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Ob Schokoriegel, Donuts oder andere süße Snacks – zucker- und fettreiche Lebensmittel sind aus unserem Alltag kaum wegzudenken. Sie sind lecker und praktisch, wir lieben sie als kleine Belohnung, schnellen Energiekick, Nervennahrung in stressigen Zeiten oder einfach als Genuss zwischendurch. Auch in vielen Fertigprodukten oder Fast Food stecken große Mengen an Zucker und Fett – ohne dass es uns bewusst ist. Warum aber können wir ausgerechnet solchen ungesunden Lebensmitteln kaum widerstehen?

Unser Körper verfügt über ausgeklügelte Mechanismen, um Energieverbrauch und -zufuhr auszutarieren. Die Schaltzentrale, die den Hunger kontrolliert, sitzt im Hypothalamus. Sie steht in engem Austausch mit dem Magen-Darm-Trakt, um von dort Signale über den Energiegehalt und die Nährstoffzusammensetzung der Nahrung zu empfangen. Trotz dieses raffinierten Systems passiert es immer wieder, dass die Energiebilanz aus dem Gleichgewicht gerät: Wir essen, obwohl Energie im Überfluss vorhanden ist. Wie es dazu kommt, untersuchen der Neurowissenschaftler Marc Tittgemeyer und sein Team am Kölner Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung. Im Fokus der Forscher steht die für uns unwiderstehliche Kombination „süß und fettig“. „Wir wollten herausfinden, warum wir ausgerechnet auf Fett und Zucker so stark reagieren“, sagt Tittgemeyer. Ist diese Vorliebe angeboren oder entsteht sie erst später im Leben, etwa infolge von bereits bestehendem Übergewicht? Oder ist unsere Lust auf Süßes und Fettiges womöglich erlernt? „Frühere Experimente mit Mäusen lieferten Hinweise darauf, dass eine energiereiche Ernährung zu einer Umprogrammierung bestimmter Schaltkreise im Gehirn führt und dadurch ein suchtartiges Verhalten hervorruft“, sagt Tittgemeyer. Ob solche Effekte, die an Tieren beobachtet wurden, auch auf Menschen übertragbar sind, war jedoch unklar. Die Max-Planck-Forschenden entwarfen daher ein Experiment, um das zu überprüfen.

Das Puddingexperiment

„Zucker und Fett sind typische Bestandteile von hochverarbeiteten Lebensmitteln“, sagt Marc Tittgemeyer. „Wir wollten daher herausfinden, wie sich der gewohnheitsmäßige Genuss solcher Nahrung auf unser Gehirn auswirkt.“ Die Forschenden luden dazu 49 normalgewichtige Personen zu einem achtwöchigen Experiment ein. Zu Beginn wurden die Teilnehmenden in zwei Gruppen eingeteilt: Eine Gruppe (A) aß zusätzlich zu ihrer normalen Ernährung jeden Tag zwei kleine, fett- und zuckerreiche Puddings. Die andere Gruppe (B) erhielt ebenfalls zwei Puddings, die weniger Fett und Zucker, dafür aber mehr Proteine enthielten (Abb. A). Der Kaloriengehalt der Puddings war in beiden Gruppen gleich. Vor und während der acht Wochen wurden regelmäßig Gewicht und Stoffwechselparameter wie Insulinresistenz und Blutfettwerte der Teilnehmenden kontrolliert. An bestimmten Testtagen vor und während des Versuchs bekamen beide Gruppen zusätzlich einen süßen, fettreichen Milchshake serviert. Mittels funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT, s. Kasten unten) maßen die Forschenden die Gehirnreaktionen ihrer Probandinnen und Probanden – einmal, während diese sich auf den Milchshake freuten und einmal, während sie ihn tranken. Dabei untersuchten sie verschiedene Hirnregionen, die mit dem dopaminergenen System in Verbindung stehen – jener Region im Mittelhirn, die für Antrieb und Motivation sorgt.

Die Abbildung zeigt schematisch den Ablauf des Experiments.

Abb. A: Die tägliche Dosis Fett und Zucker. Im Puddingexperiment wollten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler herausfinden, wie sich der regelmäßige Konsum von fett- und zuckerreichen Lebensmitteln auf unser Essverhalten auswirkt.
© MPG

Nach Abschluss der Versuchsphase verglichen die Forschenden beide Gruppen: Bezüglich Gewicht und Stoffwechselparametern wie Blutzucker und Cholesterin fanden sie keine auffälligen Veränderungen. Die Ergebnisse der fMRT-Untersuchung fielen dagegen deutlich verschieden aus: Bei der Gruppe A, die den fett- und zuckerreichen Pudding bekommen hatte, waren beim Milchshake-Test die Gehirnreaktionen deutlich erhöht – und zwar sowohl während der Vorfreude als auch beim Verzehr des Milchshakes (Abb. B). Anhand eines Fragebogens stellten die Forschenden außerdem fest, dass in dieser Gruppe die Vorliebe für fettarme Lebensmittel deutlich abgenommen hatte.

