Einführung
Aminosäuren sind zentrale Bestandteile des menschlichen Stoffwechsels. Sie dienen nicht nur als Bausteine von Proteinen, sondern sind auch an Energiegewinnung, Immunregulation, Neurotransmittersynthese, Hormonstoffwechsel, Muskelaufbau und Regenerationsprozessen beteiligt. Veränderungen im Aminosäureprofil können daher Hinweise auf metabolische Dysbalancen geben.
In diesem Zusammenhang wurde gemeinsam mit der Firma OakLabs Scientific ein präventionsorientierter Gesundheitstest entwickelt.
Der beschriebene Gesundheitstest basiert auf der Messung ausgewählter Aminosäuren und verwandter Metabolite. Diese werden im Zusammenhang mit verschiedenen Gesundheitsbereichen interpretiert, darunter Schlaf und Stimmung, chronische Entzündungen, Herz-Kreislauf-Risiko, Diabetes-Typ-II-Risiko, Schilddrüsenstoffwechsel sowie Fitness, Muskelaufbau und Regeneration.
Während die membraPure GmbH für die analytische Umsetzung verantwortlich war, übernahm OakLabs Scientificdie Kundenkommunikation, die Bereitstellung und den Versand der Probenentnahmematerialien sowie die Interpretation und Beurteilung der Analyseergebnisse sowie die Übermittlung der Ergebnisse an die Kunden.
Der Test ist als Lifestyle- und Präventionstest konzipiert. Er ersetzt keine medizinische Diagnose und keine ärztliche Beratung. Auffällige Ergebnisse sollten, insbesondere bei Symptomen oder bestehenden Risikofaktoren, ärztlich abgeklärt werden.
Das Basisprofil umfasst unter anderem Tryptophan, Kynurenin, Histidin, Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Threonin und Valin. Im erweiterten Testprofil können zusätzlich Arginin, asymmetrisches Dimethylarginin, Alanin, Prolin, Taurin, Glutamin, Serin und Tyrosin bestimmt werden.
Diese Analyten wurden ausgewählt, da sie mit wichtigen Stoffwechselwegen verbunden sind. Tryptophan und Kynurenin sind relevante Marker des Tryptophan-Kynurenin-Stoffwechsels, der mit Immunaktivierung und Entzündungsprozessen in Verbindung gebracht wird. Die verzweigtkettigen Aminosäuren Valin, Leucin und Isoleucin sind wichtig für Muskelstoffwechsel und Energiehaushalt und werden zudem im Zusammenhang mit Insulinresistenz und Diabetes-Typ-II-Risiko diskutiert. Arginin und asymmetrisches Dimethylarginin sind am Stickstoffmonoxid-Stoffwechsel beteiligt und daher für die Beurteilung der endothelialen Funktion und des Herz-Kreislauf-Risikos von Interesse. Tyrosin und Phenylalanin sind Vorstufen wichtiger Botenstoffe und stehen mit catecholamin- und schilddrüsenbezogenen Stoffwechselwegen in Verbindung.
Abbildung 1: Testkit für den Gesundheitstest mit Blutröhrchen, Lanzetten, Alkoholtupfer, Pflaster, Rücksendeumschlag und Testanleitung.
Probenvorbereitung und Analyse
Die Probengewinnung erfolgt durch den Kunden mithilfe des bereitgestellten Gesundheitstest-Kits. Dieses enthält die für die kapillare Blutentnahme und den Rückversand erforderlichen Materialien. Hierfür wird ein 300 µL Lithium-Heparin-Röhrchen genutzt. Es ist wichtig, dass sich tatsächlich 300 µL Blut im Röhrchen befinden, damit die Analyse optimal durchgeführt werden kann. Alternativ zur Finger-Lanzette kann über den Onlineshop ein alternatives Blutentnahmesystem („TAPmicro“) für den Oberarm bestellt werden. Für die genaue Durchführung sind auch Erklärvideos verfügbar.
Zusätzlich werden gesundheits- und lebensstilbezogene Angaben über einen Fragebogen erfasst, die im Rahmen der späteren Ergebnisdarstellung berücksichtigt werden. Der Fragebogen ist nicht Bestandteil der analytischen Messung, sondern ergänzt die Laborergebnisse um kontextbezogene Informationen. Die Kombination aus quantitativem Aminosäureprofil und Fragebogendaten bildet die Grundlage für die personalisierte Ergebnisdarstellung.
