AG Schikowski

Umweltepidemiologie von Lunge, Gehirn und Hautalterung

Forschungsprofil

Die Arbeitsgruppe befasst sich mit epidemiologischen Aspekten der umweltbedingten Alterung von Lunge, Gehirn und Haut sowie mit der frühkindlichen Belastung durch Umweltrisiken. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Erhebung und Analyse von Daten über die Auswirkungen lang- und kurzzeitiger Expositionen gegenüber Luftverschmutzung, Grünflächen und Klimafaktoren auf chronische Erkrankungen sowie auf dem komplexen Zusammenspiel dieser Expositionen.

Ergebnisse der Arbeitsgruppe zeigten, dass eine chronische Exposition gegenüber Luftverschmutzung, insbesondere PM10 und NO2, sowie das Wohnen in der Nähe von Hauptverkehrsstraßen das Risiko der Entwicklung einer chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD) und einer leichten kognitiven Beeinträchtigung bei älteren Frauen erhöht. Außerdem konnte gezeigt werden, dass dies auch die Hautalterung verstärkt. Weltweit hat die Arbeitsgruppe Schikowski als erste gezeigt, dass eine Partikelexposition aus verkehrsbedingten Quellen mit Diabetes und Hautalterung (Pigmentflecken und Falten) assoziiert ist.

Ein Schwerpunkt der Arbeitsgruppe ist die Fortführung der langjährigen, IUF-eigenen Kohortenstudie über den Einfluss von Luftverschmutzung auf Lungenfunktion, Entzündungen und Alterung (SALIA-Studie). Die SALIA-Studie wurde Anfang der 1980er Jahre von der nordrhein-westfälischen Landesregierung initiiert, um die Auswirkung der Luftverschmutzung auf verschiedene Gesundheitszustände bei Frauen zu untersuchen. Eines der wichtigsten Ergebnisse dieser Studie war, dass eine langfristige Belastung durch Feinstaub und hohes Verkehrsaufkommen mit einer Zunahme von Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen einhergeht. Darüber hinaus konnte die Arbeitsgruppe zeigen, dass eine hohe Exposition gegenüber verkehrsbedingter Luftverschmutzung das Risiko einer kardio-pulmonalen Mortalität in derselben Kohorte erhöht. Dies geschah in Zusammenarbeit mit dem Institut für Epidemiologie am Helmholtz-Zentrum (HMGU) in München. In den letzten Jahren wurde die SALIA-Familienstudie initiiert, um die Frage zur Vererbung und genetischen Prädisposition chronischer Krankheiten zu untersuchen. Damit soll untersucht werden, wie Umweltfaktoren und Lebensgewohnheiten die Gesundheit von Menschen aus dem Ruhrgebiet und dem südlichen Münsterland über mehrere Generationen hinweg beeinflussen können.

Zudem liegt ein Fokus auf Untersuchungen von Risikofaktoren einschließlich genetischer Faktoren (genomweite Assoziationsstudien, polygenetische Risikoscores, Gen-Umwelt-Interaktionen) für die Entstehung von Allergien und Lungenerkrankungen. Dabei spielen Einflüsse von umweltbedingten Noxen auf das Immunsystem eine wichtige Rolle. Um diese Fragen zu klären, beteiligt sich die Arbeitsgruppe an den großen epidemiologischen Kohortenstudien: NAKO (NAKO Gesundheitsstudie) und den Geburtskohorten GINIplus (German Infant Study on the influence of Nutrition Intervention PLUS environmental and genetic influences on allergy development) und LISA (Influence of Lifestyle related factors on the development of the Immune System and Allergies in East and West Germany).

