Nutrigenetika i nutrigenomika kao rešenje za planiranje ishrane

Poznato je da genetske varijacije među ljudskim subpopulacijama utiču na različitu toleranciju hrane i na postojanje različitih individualnih potreba u ishrani, povećavajući tako potrebu za individualnim pristupom pri planiranju ishrane. Nauka je potvrdila da nutritivne materije mogu da interaguju sa molekularnim mehanizmima, menjajući fiziološke funkcije u telu.

Na ovaj način, uzimajući u obzir različite aspekte interakcije gena i hranljivih materija i dizajnirajući odgovarajuću ishranu za svaki specifični genotip koji optimizuje individualno zdravlje, mogli bismo sprečiti i kontrolisati konverziju zdravog fenotipa u bolesti.

Šta su nutrigenetika i nutrigenomika?

Termin nutrigenetika prvi put je upotrebio dr R. O. Brenan 1975. godine u svojoj knjizi Nutrigenetika (Simopoulos AP. Genetic variants in the metabolism of omega-6 and omega-3 fatty acids: their role in the determination of nutritional requirements and chronic disease risk. Experi Biol Med. 2010). Nutrigenetika ukazuje na razumevanje kako genetska pozadina pojedinca utiče na ishranu i kakav će biti odgovor tela na apsorpciju i metabolizam bioaktivnih komponenata hrane.

Proučavanje interakcije gena i hranljivih materija je oblast nauke u razvoju. Ova ideja da nepovoljna interakcija ishrane i genoma može izazvati bolest nije nova. Neprikladna ishrana za bilo koji pojedinačni genotip može biti faktor rizika za monogenetske i poligenetske bolesti (bolesti izazvane jednim ili uticajem više gena). Metabolički poremećaji su primeri uticaja genetskih varijacija na ishranu, kao što su fenilketonijaza, defekti povezani sa oksidacijom masnih kiselina dugog lanca, apsorpcija gvožđa (hemohromatoza), koji se mogu dobro kontrolisati dijetetskim ograničenjima.

Nutrigenomika pruža genetsko razumevanje kako uobičajene komponente ishrane utiču na ravnotežu između zdravlja i bolesti, menjajući ekspresiju i/ili strukturu genetskog sastava pojedinca. Nutritivna genomika se fokusira na interakciju između bioaktivnih komponenti hrane i genoma, odnosno na uticaj hranljivih materija na ekspresiju gena, dok se heterogenim odgovorima genskih varijanti na hranljive materije bavi nutrigenetika.

Nutrigenomika ima za cilj da identifikuje efekte nekoliko hranljivih materija na genom, uključujući makronutrijente i mikronutrijente, i istražuje interakciju između gena i hranljivih materija ili bioaktivnih sastojaka hrane i njihov uticaj na ljudsko zdravlje (El-Sohemy A. The Science of Nutrigenomics. Health Law Review. 2008). Uticaj hranljivih materija na transkripciju DNK i ekspresiju gena takođe se naziva nutrigenomika. Prema brojnim studijama, hranljive materije mogu promeniti ekspresiju gena na nivou regulacije gena, prenosa signala, strukture hromatina i funkcije proteina (El-Sohemy A. The Science of Nutrigenomics. Health Law Review. 2008).

Epidemiološke studije pokazuju vezu između unosa hrane i učestalosti i težine hroničnih bolesti (Willett W. Isocaloric diets are of primary interest in experimental and epidemiological Studies. Int J EPidemiol. 2002). Veliki broj patologija povezanih sa ishranom (gojaznost, metabolički sindromi, dijabetes tipa 2, kardiovaskularne bolesti i neke vrste raka) su poligene i multifaktorske, a njihov početak i progresija povezani su s više gena i njihovim varijantama, kao i s nekoliko faktora životne sredine, posebno sa ishranom.

Sa završetkom sekvenciranja ljudskog genoma, novi termin „nutritivna genomika” teži da zameni ranije „interakcije hranljivih materija i gena” (Shils ME, Shike M, Ross AC, Caballero B, J-Cousins R. Modern Nutrition in Health and Disease. 10th ed. lippincott Williams A wolters Kluwer Company; Philadelphia: 2006).