„Unsere Messungen der Gehirnaktivität zeigen, dass sich durch den gewohnheitsmäßigen Konsum von fett- und zuckerreichen Lebensmitteln unser Gehirn tatsächlich neu verdrahtet“, erklärt Marc Tittgemeyer (s. BIOMAX 22) . Im Experiment wurde insbesondere das dopaminerge System aktiviert. „Durch diese antrainierten Veränderungen im Gehirn bevorzugen wir unbewusst weiterhin solche Lebensmittel, die viel Fett und Zucker enthalten.“ Eine wichtige Rolle spielt dabei das sogenannte assoziative Lernen, das ebenfalls dopaminabhängig ist: Es bewirkt beispielsweise, dass wir das an sich neutrale Logo unserer Lieblingskonditorei damit assoziieren, dort einmal einen leckeren Donut gegessen zu haben. Allein der Anblick des Logos bewirkt dann, dass wir erneut einen Donut kaufen, obwohl wir eigentlich satt sind. All das passiert unbewusst.

Die Abbildung zeigt zwei rMRT-Aufnahmen.

Abb. B: Veränderte Gehirnaktivität im fMRT. Links ist beispielhaft eine Region im Thalamus gezeigt, rechts im Kortex. Eine fett- und zuckerreiche Ernährung (high fat/high sugar; HF/HS) verstärkt die neuronalen Reaktionen (gelb mit blauem Kreis) in verschiedenen Teilen des Gehirns. Der PI-BL-Wert (Post-In-tervention-Baseline) ist ein Maß für die Veränderung der Gehirnaktivität. Die unterschiedliche Höhe der blauen und grauen Balken zeigt, dass das Gehirn nach einer HF/HS-Diät auf den Milchshake stärker anspricht als nach einer LF/LS-Diät.
© MPI für Stoffwechselforschung

Einfach unwiderstehlich

Warum aber reagiert unser Gehirn ausgerechnet auf die Kombination „süß und fettig“ so stark? „Im Fall von Zucker und Fett sind zwei unterschiedliche Signalwege beteiligt, die dem Gehirn die Verfügbarkeit dieser Nährstoffe melden. Diese beiden Signalwege kommen im dopaminergen Mittelhirn zusammen und verstärken sich dort auf fatale Weise gegenseitig. Lebensmittel, die eine solch starke Reaktion hervorrufen, essen wir besonders gerne“, sagt Marc Tittgemeyer. „Ich bin süchtig nach dieser Schokolade!“ ist daher mehr als nur ein Spruch, denn die Kombination „süß und fettig“ kann regelrecht rauschhafte Wirkung erzeugen und suchtartiges Verhalten auslösen: Wir wollen immer mehr davon. Im Laufe der Zeit kommt es dadurch zu einer Toleranzverschiebung – ein Prozess, bei dem der Körper nach wiederholter Zufuhr bestimmter Substanzen seine Stoffwechselvorgänge anpasst. Die Folge ist, dass wir die Dosis steigern müssen, um denselben Genuss zu empfinden wie am Anfang.

Was das Puddingexperiment anbelangt, nehmen die Forschenden an, dass die Vorliebe für Süßes und Fettiges auch über das Ende der Studie hinaus anhält: „Im Gehirn werden neue Verbindungen geknüpft, die sich auch nicht so schnell wieder auflösen. So wird die Vorliebe für , süß und fettig‘ gewissermaßen auf der Festplatte des Gehirns eingebrannt“, erklärt Marc Tittgemeyer. „Es ist daher auch unheimlich schwierig, sich dagegen zu wehren.“ Der Forscher geht jedoch davon aus, dass sich die Präferenz auch wieder in die andere Richtung verschieben lässt, wenn man über einen längeren Zeitraum hinweg seine Ernährungsgewohnheiten konsequent verändert.

Unser Antrieb, Zucker und Fett zu konsumieren, ist also bereits in den Signalwegen unseres Körpers angelegt. Wenn wir diese Kombination immer wieder zu uns nehmen, verstärken wir das Verlangen danach. Die Lebensmittelindustrie macht sich diesen Gewöhnungseffekt gezielt zunutze: Durch die optimale Mischung von Zucker mit Fett, Salz und Geschmacksverstärkern werden Produkte so entwickelt, dass sie das dopaminergene System besonders stark aktivieren. Welchen Effekt das hat, zeigt die Studie eines US-Forscherteams: Zwanzig normalgewichtige Personen hatten zwei Wochen lang hochverarbeitete Nahrung und weitere zwei Wochen selbst gekochtes Essen mit demselben Kaloriengehalt bekommen. Sie durften essen, soviel sie wollten. Nach Ende der Studie zeigte sich, dass die Probandinnen und Probanden mehr von der hochverarbeiteten Nahrung gegessen und dadurch zugenommen hatten.

