Източник: Списание за възстановителна медицина, том 4, номер 1, 1 декември 2015 г., стр. 74-82 (9)

нутригеномика

Автори: Gonzalez, Michael J.; Миранда-Масари, Хорхе Р.; Дюконж, Хорхе; Родригес, Хосе Р .; Синтрон, Кенет; Бердиел, Мигел Дж .; Родригес, Хосе У.

Нутригеномиката е изследване на ефектите на храната и хранителните съставки върху генната експресия. Изследването на нутригеномиката може да окаже голямо влияние в развитието на специално създадени храни, добавки и продукти за напитки в близко бъдеще. Концепцията за „генетично хранене“ обобщава информацията за това как диетата, добавките, начинът на живот и факторите на околната среда влияят върху генната експресия. За да преодолеят специфичното си генетично предразположение, което може да доведе до сериозни заболявания, хората могат да изберат персонализирани диети, добавки и да направят промени в начина на живот, което би оптимизирало метаболитния им статус. Приемът на хранителни вещества за всеки човек варира в зависимост от неговия уникален генетичен състав и индивидуален избор на начин на живот. Следователно може да е възможно да се „коригират” физиологичните смущения чрез прилагане на принципите на „Метаболитна корекция”. За да се постигнат напълно тези цели за оптимално здраве, трябва да се разработят и приложат нови международни съюзи и политики и да се проведат по-солидни научно обосновани изследвания.

  • ГОРНА ЧАСТ
  • РЕЗЮМЕ
  • ВЪВЕДЕНИЕ
  • ДИЕТА ПРОМЕНЯ ИЗРАЗЯВАНЕТО НА ГЕНЕТИЧНА ИНФОРМАЦИЯ
  • ГЕНЕТИЧНО ХРАНЕНЕ
  • МЕТАБОЛНА ОПТИМИЗАЦИЯ
  • МЕТАБОЛИЧНА КОРЕКЦИЯ
  • ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  • РАЗКРИВАНЕ НА ИНТЕРЕСИ
  • ПРЕПРАТКИ

Епигенетиката се отнася до наследствена вариация на ДНК, която регулира хромозомната архитектура и модифицира генната експресия без промени в основната ДНК последователност. 1 Нутригеномиката е изследване на ефектите на храната и хранителните съставки върху генната експресия. Това включва как ДНК се транскрибира в информационна РНК (тРНК) и след това се трансформира в протеини; осигуряване на основа за разбиране на биологичната активност на хранителните компоненти. 1 Нутригеномиката също е дефинирана от влиянието на генетичните вариации върху храненето, като се изследва как генната експресия или еднонуклеотидните полиморфизми влияят върху абсорбцията, метаболизма, елиминирането и/или биологичните ефекти на хранителните вещества. По този начин нутригеномиката може да помогне за установяването на научен подход за оптимизиране на храненето по отношение на генотипа на субекта. Нутригеномиката ни предоставя инструментариум, за да разберем по-точно как работи храненето. Нутригеномиката също се определя като това как храната и погълнатите хранителни вещества могат да повлияят на генома, 2 докато нутригенетиката се определя като това как генетичният състав на човека влияе върху отговора на диетата. 3

Чрез определяне на механизма на хранителните ефекти на генетично ниво, нутригеномиката може да очертае връзката между специфични хранителни вещества или диети и нейния ефект върху човешкото здраве. Нутригеномиката също е свързана с идеята за персонализирано хранене въз основа на генотипове и попада в по-широкото поле на персонализираната медицина. 4 Въпреки че има надежда, че нутригеномиката в крайна сметка ще даде възможност за такива персонализирани диетични съвети, нейният принос за общественото здраве може да бъде още по-голям. Много други преди са описвали подобна концепция, при която диетата може да повлияе на генната експресия. 5 - 12