Koncept uticaja hranljivih materija na stabilnost i popravku DNK, kao i na različite procese ekspresije gena, nedavno je postao mnogo značajniji u nutricionističkoj nauci. Brojne komponente ishrane mogu promeniti genetske i epigenetske događaje i stoga uticati na zdravlje.

Ukratko, objašnjenje ove činjenice može da se koncipira kroz nekoliko najbitnijih stavki.

Prvo, uobičajene hemikalije u ishrani deluju na ljudski genom, direktno ili indirektno, menjajući ekspresiju i/ili strukturu gena. Zatim, pod određenim okolnostima i kod nekih pojedinaca, ishrana može biti ozbiljan faktor rizika za brojne bolesti. Neki geni, regulisani ishranom, igraju ulogu u nastanku, učestalosti, progresiji i/ili težini hroničnih bolesti. Stepen u kome ishrana utiče na ravnotežu između zdravog i bolesnog stanja može zavisiti od genetske pozadine pojedinca. Dijetetska intervencija zasnovana na poznavanju individualnih nutritivnih potreba, nutritivnog statusa i genotipa (tj. „individualizovana ishrana”) može se koristiti za sprečavanje, ublažavanje ili lečenje hroničnih bolesti.

Shutterstock.com

Nutritivna epigenetika

Termin „epigenetika” koristi se za ekspresiju gena koja se odvija bez promena u DNK sekvenci. Epigenetske promene mogu uticati na kontrolu ćelijskog ciklusa, oštećenje DNK, apoptozu (programiranu smrt ćelija) i starenje. Najbolje proučena epigenetska modifikacija je metilacija DNK. Studije ukazuju da je metilacija DNK zavisna od bioaktivnih komponenti hrane, od alkohola do cinka.

Biosinteza nukleotidnih prekursora za sintezu DNK zavisi od dostupnosti mnogih vitamina, uključujući B12, B6, niacin, riboflavin i minerala (cink, kobalt). Poremećaji u metabolizmu folata su česti i povećavaju rizik od raka, kardiovaskularnih bolesti, neuroloških poremećaja i razvojnih anomalija kao što su spina bifida, rascep nepca i spontani pobačaj. Stoga, suplementacija folatom može smanjiti rizik od razvoja ovih poremećaja (Fenech M. The Genome Health Clinic and Genome Health Nutrigenomics concepts: diagnosis and nutritional treatment of genome and epigenome damage on an individual basis. Mutagenesis. 2005).

Zdravlje genoma i prevencija bolesti

Jasno je da čak i mala oštećenja u genomu mogu izazvati ključne efekte u celom ljudskom životu. Metabolizam i popravka DNK zavise od različitih dijetetskih faktora koji deluju kao kofaktori ili supstrati. Nutritivne potrebe su važne za sprečavanje oksidacije DNK (npr. antioksidansi kao što su karotenoidi, vitamini E i C), sprečavanje ugradnje uracila u DNK (npr. folat), održavanje metilacije u DNK (metionin, holin, folat i vitamin B12), kao kofaktori ili kao komponente enzima za popravku DNK (Zn, Mg), održavanje dužine telomera (niacin, folat).

Oštećenje genoma i nutritivni deficit

Kao što je ranije pomenuto, nutritivni status utiče na stabilnost genoma, a nedostatak određenih mikronutrijenata može dovesti do kritičnih oštećenja u genomu. Studije su pokazale da najmanje devet mikronutrijenata (vitamin E, kalcijum, folat, retinol, nikotinska kiselina, beta karoten, riboflavin, pantotenska kiselina i biotin) utiču na stabilnost genoma kod ljudi in vivo (Fenech M. Genome health nutrigenomics and nutrigenetics-diagnosis and nutritional treatment of genome damage on an individual basis. Food Chem Toxicol. 2008). Folat i vitamin B12 su potrebni za replikaciju DNK, popravku i održavanje obrazaca metilacije DNK. I in vivo i in vitro studije sa ljudskim ćelijama jasno pokazuju da su nedostaci folata i vitamina B12 i povišen homocistein u plazmi povezani sa ekspresijom hromozomskih krhkih mesta, hromozomskim prekidima, prekomernom količinom uracila i hipometilacijom DNK. Nikotinska kiselina (niacin) takođe igra fundamentalnu ulogu u integritetu hromozoma i smanjenju rizika od raka.