Abbildung 2: Blutabnahme mit Lanzette aus dem Finger
Nach Eingang im Labor wird die Blutprobe registriert und eindeutig über die zugehörige Proben-ID identifiziert. Anschließend wird die Probe für die Plasmaabtrennung mittels Zentrifugation vorbereitet. Nach einer nachgeschalteten Proteinfällung steht die Probe zur Aminosäureanalytik bereit.
Die Aminosäuren werden mittels Ionenaustauschchromatographie getrennt und anschließend mittels Nachsäulenderivatisierung mit Ninhydrin derivatisiert und photometrisch detektiert. Die chromatographische Trennung erfolgt mit einer physiologischen Hochauflösungsmethode, die für die Bestimmung freier Aminosäuren und ausgewählter aminosäurebezogener Biomarker geeignet ist.
Abbildung 3: Aminosäureanalysator ARACUS.
Zur Quantifizierung werden geeignete Aminosäurestandards sowie ein interner Standard verwendet. Der eingesetzte Standard umfasst die relevanten proteinogenen Aminosäuren und wird durch zusätzliche aminosäurebezogene Biomarker ergänzt, die für das Testprofil erforderlich sind. Zur Qualitätskontrolle werden Standards regelmäßig innerhalb der Messsequenz analysiert, um die Stabilität des Systems und die Vergleichbarkeit der Ergebnisse sicherzustellen.
Nach Abschluss der Messung werden die chromatographischen Daten ausgewertet und die Konzentrationen der ausgewählten Aminosäuren und aminosäurebezogenen Biomarker berechnet.
Die Ergebnisse werden anschließend mit den Angaben aus dem Gesundheitsfragebogen zusammengeführt und in einem personalisierten Ergebnisbericht dargestellt. Die detaillierte Bewertungslogik sowie interne Entscheidungsgrenzen sind Bestandteil des proprietären Auswerteverfahrens und werden in dieser Application Note nicht offengelegt.
Untersuchte Analyten
Tabelle 1: Ausgewählte Aminosäuren und aminosäurebezogene Biomarker des Gesundheitstests.
| Analyt | Abkürzung | Stoffwechselbezogene Relevanz |
| Tryptophan | Trp | Vorstufe von Serotonin, Melatonin und Kynurenin |
| Kynurenin | Kyn | Marker des Tryptophanabbaus und immunassoziierter Stoffwechselwege |
| Histidin | His | Proteinogene Aminosäure; Histamin-Stoffwechsel und Pufferkapazität |
| Isoleucin | Ile | Verzweigtkettige Aminosäure; Muskel- und Energiestoffwechsel |
| Leucin | Leu | Verzweigtkettige Aminosäure; Proteinsynthese und Muskelstoffwechsel |
| Valin | Val | Verzweigtkettige Aminosäure; Energie- und Muskelstoffwechsel |
| Lysin | Lys | Essenzielle Aminosäure; Protein- und Kollagenstoffwechsel |
| Methionin | Met | Essenzielle Aminosäure; Methylierungs- und Schwefelstoffwechsel |
| Phenylalanin | Phe | Vorstufe von Tyrosin |
| Tyrosin | Tyr | Vorstufe von Catecholaminen und Schilddrüsenhormonen |
| Threonin | Thr | Essenzielle Aminosäure; Protein- und Schleimhautstoffwechsel |
| Arginin | Arg | Stickstoffmonoxid-Stoffwechsel und endotheliale Funktion |
| Asymmetrisches Dimethylarginin | ADMA | Endogener Hemmstoff der NO-Synthase; kardiovaskuläre Relevanz |
| Alanin | Ala | Glukose-Alanin-Zyklus und Energiestoffwechsel |
| Prolin | Pro | Kollagen- und Bindegewebsstoffwechsel |
| Taurin | Tau | Osmoregulation, Gallensäurekonjugation und Muskelstoffwechsel |
| Glutamin | Gln | Stickstofftransport, Immun- und Darmstoffwechsel |
| Serin | Ser | Ein-Kohlenstoff-Stoffwechsel und Phospholipidsynthese |
Tabelle 2: Ausgewählte Analysebereiche des Gesundheitstests und beispielhafte relevante Aminosäuren
| Analysebereich | Relevante Analyten | Stoffwechselbezogene Einordnung |
| Schlaf und Stimmung | Tryptophan, Kynurenin, Tyrosin, Phenylalanin | Aminosäuren und Metabolite mit Bezug zu Neurotransmitter- und Tryptophanstoffwechsel |