Arbeitsgruppenleiterin:
Tamara Schikowski

Die IUF-eigene SALIA-Studie und SALIA Family

Die aktuelle Untersuchung der SALIA- und SALIA-Familienstudie konzentriert sich auf die Auswirkungen von Umweltverschmutzung, insbesondere von Feinstaub, und Klimafaktoren auf die Gesundheit älterer Menschen und über mehrere Generationen hinweg. Darüber hinaus zielt die Studie darauf ab, chronische Erkrankungen mit ihrer komplexen und langen Entwicklungsgeschichte über mehrere Jahrzehnte zu verstehen. Ein besonderer Schwerpunkt bei der aktuellen Weiterverfolgung ist die Ausbreitung des neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) und die damit verbundenen präventiven Maßnahmen zur Eindämmung. Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Projekt COVGENAIR beschäftigt sich mit dem Einfluss von chronischen Erkrankungen, genetischer Prädisposition und Umweltfaktoren auf die Infektion mit dem Sars-CoV-2-Virus. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit dem HMGU in München durchgeführt und nutzt die Langzeitdaten aus den Kohortenstudien (SALIA, GINIplus/LISA und KORA (Kooperative Gesundheitsforschung in der Region Augsburg).

GINIplus und LISA: Geburtskohortenstudien über den Einfluss von Luftverschmutzung, Lebensstil und Genetik auf die Entwicklung von Atopien

Allergische Erkrankungen wie Ekzeme/Neurodermitis, Heuschnupfen und Asthma nehmen weltweit zu. In den westlichen Industrieländern gehören sie zu den häufigsten chronischen Erkrankungen. Obwohl in zahlreichen nationalen und internationalen Studien Zusammenhänge mit umweltbedingten und genetischen Determinanten festgestellt wurden, ist das Wissen über die Entstehung und Ausprägung allergischer Erkrankungen noch recht begrenzt. Heute werden frühkindliche Einflüsse oder Einflüsse bereits während der Schwangerschaft in Kombination mit genetischen Faktoren als am wichtigsten angesehen. Geburtskohortenstudien sind daher von zentraler Bedeutung für die Aufdeckung pathogenetischer Mechanismen. Gemeinsam mit verschiedenen Arbeitsgruppen in ganz Deutschland ist die Arbeitsgruppe Schikowski an den beiden Geburtskohortenstudien GINIplus und LISA beteiligt. GINIplus startete 1996 und untersucht die Allergieprävention durch hydrolisierte Säuglingsmilchnahrung im Vergleich zu konventioneller Kuhmilchnahrung und zusätzlich den Einfluss von Umwelt- und genetischen Faktoren auf die Allergieentwicklung. Die LISA-Studie startete 1997 mit dem Ziel, die Entwicklung und den natürlichen Verlauf atopischer Erkrankungen (Asthma, Heuschnupfen, Neurodermitis) zu beobachten und verschiedene mögliche Ursachen dieser Erkrankungen in Ost- und Westdeutschland zu untersuchen. Inzwischen liegen Daten bis zum 20. Lebensjahr der Kinder vor. Ekzeme sind die früheste Manifestation allergischer Erkrankungen (die meisten Kinder bekommen Ekzeme im Alter von 2 bis 3 Jahren) und daher besonders interessant für die Untersuchung der frühkindlichen Einflüsse auf die Allergieentwicklung. Ab dem Jahr 2022 wird die 25-Jahres-Untersuchung der jungen Erwachsenen durchgeführt, an der auch die Arbeitsgruppe Schikowski beteiligt ist.  Beteiligte externe Kooperationspartner sind: Helmholtz-Zentrum München, Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Institut für Epidemiologie (M. Standl (PI)); Forschungsinstitut, Kinderabteilung, Marien-Hospital, Wesel (A. v. Berg , D. Berdel); Evangelisches Krankenhaus Düsseldorf, Kinderklinik, Düsseldorf (M. Gappa); Klinik für Kinderheilkunde, Technische Universität München (C. P. Bauer); Abteilung für Pädiatrische Gastroenterologie und Hepatologie, Ludwig-Maximilians-Universität München, Dr. von Haunersche Kinderklinik (S. Koletzko); Die Projekte wurden zu Beginn vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit gefördert.