Reaktivne vrste kiseonika, kao što su visoko reaktivni hidroksilni radikal i superoksidni radikal, doprinose oštećenju DNK. Antioksidansi (vitamin C i E) i enzimi kao što su superoksid dismutaza, katalaza i glutation peroksidaza mogu kontrolisati oksidaciju lipida i proteina izazvanu reaktivnim vrstama kiseonika.

Neplodnost je još jedna posledica oštećenja genoma po ljudsko zdravlje. Oštećenje genoma usled nedostatka specifičnih mikronutrijenata može izazvati razvojne defekte kod fetusa ili povećan rizik od raka kod deteta. Na primer, neadekvatan unos vitamina C dovodi do povećane oksidacije DNK u spermatozoidima; nedostatak folata povećava rizik od neuralgijskog dijabetesa i oštećenja genoma. Pokazalo se da postoji povećan rizik od dečje leukemije kod dece čije majke nisu unosile dovoljno suplemenata folne kiseline tokom trudnoće. Pored toga, nedostatak cinka izaziva oksidativno oštećenje DNK i narušava popravku DNK, što ima teratogene efekte (Fenech M, Ferguson LR. Vitamins/minerals and genomic stability in humans. Mut Res. 2001).

Telomere i nutritivni status

Telomere su nukleoproteinske strukture koje prekrivaju krajeve hromozoma i održavaju stabilnost hromozoma. Degeneracija telomera dovodi do nestabilnosti svih hromozoma, a samim tim i amplifikacije – umnožavanja gena, što je važan faktor rizika za rak. Nedostatak folata i nikotinske kiseline povećava oksidativni stres i disfunkciju telomera. Kod nedostatka folata, uracil se ugrađuje u DNK umesto timina, što dovodi do lomljenja hromozoma. Slično tome, oksidativni stres uzrokuje skraćivanje telomera. Folat i drugi donori metil grupe, kao što su vitamin B12, holin i metionin, imaju važnu ulogu u održavanju metilacije citozina. Defekti u metilaciji DNK mogu izazvati prekomerno izduživanje telomera.

Skraćivanje telomera je primećeno kod brojnih stanja, uključujući gojaznost, psihološki stres, imunološku disfunkciju, rak i kardiovaskularne bolesti. U studijama in vitro utvrđeno je da antioksidativni tretman sprečava oštećenje telomera (Bull C, Fenech M. Genome health nutrigenomics and nutrigenetics: nutritional requirements for chromosomal stability and telomere maintenance at the individual level. Proc Nutr Soc. 2008).

Nutrigenetsko testiranje

Nutrigenetska ispitivanja vrše se putem analize DNK kako bi se utvrdilo kako geni reaguju na određene nutrijente i namirnice. Sam proces testiranja je jednostavan i obično uključuje sledeće korake:

• Uzimanje uzorka: najčešće se koristi bris bukalne sluznice (unutrašnja strana obraza), što je potpuno bezbolno i brzo. U nekim laboratorijama, uzorak se može uzeti i putem venske krvi.

• Laboratorijska analiza: uzorak se šalje u specijalizovanu laboratoriju gde se izoluje DNK i analiziraju specifični genetski markeri povezani s metabolizmom, intolerancijama i apsorpcijom vitamina.

• Obrada rezultata: izveštaj se obično čeka između 7 i 10 dana.

• Interpretacija i plan ishrane: nakon dobijanja rezultata, stručnjaci (genetičari i nutricionisti) tumače nalaze i kreiraju personalizovani plan ishrane.

Razumevanje međusobnih odnosa između ljudskih gena i komponenti ishrane omogućiće nam da u bliskoj budućnosti precizno manipulišemo funkcionisanjem i stabilnošću genoma tokom životnog ciklusa, da bismo održali optimalno ljudsko zdravlje i prevenciju bolesti. Sa boljim uvidom u interakciju gena i hranljivih materija, promene u ishrani i individualno uvođenje pojedinačnih hranljivih materija mogu nam pomoći da se bolje zaštitimo od raka, smanjimo pojavu kardiovaskularnih i drugih hroničnih bolesti i možda povećamo ljudsku dugovečnost.

Naslovna fotografija – Shutterstock.com