| Chronische Entzündung | Tryptophan, Kynurenin, Histidin | Parameter mit Bezug zu immunassoziierten Stoffwechselwegen |
| Glukose- und Energiestoffwechsel | Valin, Leucin, Isoleucin, Alanin | Aminosäuren mit Relevanz für Energiehaushalt, Muskelstoffwechsel und metabolische Balance |
| Herz-Kreislauf-Stoffwechsel | Arginin, ADMA | Parameter mit Bezug zum Stickstoffmonoxid-Stoffwechsel und zur endothelialen Funktion |
| Schilddrüsenbezogener Stoffwechsel | Tyrosin, Phenylalanin, Methionin, Lysin | Aminosäuren mit Bezug zu Vorstufenverfügbarkeit und allgemeinem Proteinmetabolismus |
| Fitness und Regeneration | Leucin, Isoleucin, Valin, Glutamin, Taurin, Alanin, Prolin | Aminosäuren mit Bezug zu Muskelstoffwechsel, Regeneration und Proteinversorgung |
Ergebnisse und Diskussion
Die Interpretation der Ergebnisse erfolgt nicht anhand einzelner isolierter Aminosäuren, sondern über die Betrachtung definierter Stoffwechselmuster. Hierbei werden die gemessenen Konzentrationen ausgewählter Aminosäuren und aminosäurebezogener Metabolite in Bezug zu wissenschaftlich beschriebenen Stoffwechselwegen gesetzt. Ergänzend werden Angaben aus dem Gesundheits- und Lebensstilfragebogen berücksichtigt, um die Laborwerte in einen individuellen Kontext einzuordnen.
Das Aminosäureprofil kann Hinweise darauf geben, ob essenzielle und funktionell relevante Aminosäuren ausreichend verfügbar sind. Daraus können Empfehlungen zur Proteinzufuhr, Proteinqualität, Mahlzeitenstruktur, Regeneration und Trainingsbegleitung abgeleitet werden.
Abbildung 5: Ausschnitt aus dem Report; beispielhafte Werte und grafische Darstellung für Fitness und Muskelaufbau
Die daraus abgeleiteten Informationen werden in einem personalisierten Ergebnisbericht zusammengeführt. Die in dieser Application Note dargestellte Methode fokussiert auf die analytische Bestimmung der relevanten Parameter. Die detaillierte Bewertungslogik, interne Entscheidungsgrenzen sowie die Ableitung individueller Empfehlungen sind Bestandteil des proprietären Auswerteverfahrens und werden nicht im Detail offengelegt.
Chronische Entzündung, Schlaf und Stimmung
Tryptophan und Kynurenin sind zentrale Analyten des Basisprofils. Tryptophan ist eine essenzielle Aminosäure und dient als Vorstufe von Serotonin und Melatonin. Diese Stoffwechselwege sind mit Stimmung, Schlaf und zirkadianer Regulation verbunden.
Kynurenin entsteht aus Tryptophan über den Kynurenin-Stoffwechselweg. Dieser Stoffwechselweg kann durch Immunaktivierung und entzündliche Prozesse beeinflusst werden. Eine Veränderung des Verhältnisses von Tryptophan zu Kynurenin kann daher als Hinweis auf eine veränderte immunassoziierte Stoffwechselaktivität dienen.
Glucose- und Energiestoffwechsel und verzweigtkettige Aminosäuren
Die verzweigtkettigen Aminosäuren Valin, Leucin und Isoleucin sind essenzielle Aminosäuren und spielen eine wichtige Rolle im Muskel- und Energiestoffwechsel. Gleichzeitig werden erhöhte BCAA-Konzentrationen in der wissenschaftlichen Literatur mit Insulinresistenz und einem erhöhten Risiko für Typ-II-Diabetes in Verbindung gebracht.
Im Gesundheitstest wird das BCAA-Muster daher als ein metabolischer Hinweisgeber für den glucose- und insulinbezogenen Stoffwechsel betrachtet. Eine Erhöhung der BCAA-Werte stellt keine Diabetesdiagnose dar. In Kombination mit Lebensstilfaktoren, Körpergewicht, Ernährung und weiteren Laborparametern kann sie jedoch auf einen präventionsrelevanten Handlungsbedarf hinweisen.