NAKO Gesundheitsstudie

Die Deutsche Nationale Kohorte ist die bisher größte deutsche Gesundheitsstudie. Sie soll ein umfassendes Bild über den Gesundheitszustand der in Deutschland lebenden Bevölkerung und neue Strategien zur Risikobewertung, Früherkennung und Prävention von Volkskrankheiten liefern. 200 000 Studienteilnehmer (Männer und Frauen zwischen 20 und 69 Jahren) wurden bundesweit rekrutiert. Gemeinsam mit dem Deutschen Diabetes-Zentrum (DDZ) betreut das IUF ein Studienzentrum, das 9 146 Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Studienpopulation in der Basisuntersuchung untersucht hat. Die erste postalische Nachuntersuchung zum Verlauf der NAKO-Teilnehmer startete im Jahr 2017 und wurde vom IUF in Düsseldorf durchgeführt, die zweite Nachuntersuchung begann im Jahr 2019 und wird Anfang des Jahres 2024 abgeschlossen sein. Die zweite postalische Nachuntersuchung und ein zusätzlicher SARS-CoV-2-Fragebogen werden vom IUF durchgeführt. Die NAKO Gesundheitsstudie wird in Kooperation mit anderen Mitgliedern des Forschungskonsortiums Deutsche Nationale Kohorte durchgeführt und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, der Helmholtz-Gemeinschaft und den beteiligten Bundesländern gefördert. Die Studie soll als Forschungsplattform für die bevölkerungsbezogene Gesundheitsforschung dienen. Mitarbeiter des IUF sind wie folgt in die NAKO Gesundheitsstudie eingebunden:

  • Mitglied des Use- and Access-Komitee der NAKO und Mitglied des NAKO-Vorstandes (Dr. Schikowski)
  • Mitglied in den Expertengruppen: Umwelt und kardiovaskuläre Gesundheit (Dr. Schikowski)
  • Wissenschaftliche und administrative Betreuung des Studienzentrums in Düsseldorf gemeinsam mit dem Deutschen Diabetes Zentrum (DDZ) (Dr. Schikowski)
  • Verantwortung für die postalischen Follow-up-Fragebögen und die Endpunktvalidierung (Elke Link)
  • Study Nurse für das Studienzentrum am DDZ, die die Untersuchung durchführt (Maria Frohnhoff)

DFG Graduiertenkolleg (GRK) 2624 : Biostatistische Methoden für hochdimensionale Daten in der Toxikologie

Das Graduiertenkolleg 2624 wird von der DFG gefördert und läuft in der ersten Phase von 04/2021 bis 09/2025. Beteiligte Einrichtungen sind neben dem IUF die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, die Technische Universität (TU) Dortmund und das IfADo – Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund. Das Ziel des Graduiertenkollegs ist die Entwicklung und Anwendung biostatistischer Methoden zur Analyse hochdimensionaler Daten für die Modellierung und Risikobewertung in der Toxikologie. Die Promovierenden erwerben Kenntnisse in der Toxikologie und die Fähigkeit, statistische Methoden für Fragestellungen in der Pharmakologie und Umwelttoxikologie zu entwickeln und anzuwenden. In der Toxikologie werden innovative statistische Methoden benötigt, um die ständig wachsende, heterogene, molekulare Datenmenge für eine adäquate Modellierung und Risikovorhersage optimal zu nutzen. Neben den herkömmlichen eindimensionalen Dosis-Wirkungs-Modellen müssen daher komplexere Modelle entwickelt werden. Hochdimensionale Omics-Daten werden in der Modellierung sowohl als Interaktionsfaktor für die toxikologische Exposition, als auch als Zielgröße verwendet.