Gruß aus der Steinzeit

Aus evolutionärer Sicht ist es sinnvoll und sogar überlebenswichtig, dass wir auf Zucker und Fett so stark reagieren. Die Anziehungskraft von Zucker hat ihren Ursprung möglicherweise in der fruchtbasierten Ernährung von Menschenaffen: Je süßer die Frucht, desto mehr Kalorien und damit Energie liefert sie. Die Vorliebe für „süß und fettig“ wird womöglich sogar schon im Säuglingsalter geprägt und buchstäblich mit der Muttermilch aufgesogen. „In der Steinzeit waren Lebensmittel mit hohem Kaloriengehalt selten zu finden. Es war daher vernünftig, jede Gelegenheit zu nutzen, um sich für schlechte Zeiten zu wappnen. Unser Gehirn verfügt deshalb auch über verschiedene Mechanismen, die dafür sorgen, dass wir über die Sättigungsgrenze hinaus essen können“, erklärt Marc Tittgemeyer.

Die meiste Zeit der Menschheitsgeschichte ging das gut: Hochverarbeitete Lebensmittel mit einer sehr hohen Kaloriendichte kamen erst mit dem wirtschaftlichen Aufschwung der 1960er- und 1970er-Jahre auf den Markt. Noch vor 200 Jahren war Zucker ein Luxusgut, dass sich nur wohlhabende Menschen leisten konnten – ein seltener Genuss zu besonderen Gelegenheiten. Heute leben wir in einer Welt, in der Zucker allgegenwärtig ist: Unter etlichen unterschiedlichen Namen steckt er etwa als Saccharose, Fructose oder Glucose nicht nur in Süßigkeiten und Getränken, sondern in auch in Fast Food und Produkten wie Salatdressing, Ketchup, Gewürzgurken, Fruchtjoghurt oder Müsli. Solche verarbeiteten Lebensmittel können zum Problem werden: „Die Evolution hat Chips und Donuts nicht vorgesehen“, resümiert Marc Tittgemeyer. „Große Zuckermengen können nach längerer Exposition die neuronalen Schaltkreise dauerhaft verändern und dysfunktionales Verhalten fördern, das zu Stoffwechselstörungen und Übergewicht führt.“ Auch Normalgewichtige sind dabei betroffen, denn das Adipositas-Risiko kann bereits erhöht sein, wenn sich noch keine Veränderung im Körpergewicht zeigt. Ist erst einmal Übergewicht da, gerät man leicht in einen Teufelskreis: Je höher das Gewicht, desto resistenter wird der Stoffwechsel – mit der Folge, dass wir immer mehr essen. „Irgendwann deregulieren die Schaltkreise im Gehirn, und wir kommen nicht mehr dagegen an. Adipositas hat deshalb auch nichts mit Willensschwäche und Disziplinlosigkeit zu tun.“

Weltweit nehmen Übergewicht und Adipositas rasant zu. In Deutschland ist bereits jedes sechste Kind im Alter von drei bis 17 Jahren übergewichtig. Bei den Erwachsenen sind es zwei Drittel der Männer und die Hälfte der Frauen (BMI ≥ 25 kg/m2). Ein Viertel aller Erwachsenen gilt als adipös (BMI ≥ 30 kg/m2). Mögliche Folgen sind Karies, Typ-2-Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Fettleber, Arthrose und verschiedene Krebsarten. Schätzungsweise geht jeder achte Todesfall in Europa auf Übergewicht und Adipositas zurück.

Die Zuckerschwemme

Ein Grund für die steigenden Zahlen ist der chronisch hohe Zuckerkonsum: Die Weltgesundheitsorganisation WHO empfiehlt, dass freie Zucker maximal 10 Prozent (besser 5 Prozent) der Gesamtenergiezufuhr ausmachen sollten. Unter freien Zuckern versteht man Mono- und Disaccharide, die Lebensmitteln zugesetzt werden, plus natürlich vorkommende Zucker in Honig, Sirupen, Fruchtsäften und -konzentraten. Der natürliche, in frischem Obst und Gemüse oder Milch enthaltene Zucker zählt nicht dazu, weil dieser in eine Matrix aus Ballaststoffen „verpackt“ ist und daher langsamer aufgenommen wird. Bei einer Gesamtenergiezufuhr von 2000 kcal pro Tag für einen durchschnittlichen Erwachsenen entsprechen 10 Prozent einer Menge von 50 Gramm. Tatsächlich wird in Deutschland aber weit mehr Zucker konsumiert – am meisten von den 15 bis 24-Jährigen. Ein großer Anteil davon entfällt auf Fruchtsäfte, Nektare und Limonaden: 200 Milliliter eines solchen Getränks enthalten zwischen 20 und 34 Gramm Zucker.

Was lässt sich dagegen tun? Sind Süßstoffe wie Aspartam, Stevia oder Sucralose eine Lösung? Schließlich enthalten sie kaum oder keine Kalorien. Marc Tittgemeyer sieht solche Süßungsmittel kritisch. Ein Grund ist die sogenannte Antizipation – ein Signalweg, der den Nasen-Rachenraum mit dem Verdauungstrakt verbindet: „In Erwartung von Süßem schüttet die Bauspeicheldrüse Insulin aus, und die Leber beginnt mit der Lipolyse, sobald ich den ersten Bissen im Mund habe“, erklärt er. „Im Magen ist da noch gar nichts angekommen. Erwartet das Gehirn Zucker und der kommt nicht, sucht es nach Ausgleich und verlangt nach mehr.“ Süßstoffe helfen daher nicht, die Lust auf Süßes einzudämmen – im Gegenteil: Sie wirken sogar appetitanregend. Auch die Langzeitwirkung von Süßstoffen ist noch wenig erforscht. Andere Süßungsmittel wie Agavendicksaft oder Dattelsüße, die viel Fruktose enthalten, sind laut Marc Tittgemeyer ebenfalls kein sinnvoller Ersatz und sollten sparsam verwendet werden: „Fruktose wird in der Leber direkt in Fett umgewandelt und führt auch schnell zur Entwicklung von Diabetes.“