Herz-Kreislauf-Risiko
Arginin und asymmetrisches Dimethylarginin sind relevante Marker für die Beurteilung des Stickstoffmonoxid-Stoffwechsels. Arginin dient als Substrat für die Bildung von Stickstoffmonoxid, das eine wichtige Rolle für Gefäßfunktion und endotheliale Regulation spielt. ADMA kann die NO-Synthase hemmen und wird daher im Zusammenhang mit endothelialer Dysfunktion und kardiovaskulärem Risiko diskutiert.
Die Bestimmung von Arginin und ADMA kann zusätzliche Hinweise auf die Regulation der Gefäßfunktion liefern. Die Werte sollten jedoch nicht isoliert betrachtet werden, sondern im Zusammenhang mit etablierten Risikofaktoren wie Blutdruck, Lipidprofil, Rauchen, Alter, Körpergewicht und familiärer Vorbelastung.
Schilddrüsenbezogener Stoffwechsel
Tyrosin und Phenylalanin sind für schilddrüsenbezogene Stoffwechselwege relevant. Phenylalanin kann zu Tyrosin umgewandelt werden, und Tyrosin ist ein wichtiger Vorläufer bei der Synthese von Schilddrüsenhormonen. Methionin und Lysin tragen zusätzlich zur allgemeinen Protein- und Stoffwechselfunktion bei.
Eine Aminosäureanalyse kann Schilddrüsenerkrankungen nicht diagnostizieren. Sie kann jedoch Hinweise darauf geben, ob relevante Vorstufen in ausreichender Menge verfügbar sind. Bei Symptomen wie Müdigkeit, Kälteempfindlichkeit, Gewichtszunahme oder Leistungsminderung sollten etablierte Schilddrüsenparameter wie TSH, fT3, fT4 und Schilddrüsenantikörper zusätzlich ärztlich überprüft werden.
Fitness, Muskelstoffwechsel und Regeneration
Für Fitness, Muskelaufbau und Regeneration sind insbesondere die verzweigtkettigen Aminosäuren sowie Alanin, Prolin, Taurin, Glutamin und Serin von Interesse. Diese Analyten stehen mit Muskelproteinsynthese, Energiehaushalt, Bindegewebsstoffwechsel, Stickstofftransport und Regenerationsfähigkeit in Verbindung.
Fazit
Mit dem ARACUS Aminosäureanalysator können Aminosäureprofile in humanen Blutproben mittels Ionenaustauschchromatographie, Nachsäulenderivatisierungmit Ninhydrin und photometrischer Detektion bei 440 nm und 570 nm bestimmt werden. Die Methode eignet sich für die quantitative Analyse ausgewählter Aminosäuren und aminosäurebezogener Biomarker im Rahmen eines präventionsorientierten Gesundheitstests.
Der beschriebene Gesundheitstest kombiniert analytische Messdaten mit einer stoffwechselorientierten Betrachtung ausgewählter Aminosäuremuster. Das resultierende Profil kann personalisierte Empfehlungen in den Bereichen Schlaf und Stimmung, chronische Entzündung, Herz-Kreislauf-Stoffwechsel, Glukose- und Energiestoffwechsel, schilddrüsenbezogener Stoffwechsel sowie Fitness und Regeneration unterstützen.
Referenzen
Capuron L. et al. Chronic low-grade inflammation in elderly persons is associated with altered tryptophan and tyrosine metabolism: role in neuropsychiatric symptoms. Biological Psychiatry, 2011.
Sorgdrager F. J. H. et al. Tryptophan Metabolism in Inflammaging: From Biomarker to Therapeutic Target. Frontiers in Immunology, 2019.
Hunt C. et al. Effect of Immune Activation on the Kynurenine Pathway and Depression Symptoms: A Systematic Review and Meta-Analysis. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 2020.
Pan J. X. et al. Diagnosis of major depressive disorder based on changes in multiple plasma neurotransmitters: a targeted metabolomics study. Translational Psychiatry, 2018.
Kurgan S. et al. Influence of periodontal inflammation on tryptophan-kynurenine metabolism: a cross-sectional study. Clinical Oral Investigations, 2022.
Flores-Guerrero J. L. et al. Plasma branched-chain amino acids and risk of incident type 2 diabetes. Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 2018.
Schlesinger S. et al. Asymmetric and symmetric dimethylarginine as risk markers for total mortality and cardiovascular outcomes: a systematic review and meta-analysis. PLOS ONE, 2016.
membraPure GmbH. ARACUS Amino Acid Analyzer product information.
OakLabs Scientific GmbH. Mein Gesundheitstest product and science information.