  • ГОРНА ЧАСТ
  • РЕЗЮМЕ
  • ВЪВЕДЕНИЕ
  • ДИЕТА ПРОМЕНЯ ИЗРАЗЯВАНЕТО НА ГЕНЕТИЧНА ИНФОРМАЦИЯ
  • ГЕНЕТИЧНО ХРАНЕНЕ
  • МЕТАБОЛНА ОПТИМИЗАЦИЯ
  • МЕТАБОЛИЧНА КОРЕКЦИЯ
  • ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  • РАЗКРИВАНЕ НА ИНТЕРЕСИ
  • ПРЕПРАТКИ

Доказано е, че хранителните фактори имат голямо влияние върху генната експресия (геномика и транскриптомика), синтеза на протеини (протеомика) и метаболизма (метаболомика). Промените в mRNA и профилирането на експресията и съответните протеини регулират транспорта на някои хранителни вещества и метаболити. В резултат на това нов подход, насочен към здравеопазването, насочен към пациента, може да се фокусира върху храненето и други модифицируеми фактори на начина на живот, за да се постигне оптимална генна експресия и следователно подобрено оптимално здраве (вж. Фигура 1).

Фигура 1: Илюстрира концепцията за нутригеномиката като ефектите на баланса на хранителните вещества върху генната експресия, водещи тялото към различни биохимични пътища и крайни точки. Чрез неговия последователен ефект върху епигенома, транскриптома, протеома, метаболома, който може да доведе до здравословно физиологично състояние или основно метаболитно нарушение (биохимичен дисбаланс) като прекомерно възпаление, окисление, неврологичен стрес и метаболитен стрес. Епигеномни химични промени в ДНК и хистоновите протеини; тези промени могат да бъдат предадени на потомството на организма. Транскриптомът е съвкупността от всички произведени РНК молекули. Протеомът е целият набор от протеини, експресирани в даден момент при определени условия. Метаболомът се отнася до пълния набор от малки молекулни метаболити (като метаболитни междинни продукти, хормони и други сигнални молекули и вторични метаболити).

Подгрупите в хетерогенна популация могат да действат по различен начин от една диетична интервенция, която подкрепя концепцията за биохимична индивидуалност. 5 Пример за това е използването на фолиева киселина в популация, в която липсва гена на метилен тетрахидрофолат редуктаза (MTHFR), тази популация, за да се възползва от тази добавка, ще се нуждае от активираната форма на фолиева киселина. Друга важна концепция е геннототрофното заболяване 6, което е заболяване, което е резултат от неоптималната консумация на хранителни вещества, необходими за задоволяване на генетично обусловените биохимични нужди на индивида. Една от основните функции на микроелементите (витамини и минерали) е да повишат ензимната ефективност. Витамините са съ-фактори за ензимите, а ензимите са протеини и протеините могат да се трансформират поради генетични промени и това се отразява на тяхната функция. Образуването на активен кофактор изисква активни ензими, освен това да има ензими, функциониращи с максималния си капацитет; трябва да присъстват достатъчно активни кофактори. 7

Пример за биохимична индивидуалност са генетичните полиморфизми, свързани с метаболизма на фолатите. Активирането на ди-хидрофолиевата киселина до 5-метил-тетрахидрофолат (активна форма на фолат) изисква MTHFR. Ако MTHFR е дефектен (мутирал), активирането на фолиевата киселина намалява. Ако се образува недостатъчно активиран фолат, допълнителните ензими, нуждаещи се от този кофактор, ще имат намалена активност. Този проблем се наблюдава при хомоцистеинемия.

Различните хора имат различна скорост на биохимични реакции и това се определя от уникалния им генетичен състав. Това е централната догма на концепцията за биохимичната индивидуалност и на модела за метаболитна корекция. Много от настоящите хранителни изследвания се извършват по начин, че въпреки че са контролирани, те може да не правят разлика между подгрупите.