Wege aus der Zuckerfalle

Wie aber lässt sich der hohe Zuckerkonsum dann eindämmen? Wichtig sei eine umfassende Prävention von Anfang an: „Eltern sollten ihre Kinder und sich selbst gesund ernähren“, sagt Tittgemeyer. Eine aktuelle Studie deutet darauf hin, dass eine Zuckerreduktion in der Schwangerschaft und in den ersten beiden Lebensjahren hilft, bei Kindern das Risiko für chronische Krankheiten zu senken. Doch auch die Politik sei gefragt: Werbeverbote, ein Symbolsystem, um den Zuckergehalt von Lebensmitteln transparent zu machen oder die Einführung einer Zuckersteuer könnten helfen. Eine solche Steuer ist so angelegt, dass sie mit zunehmendem Zuckergehalt eines Produkts ansteigt. Das soll die Industrie dazu bewegen, ihre Rezepturen zu verändern. In vielen Ländern der Welt gibt es eine Zuckersteuer bereits, vor allem auf Softdrinks.

Unabhängig von politischen Entscheidungen liegt es an uns, wie wir mit Zucker umgehen. Da sich unser Stoffwechsel durch dauerhaft hohen Zuckerkonsum unbemerkt verändert und schleichend aus dem Lot gerät, ist Vorbeugung so wichtig: „Das heißt nicht, dass wir uns ständig in Verzicht üben müssen. Die Dosis macht das Gift“, sagt der Forscher, der selbst gerne ab und zu Süßes isst. „Süßigkeiten sollten daher etwas Besonderes bleiben.“ Er rät, sparsam mit Softdrinks, hochverarbeiteten Lebensmitteln und Fast Food umzugehen und stattdessen mehr selbst zu kochen und bewusst zu genießen.

Abbildungshinweise:
Titelbild: © istockphoto / CocoSan
Abb. A: © MPG
Abb. B: © MPI für Stoffwechselforschung
Kasten: © Arne Sattler, MPIB

BIOMAX Ausgabe 41, März 2026; Text: Dr. C. Pietschmann, Dr. E. Maier; Redaktion: max-wissen-Team

Mit dem Kärtchenset „CETCH-it!“ können Schülergruppen die Entwicklung eines künstlichen Stoffwechselweges nachvollziehen. Zum Kärtchenset stehen ein Vorschlag für eine Unterrichtseinheit inklusive Aufgaben für Schülerinnen und Schüler sowie ein separates Arbeitsblatt zur Verfügung.

Ein Kärtchenset besteht aus 5 gleichen Sätzen von Molekülkarten, die durch die farbigen Rückseiten unterscheidbar sind. So können mehrere Schülergruppen parallel arbeiten. Jede Gruppe erhält zu den Molekülkarten noch 12 erklärende Infokarten.

Lehrkräfte können das Kärtchenset in gedruckter Form kostenfrei bestellen > zur Bestellung

Die Molekülkarten sind entweder mit Skelett-Strukturformeln oder einer vereinfachten Kugel-Darstellung erhältlich.

Das Kärtchenset und die begleitenden Materialien wurden von einem Team aus Forschenden, Lehrkräften und Personen aus der Wissenschaftskommunikation entwickelt, um den Transfer von Forschungsergebnissen in den Unterricht zu unterstützen.

Entwicklung Kärtchenset: Prof. Dr. Tobias Erb (Leitung), Dr. Helena Schulz-Mirbach, Dr. Beau Dronsella, Max Hoffmann-Becking; Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg
Unterrichtliche Umsetzung und fachdidaktische Beratung: Dr. Petra Oberpaul (Kaiser-Heinrich-Gymnasium Bamberg), Christian Deurer (Schüler*innenlabor des Botanischen Gartens der Philipps-Universität Marburg)
Redaktion: Dr. Virginia Geisel (MPI Marburg), Dr. Tanja Fendt (Generalverwaltung der MPG, München)

Kohlenstoffdioxid aus der Luft mithilfe von Sonnenenergie nutzbar machen – diesen Prozess beherrschen Pflanzen bereits seit Jahrmillionen. Eröffnet die künstliche Fotosynthese einen Weg, um aus CO₂ nachhaltig Rohstoffe zu produzieren? Mit einem synthetisch-biologischen Ansatz optimieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schrittweise die Fotosynthese und entwickeln dabei auch ganz neue Stoffwechselwege, die in der Natur nicht zu finden sind. Helena Schulz-Mirbach beantwortet in dem Video Fragen zu ihrer Forschung am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg.

Tobias Erb mit Modell der Rubisco.
Foto: Chris Kettner

Vortrag von Prof. Dr. Tobias Erb (Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie) zum Thema „Natürliche Photosynthese und synthetische Biologie“, gehalten am 8.11.25 auf der Fachfortbildung Schule MIT Wissenschaft in Marburg.

