en gezondheid uitvoert.
Daarnaast dragen grote epigenetica-onderzoeksinstituten zoals het Babraham Institute in het Verenigd Koninkrijk en het Max Planck Institute for Molecular Genetics in Duitsland bij aan het ophelderen van de onderliggende moleculaire mechanismen.
Verder lezen
- Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) — coördinator van de Nederlandse Hongerwinter-cohortstudie naar epigenetica en gezondheid.
- International Society for Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD) — het internationale wetenschappelijke platform voor onderzoek naar vroege oorsprongen van latere ziekte.
- National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK) — Amerikaans instituut achter de DCCT/EDIC-diabetesstudie en het concept "metabolic memory".
- Nature — wetenschappelijk tijdschrift met regelmatig baanbrekende publicaties over epigenetica en voedingsgeheugen.
- PubMed (National Center for Biotechnology Information) — doorzoekbare databank van wetenschappelijke publicaties, waaronder de originele studies over de Hongerwinter en Överkalix.