Internationale Projekte

Novel health care strategies for melanoma in children, adolescents and young adults (MELCAYA)

Bei Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen (CAYAs) ist das Melanom noch nicht ausreichend erforscht, und das Fehlen maßgeschneiderter klinischer Leitlinien und standardisierter Ansätze führen zu einer sehr geringen diagnostischen Genauigkeit. Das MELCAYA-Projekt zielt darauf ab, die Risikofaktoren und Determinanten des Melanoms zu verstehen, um die Prävention, Diagnose und Prognose von Melanomen in CAYAs zu verbessern. Die AG Schikowski trägt zusammen mit der AG Krutmann zur Identifizierung von Risikofaktoren, Exposomik und genetischer Anfälligkeit für Melanome bei CAYAs bei. Die Förderung des Projektes erfolgt im Rahmen des Förderprogramms HORIZON-MISS-2021- Cancer-02-03 (2022-2028).

Kanazawa Universität (Shika Kohortenstudie, Japan)

In einem gemeinsamen Projekt mit der Kanazawa Universität in Japan untersuchen und vergleichen wir Gen-Umwelt-Interaktionen bei älteren deutschen und japanischen Frauen (Shika-Kohorte, n=847) mit besonderem Fokus auf Luftverschmutzung und Lungengesundheit. Kooperationspartner sind die Abteilungen für Hygiene und Gesundheitswesen, Bioinformatik und Genomik, und die Graduiertenschule „Advanced Preventive Medical Science“, Kanazawa Universität, Japan (Prof. Hiroyuki Nakamura und Dr. Akinori Hara).

Taizhou Projekt (China)

Das Projekt „Air pollution exposure, its interaction with genes and the role of systemic inflammation on skin-related outcomes in an elderly Chinese population“ ist eine Zusammenarbeit mit der Max Planck-CAS Paul Gerson Unna Research Group on Dermatogenomics in Shanghai, China (Kooperationspartner: Dr. Sijia Wang) und der Fudan Universität, China. Die Studie untersucht die langfristigen Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die Haut, Lunge und Gehirn in der chinesischen Bevölkerung. Der Schwerpunkt liegt auf den Wechselwirkungen zwischen Genen und Luftverschmutzung, um mögliche vulnerable Gruppen zu identifizieren, und zusätzlich auf systemischen Entzündungen. Dieses Projekt findet in enger Zusammenarbeit mit der AG Krutmann statt. Die externen Kooperationspartner sind Prof. Li Jin, Prof. Theresa Wang und Prof. Haidong Kan (Fudan Universität, Shanghai, China). Das Projekt wird durch das Joint IUF-PICB Research Project sowie durch Industriemittel gefördert.

CASAI Kohorte (India)

Das Projekt „Climate, air pollution and skin aging in Indian women (CASAI)“ ist eine Zusammenarbeit mit dem Centre for Environmental Science and Engineering, Indian Institute of Technology (IIT) Bombay, Mumbai, Indien (Kooperationspartner: Prof. Harish Phuleria). Die Studie untersucht die langfristigen Auswirkungen der Klima- und Luftverschmutzungsexposition auf extrinsische Hautalterung bei indischen Frauen im Alter von über 20 Jahren. Die Studie konzentriert sich auf die Wechselwirkung von Klima und Luftverschmutzung, die als wichtige Umweltfaktoren für die Entstehung vorzeitiger Hautalterungserscheinungen identifiziert worden sind. Indien mit seinen vielfältigen klimatischen Bedingungen, extremen Temperaturen und hoher Luftschadstoffbelastung bietet die Möglichkeit, extrinsische Hautalterungszeichen in einer Bevölkerung zu entdecken, die sich ethnisch und sozioökonomisch von westlichen und anderen asiatischen Ländern unterscheidet. Die Kohorte wurde in den Jahren 2018-2020 in drei großen indischen Großstädten durchgeführt: Delhi, Mumbai und Bangalore, und untersuchte 1 500 Teilnehmerinnen in der Basisuntersuchung. Dieses Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit der AG Krutmann durchgeführt und mit Mitteln von Amway unterstützt.