Diese Aufnahme stellt die MIT Club of Germany gGmbH mit freundlicher Genehmigung für max-wissen.de zur Verfügung.

„Ich bin total im Stress!“ – wer hat das nicht schon oft gehört. Lernstress vor Prüfungen, Termindruck im Job, Social Media – manchmal wird es einfach zu viel. Aber was passiert da eigentlich in unserem Körper? Warum fühlen sich manche Menschen gestresster als andere? Und: Wie bleibt man mental gesund? Mathias V. Schmidt vom Max-Planck-Institut für Psychiatrie spricht mit Wissenschaftsjournalistin Alice Lanzke über Erkenntnisse aus der Stressforschung.

Zwei Podcast-Folgen beleuchten verschiedene Aspekte zum Einsatz künstlicher Intelligenz in der Medizin.

KI und bildgebende Verfahren
Zum Podcast (28 min) vom 9. Juli 2025 © detektor.fm / Max-Planck-Gesellschaft
Themen: Deep Learning // Explainable Artificial Intelligence // Auswertung von MRT-Bildern mit KI

KI in der Biomedizin
Zum Podcast (35 min) vom 12. Juni 2025 © detektor.fm / Max-Planck-Gesellschaft
Themen: Ethische Fragen beim Einsatz von KI im Gesundheitswesen // Oszillierende Neuronale Netze // KI hilft bei der Berechnung von biologischen Abläufen

Wenn es um Maßnahmen gegen den Klimawandel geht, stehen häufig technische Lösungen im Vordergrund: Maschinen, die CO₂ aus der Luft filtern, spezielle Baustoffe oder Speicheranlagen. Dabei gerät leicht aus dem Blick, dass die Natur selbst eine starke Verbündete im Kampf gegen den Klimawandel sein kann. Wälder, Moore und Ozeane nehmen seit Millionen von Jahren Kohlenstoffdioxid auf – und könnten auch jetzt eine zentrale Rolle im Kampf gegen die Erderwärmung spielen. Sönke Zaehle vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie spricht mit Wissenschaftsjournalistin Alice Lanzke darüber, warum diese Senken so wichtig sind, wie sie sich verändern und was für ihren Schutz nötig ist.

Inhalt: Forschende sind auf der Suche nach individuellen Therapien und neuen Medikamenten bei Depressionen.

Einem Forschungsteam am Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften ist es erstmals gelungen, den gesamten Prozess des Eisprungs in Follikeln einer Maus zu filmen. Was bedeutet das für die Fruchtbarkeitsforschung?

Themen im Podcast
Grundlagen Menstruationszyklus (min 0:56)
Was passiert beim Eisprung? (min 2:28)
Wie entstand der Film zum Eisprung in Folliken der Maus? (min 2:58)
Neue Erkenntnisse zum Eisprung (min 6:37)
Übertragung auf den Menschen (min 8:37)
Bedeutung der Erkenntnisse, weiterführende Forschungsfragen (min 10:00)

Foto: © Christopher Thomas, Tabea Lilian Marx et al./ MPI für Multidisziplinäre Naturwissenschaften

„Ich bin total im Stress!“ – wer hat das nicht schon oft gehört. Ob in Schule, Studium oder Beruf: Lernstress vor Prüfungen, Termindruck im Job und manchmal sogar Freizeitstress, wenn man sich unter der Woche zu viel vorgenommen hat. Stress hat in unserer Gesellschaft ein ausgesprochen schlechtes Image. Zu Recht? „Ohne Stress wäre unser Leben ziemlich langweilig“, sagt der Biologe Mathias V. Schmidt vom Max-Planck-Institut für Psychiatrie in München. „Wir könnten unseren Alltag gar nicht bewältigen, wenn es keinen Stress gäbe und wir kein funktionierendes Stresssystem hätten.“

Stress ist also per se nichts Negatives. Das Stresshormon Cortisol etwa hilft uns dabei, morgens überhaupt aufstehen zu können – zu diesem Zeitpunkt ist die Cortisol-Konzentration im Blut erhöht. Sie sorgt dafür, dass wir mit Energie in den Tag starten. Abends sinkt sie wieder, damit wir zur Ruhe kommen. „Im Grunde helfen uns Stressreaktionen dabei, die ganz normalen Herausforderungen des Alltags zu bewältigen. Stress gehört zum Leben dazu“, sagt Mathias V. Schmidt. Problematisch wird es, wenn wir zu viel Stress haben – und zwar in Bezug auf Intensität und Dauer (Abb. A). Hält Stress zu lange an, kann unser Stoffwechsel nicht mehr in den Normalzustand zurückkehren. Ein solcher Dauerstress kann krank machen und psychische Erkrankungen wie zum Beispiel Depressionen auslösen. Auch besonders intensiver Stress, etwa durch traumatische Erlebnisse, kann zu solchen Erkrankungen führen. Mathias V. Schmidt untersucht unter anderem an Mäusen, wie verschiedene Arten von Stress auf Säugetiere wirken. Mäuse sind dafür gut geeignet, weil ihr Stresshormon-System und die Rezeptoren – die Andockstellen für Stresshormone in ihrem Gehirn – denen des Menschen sehr ähnlich sind. In seiner Forschung hat der Biologe unter anderem herausgefunden, dass sozialer Stress bei Mäusen einer der stärksten Stressoren überhaupt ist.