Доказано е, че хранителните съставки променят генната експресия по редица начини. Например: 1) Действа като лиганди за рецептори на транскрипционен фактор; 2) Чрез метаболизиране в първични или вторични метаболитни пътища, като по този начин променя концентрациите на субстрати или междинни продукти; 3) Чрез промяна на пътищата за предаване на сигнала. 13

За да се разбере потенциалът на храненето за поддържане на здравето и предотвратяване на заболяването, може да се крие изследването на епигенетиката, което се определя като изследване на наследствени промени в генната експресия, които не включват модификация в основната ДНК последователност. 14 Въпреки че епигенетиката не води до промени в нуклеотидната последователност, тя включва молекулярна модификация на ДНК и хистони (т.е. протеини, които пакетират ДНК в човешки клетки), като ДНК метилиране и хистоново деацетилиране. Тъй като информацията тече в двете посоки (т.е. от ДНК към протеини и от протеини към ДНК), генната експресия също може да бъде активирана или деактивирана чрез сигнали от околната среда. Диетичните фактори, като дневния прием на фолиева киселина, могат да се разглеждат като стимул за околната среда с потенциал да повлияят на генното активиране, например чрез промяна в състоянието на метилиране на ДНК. 15 Съответно само гените не определят биологичната съдба; това е отговорът на стимулите от околната среда, който всъщност определя генната експресия, която отчита тези резултати. Повечето епигенетични промени се случват в определени моменти от живота на индивида и за разлика от мутациите на зародишната линия те са потенциално обратими. 14.

От друга страна, метилирането на иРНК играе ключова роля в енергийната хомеостаза, процесът, чрез който тялото поддържа сложно биохимично динамично равновесие, което се постулира като нов път в регулаторния процес, който допринася за затлъстяването и диабета тип 2. 16 Всъщност обратимата модификация на N6-метиладенозин в иРНК е широко разпространена в цялото царство на бозайниците. Доказателствата категорично показват, че тази обратима, пост-транскрипционна модификация има основна роля в метаболизма на иРНК и може да представлява друга област на биологична регулация под формата на „РНК епигенетика“. 16.

Докато излишният калориен прием увеличава биомаркерите за напреднало стареене и хронични заболявания, ограничаването на калориите 17 (CR) е един от най-изследваните начини за удължаване на живота. 18 Едно от най-надеждните доказателства за ефектите на CR е 20-годишно проучване с маймуни резус, при което умерената CR води до трикратно намаляване на риска от свързано с възрастта заболяване. 19 CR предизвиква промени в генната експресия, които подобряват биомаркерите на младостта и здравето, като скорост на метаболизма, чувствителност към инсулин, сърдечно здраве и познание. 20 CR значително инхибира експресията на ядрен фактор-капа B (NF-kB). NF-kB е генен регулатор, който контролира нивото на много физиологични молекули като провъзпалителни цитокини, свободни радикали и холестерол, които са свързани с влошаване на здравето, свързано с възрастта. 21 - 25

Сред възпалителните цитокини и други медиатори на възпалението, инхибирани чрез потискане на генната експресия, са интерлевкини и фактор на туморна некроза (TNF) и циклооксигеназа-2 (COX-2). Тези медиатори са замесени като рисков фактор за рак, атеросклероза и хронично възпаление. 26 - 29

Диетичният режим за постигане на ползите от CR може да бъде труден за повечето индивиди, но инхибирането на NF-kB и други цитокини може да се постигне и с използването на някои хранителни вещества като ресвератрол, птеростилбен, кверцетин, екстракт от гроздови семки и витамин D. 30 - 35 Предполага се, че употребата на тези съединения може да бъде важна за профилактиката и лечението на много състояния, при които възпалителните цитокини играят ключова патофизиологична роля.

Един важен механизъм на контрола на произведената CR-глюкоза е чрез активиране на генни регулатори, наречени пероксизомни пролифератор-активирани рецептори (PPARs), които са отговорни за метаболизма на мазнините и въглехидратите и поддържат митохондриалната функция. 36 PPAR са ядрени рецептори, чиято стимулация е свързана с няколко физиологични пътища, свързани с регулирането на чревното възпаление. 37 Ресвератрол 38 и птеростилбен 36 усилват регулирането на производството и активността на PPAR, предизвиквайки клетъчни процеси, които поддържат подобрен метаболитен профил. Екстрактът от гроздови семки регулира различна група PPAR, която контролира съхранението на мазнини. Екстрактът от гроздови семки индуцира метаболизма на мазнините, като същевременно инхибира развитието на нови мастни клетки. 39, 40