Die Arbeitsgruppe ist an einer Reihe von großen internationalen Konsortien beteiligt:

SpiroMeta

Das SpiroMeta-Konsortium besteht aus 17 Kohorten, die groß angelegte Genomweite Assoziationsstudien zur Lungenfunktion ermöglichen: ALSPAC, B58C-T1DGC, B58C-WTCCC, EPIC, die EUROSPAN-Studien (Korcula, NSPHS, ORCADES und Vis), FTC (einschließlich FinnTwin16 und Finnish Twin Study on Aging), GINIplus, LISA, KORA, LISANFBC1966, SHIP, SALIA und TwinsUK.

EAGLE

Das Konsortium “Early Genetics and Lifecourse Epidemiology“ (EAGLE) ist ein Zusammenschluss von Schwangerschafts- und Geburtskohorten mit dem Ziel, die genetischen Grundlagen von Phänotypen in der Vorgeburtszeit, im frühen Leben und in der Kindheit zu untersuchen. EAGLE deckt ein breites Spektrum von Krankheitsbildern und Phänotypen ab.

CADSET

CADSET (Chronic Airway DiSeases Early sTratification), eine 2018 ins Leben gerufene klinische Forschungskooperation, ist ein europaweites Netzwerk. Das strategische Ziel von CADSET war die Schaffung eines Konsortiums, in dem Forschende mit Zugang zu Bevölkerungskohorten, Geburtskohorten und Kohorten von Patientinnen und Patienten mit Asthma und/oder COPD zusammenarbeiten können, um besser zu verstehen, wie Lungenfunktionsverläufe die klinische Präsentation von chronischen Atemwegserkrankungen, insbesondere Asthma und COPD, beeinflussen. CADSET umfasst jetzt mehr als 80 Mitgliedern, eine Populationsbeschreibung von 45 verschiedenen Studien, die insgesamt 290 000 Personen umfassen (Jahr: 2020).

EXPANSE

Das durch die EU-finanzierte Projekt EXPANSE ist Teil des European Human Exposome Networks. Das Projekt untersucht die Auswirkungen der urbanen exposomalen Faktoren auf Herz-Kreislauf- und Lungenkrankheiten in Europa. Das urbane Exposom ist eine komplexe Mischung aus sozialen und umweltbezogenen Faktoren im städtischen Umfeld, die sich gemeinsam auf die Gesundheit auswirken.

IUF-intern:
AG Haarmann-Stemmann
AG Krutmann
AG von Mikecz
Core Unit GEMD

National:
Prof. Holger Schwender, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
PD Dr. Christian Herder, Deutsches Diabetes-Zentrum (DDZ), Leibniz-Zentrum für Diabetes-Forschung, Düsseldorf
Prof. Katja Ickstadt und Prof. Jörg Rahnenführer, Fakultät Statistik, TU Dortmund
Prof. Markus Löffler, Institut für Medizinische Informatik, Statistik und Epidemiologie, Universität Leipzig
Prof. Andreas Macke und Dr. Markus Hermann, Leibniz Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), Leipzig
Prof. Annette Peter und Dr. Alexandra Schneider, Helmholtz Zentrum, München

GINI-Konsortium (Dr. Marie Standl, HMGU München; Prof. Sybille Koletzko, LMU München; Prof. Carl-Peter Bauer, TU München; Prof. Dietrich Berdel, Wesel; Dr. Andrea von Berg, Wesel)

International:
Prof. Michael Abramson, Monash University, Melbourne, Australien
Prof. Harish Phuleria, Centre for Environmental Science & Engineering, Indian Institute of Technology Bombay (IIT), Mumbai, Indien
Prof. Haidong Kan, Fudan University, Shanghai, China

Die Arbeitsgruppe Schikowski leistet statistische Unterstützung und Beratung für alle experimentellen Arbeitsgruppen des IUFs.

Team AG Schikowski

Senior Scientist

Masterstudent

Technische Assistenz

Gastwissenschaftler/-in

OBEN