Das Balkendiagramm stellt Nennungen von Stressursachen in Prozent dar (Unterteilung: Männer, Frauen, gesamt). Häufig wurden das Pensum an Anforderungen von Schule, Studium und Beruf sowie hohe Ansprüche an sich selbst genannt.

Abb. A: Ursachen von Stress. Auszug einer Befragung von volljährigen Personen in Deutschland im Frühjahr 2021: Große Stressfaktoren sind – wie schon vor der Corona-Pandemie – das Pensum an Anforderungen von Schule, Studium und Beruf sowie hohe Ansprüche an sich selbst. Stark an Bedeutung gewonnen hat durch die Pandemie die Sorge um erkrankte Nahestehende. Weitere Ursachen siehe Quelle.
© Quelle Zahlen: Techniker Krankenkasse (TK-Stressstudie, 2021); Grafik: HNBM

Stress außer Kontrolle

Sozialer Stress macht Mäuse vor allem dann krank, wenn er sich nicht kontrollieren lässt und unerwartet auftritt. Experimente lassen sich zum Beispiel so konstruieren, dass eine Maus bei Auseinandersetzungen immer verliert. Experten sprechen von „social defeat“ – „sozialer Niederlage“. Eine solche Maus entwickelt zwar keine Depression, zeigt aber krankhafte Veränderungen. So kann sie zum Beispiel apathisch oder fettleibig werden. Diese Ergebnisse seien auf den Menschen übertragbar, betont Schmidt: „Auch beim Menschen wirkt vor allem jener Stress besonders stark, der unkontrollierbar und unberechenbar ist, zum Beispiel bei Mobbing, das Menschen auf Dauer krank machen kann.“ Ein anderes Beispiel sei die Corona-Pandemie gewesen. Zu Beginn der Pandemie im Frühjahr 2020 war noch unklar, wie gefährlich der Erreger ist und wie man sich wirkungsvoll dagegen schützen kann. Die Menschen fühlten sich ständig einer unberechenbaren Gefahr ausgesetzt. „Durch diesen chronischen Stress hat die Zahl depressiver Symptome damals messbar zugenommen“, erklärt der Max-Planck-Forscher (Abb. B). Als dann die ersten Impfstoffe auf den Markt kamen und klar wurde, wie man sich schützen kann, nahm der Stress wieder ab. „Kontrollierbaren Stress können wir Menschen deutlich besser bewältigen.“ Prüfungsstress kann man beispielsweise minimieren, indem man frühzeitig beginnt, den Lernstoff in kleine Einheiten aufteilt und einen Zeitplan erstellt. Durch Simulieren der Prüfungssituation gewinnt man an Sicherheit. Zu bedenken ist aber auch, dass jeder Mensch anders auf Stressoren reagiert“, so der Wissenschaftler.

Zwei Grafiken, die zeigen, dass die globale Prävalenz von schweren depressiven Störungen bei Männern und Frauen während der Covid-19-Pandemie zugenommen hat.

Abb. B: Mögliche Folgen von unkontrollierbarem Stress. Globale Prävalenz von schweren depressiven Störungen vor und während der COVID-19-Pandemie nach Alter und Geschlecht.
© Quelle: Lancet 2021; 398: 1700–12, Fig. 1 (Auszug); https://doi.org/ 10.1016/S0140-6736(21)02143-7 / CC BY 4.0

Anhaltender, unkontrollierbarer Stress und traumatische „Stresserlebnisse“ können also zu einer Depression führen. Welche Mechanismen dahinterstecken und welche Veränderungen im Stoffwechsel Depressionen auslösen, hat man bisher aber nur zum Teil verstanden. Vor 50 Jahren gingen Fachleute noch davon aus, dass Depressionen einzelne, klare Auslöser hätten. Gemäß dieser Vorstellung habe die Erkrankung ihre Ursache in veränderten biochemischen „Pfaden“ (engl. pathways), also einzelnen, klar umrissenen Stoffwechselwegen. Inzwischen ist die Forschung deutlich weiter: Tatsächlich können Depressionen viele verschiedene biologische Auslöser haben. Etwa ein Drittel des Risikos, an einer Depression zu erkranken, ist auch genetisch bedingt – Genomanalysen von Menschen mit Depressionen haben gezeigt, dass viele Gene an der Entstehung einer Depression beteiligt sind. Dieses genetische Risiko spielt mit den Risiken durch Stress zusammen, und könnte zum Teil erklären, warum Menschen resilient oder weniger resilient gegenüber Stresserfahrungen sind.

Alles eine Frage der Gene?

Ein Forschungsteam am Max-Planck-Institut für Psychiatrie ist genau dieser Frage nachgegangen, welche genetischen Varianten an der Reaktion auf Stress und dem Risiko, eine psychiatrische Störung zu entwickeln, beteiligt sein könnten. Dazu nutzten sie eine Substanz namens Dexamethason, die ähnlich wirkt wie das Stresshormon Cortisol und ebenso wie dieses eine molekulare und zelluläre Antwort, beginnend auf der Ebene der DNA, auslöst. Das Team untersuchte Zellen, die besonders empfindlich auf Stress reagieren. Dabei fanden sie über 500 Stellen im Erbgut (sog. Loci), die Reaktionen auf Stress zeigten, sowie 79 genetische Varianten, die die Expression von Genen und somit die molekulare Antwort auf Stress nur bei Behandlung mit Dexamethason beeinflussten. Diese Varianten stehen, wie große internationale Studien gezeigt haben, auch im Zusammenhang mit dem Risiko, eine psychiatrische Störung zu entwickeln.

Um herauszufinden, wie die Kombination der Varianten dieses Risiko beeinflusst, unterzog das Forschungsteam die Teilnehmenden der Studie einer Stressaufgabe. Dabei zeigte sich, dass eine höhere Anzahl dieser „stressreaktiven“ Genvarianten mit einem Anstieg des Cortisolspiegels bei den entsprechenden Probanden verbunden war. Dieser Unterschied wurde vor der Stressaufgabe nicht beobachtet, was heißt, dass diese Varianten nur in Stresssituationen von Bedeutung waren. Personen mit vielen dieser Genvarianten konnten ihr Stresshormon-System nach der Aufgabe nicht wieder schnell normalisieren und waren dadurch „unnötig“ lange gestresst. So zeigte ein weiterer Test, dass Personen mit mehr Risikovarianten bei Erschrecken intensiver reagierten und sich die Stärke der Schreckreaktion auch nach Wiederholen des Schreckreizes noch erhöhte. „Dabei hätte man eigentlich ein verringerte Reaktionen durch Gewöhnung erwartet“, erklärt Elisabeth Binder, Direktorin am Max-Planck-Institut für Psychiatrie.

„Die Genetik hat also einen Einfluss auf die Empfindlichkeit unserer Reaktion auf Stress. Der molekulare Mechanismus könnte erklären, warum belastende Lebensereignisse mal mehr oder weniger mit psychiatrischen Störungen korrelieren“, fasst Binder die Ergebnisse zusammen. Diese Erkenntnisse seien wichtig für die Vorhersage, welche Menschen ein höheres Risiko haben, als Reaktion auf Stress psychiatrische Störungen zu entwickeln, so die Forscherin weiter. Das könnte helfen, frühzeitig Hilfen anzubieten, um die Entwicklung von psychiatrischen Störungen zu vermeiden.

Stress lass nach

In zahlreichen Forschungsprojekten wird nach neuen Therapieansätzen für psychiatrische Störungen gesucht. Im Fokus der Untersuchungen steht dabei jenes Stresshormon-System, das unsere Anpassung an Stresssituationen koordiniert, die sogenannte Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA-Achse). Eine wichtige Schaltstelle in diesem System ist der Glukokortikoid- Rezeptor. Er kommt in nahezu allen Zellen vor und reguliert dort die Genexpression. Aber erst wenn das Stresshormon Cortisol an den Rezeptor bindet, kann dieser an die entsprechenden Kontrollstellen auf der DNA binden (Abb. C) und so die Transkription und damit die Biosynthese vieler verschiedener Proteine anstoßen, die für die Stressreaktion wichtig sind.

Grafik: Darstellung der DNA und des Glucocorticoid-Rezeptors

Abb. C: Schaltstelle für Stress. Glucocorticoid-Rezeptor (DNA-Bindungsdomäne), gebunden an einen DNA-Doppelstrang.
© molekuul.be / Adobe Stock

Die Empfindlichkeit des Glukokortikoid-Rezeptors gegenüber Cortisol wird durch eine Reihe von Molekülen, sogenannte Chaperone und Co-Chaperone moduliert. Chaperone beeinflussen die Aktivität anderer Proteine, indem sie diese bei der Faltung in ihre dreidimensionale Struktur unterstützen. Sie sind in verschiedenen Zelltypen und bei verschiedenen Proteinen aktiv. Das Chaperon mit dem Kürzel FKBP51 ist von besonderem Interesse, denn es setzt die Cortisol-Bindefähigkeit des Glukokortikoid-Rezeptors herab. Auf diese Weise sorgt es dafür, dass die Stressreaktion des Körpers wieder heruntergefahren wird, wenn der äußere Stress nachlässt, eine bedrohliche Situation beispielsweise vorüber ist. Das ist ein ganz natürlicher und wichtiger Mechanismus. Genomanalysen bei Menschen mit Stress-bedingten psychiatrischen Erkrankungen, wie der posttraumatischen Belastungsstörung (PTBS) und Depressionen, haben gezeigt, dass bei manchen von ihnen Veränderungen an genau jenem Gen vorliegen, das für das Chaperon FKBP51 kodiert. Möglicherweise wird FKBP51 deshalb vermehrt synthetisiert und dämpft den Glukokortikoid-Rezeptor dauerhaft. Das könnte, so die Annahme, bei depressiven Menschen zu Antriebslosigkeit und Niedergeschlagenheit führen. Auch Veränderungen der Interaktionen des Chaperons mit anderen für Nervenzellen wichtigen Proteinen könnten eine Erklärung dafür sein, warum manche Menschen mehr oder weniger stressresistent sind.

Chaperone sind ein hochinteressanter, potenzieller Angriffspunkt (engl. target) für neue Medikamente und damit verbunden die Therapie depressiver Menschen. Derzeit werden erste Chaperon-Antagonisten entwickelt, die die Aktivität der Chaperone oder deren Biosynthese hemmen. Die Herausforderung dabei: Es gibt viele verschiedene Chaperone, die in ganz verschiedenen Zellen und Geweben aktiv sind und die ganz unterschiedliche Stoffwechselreaktionen steuern. Das bedeutet, dass Chaperon-Antagonisten im Körper sehr gezielt in die für die Stressreaktion zuständigen Zellen eingeschleust werden müssten. Wie sich eine solche gezielte Form des „drug delivery“ technisch umsetzen ließe, ist noch Gegenstand der Forschung.

Kann Stressresistenz erlernt werden?

Aber es sind nicht immer die Gene, die dazu führen, dass manche Menschen nach einem traumatischen Erlebnis eine Depression entwickeln, während andere Menschen mit gleicher Erfahrung nicht erkranken. Tatsächlich spielen auch epigenetische Prozesse eine zentrale Rolle: Sie verändern beispielsweise das Muster der Methylgruppen an der DNA und damit die Aktivierbarkeit bestimmter Gene in bestimmten Zellen oder Organen (s. Biomax 23). So prägt die Epigenetik auch unser Stresssystem. Frühkindlicher Stress beispielsweise kann sich langfristig auf die psychische Gesundheit auswirken und das Risiko für die Entwicklung von Angststörungen und einer posttraumatischen Belastungsstörung erhöhen.

„Stress und Trauma in der Kindheit sind ein maßgeblicher Risikofaktor“, betont Elisabeth Binder. So gehen belastende Kindheitserfahrungen mit einem doppelt so hohen Risiko für depressive Störungen und einem 2,7-fach erhöhten Risiko für Angststörungen im Erwachsenenalter einher. Aber: „Ganz ohne Stress kann auch keine Resistenz aufgebaut werden“, betont die Medizinerin. Tatsächlich legt die Stressforschung der vergangenen Jahre nahe, dass Stressresistenz in der frühkindlichen Entwicklung erlernt wird. Durch seine Experimente an Mäusen hat Mathias V. Schmidt herausgefunden, dass es offenbar wichtig ist, in der Kindheit moderaten Stress zu erfahren. „Stresserfahrung ist essenziell, damit die Mäuse „lernen“, mit Stress umzugehen“, sagt Schmidt. Das sei höchstwahrscheinlich auch beim Menschen so. „Wer zum Beispiel überbehütet aufwächst, kann später den Stress, den Konflikte zwangsläufig mit sich bringen, schlechter bewältigen“, so der Forscher.

Dieses „Stress-Lernen“ findet sehr wahrscheinlich ebenfalls zu einem Teil auf der epigenetischen Ebene statt. „Wir gehen heute davon aus, dass das Erlernen von Stress in der frühkindlichen Entwicklung durch die Methylierung gesteuert wird“, sagt der Max-Planck-Forscher. Epigenetische Veränderungen fänden auch an den Histonen statt, jenen Proteinen, um die der DNA-Strang im Zellkern gewickelt ist. Durch Acetylierung der Histone kann die Wicklung verfestigt oder gelockert werden. Auch das beeinflusst, ob bestimmte Gene aktiviert oder unterdrückt werden. Mittlerweile gibt es konkrete Hinweise darauf, dass zahlreiche epigenetische Veränderungen einen Einfluss darauf haben, wie verschiedene Menschen auf Stress reagieren.

Um die Entwicklung psychiatrischer Erkrankungen zu verstehen, müssen somit neben den genetischen Analysen auch die epigenetischen Kodierungen identifiziert werden. Damit tun sich viele neue Wege für Therapien auf. Stress und Depressionen mögen ein komplexes Phänomen sein, doch die jüngsten Erkenntnisse liefern auch viele Ansatzpunkte für neue Medikamente. Schmidt: „Diese Entwicklungen stimmen mich zuversichtlich, dass wir in den nächsten Jahren große Fortschritte beim Verständnis des Stresses und bei der Entwicklung neuer Wirkstoffe gegen Depressionen und andere psychische Erkrankungen machen werden.“

Abbildungshinweise:
Titelbild: © HNBM
Abb. A: © Quelle Zahlen: Techniker Krankenkasse (TK-Stressstudie, 2021); Grafik: HNBM
Abb. B: © Quelle: Lancet 2021; 398: 1700–12, Fig. 1 (Auszug); https://doi.org/ 10.1016/S0140-6736(21)02143-7 / CC BY 4.0
Abb. C: © molekuul.be / Adobe Stock
Abb. im Kasten: © MPI für Psychiatrie

BIOMAX Ausgabe 40, April 2025; Text: Christina Beck, Tim Schröder; Redaktion: Tanja Fendt