Nutrigenomika – dieta zgodna z DNA
Coraz częściej jesteśmy bombardowani ofertami testów genetycznych, które mają nam pomóc w opracowaniu idealnie skrojonej na potrzeby naszego organizmu diety i planu aktywności fizycznej. Rzeczywiście istnieje gałąź nauki z pogranicza biochemii, biologii molekularnej i medycyny, która ma za zadanie badać wzajemne powiązania miedzy ludzkim genomem a składnikami pokarmowymi. Ta gałąź nauki, to nutrigenomika.
Takie testy do tanich nie należą, to wydatek nawet kilku tysięcy złotych. Warto więc zadać sobie kilka ważnych pytań. Czym jest nutrigenomika, jakie problemy ma za zadanie rozwiązać i jak daleko jest zaawansowana? I najważniejsze, czy testy genetyczne, na których ma się opierać dieta, mają w ogóle jakieś podstawy naukowe?
Ostatnio w programie w radio TOK FM usłyszałam od pewnego autorytetu w środowisku biologów molekularnych, że tego typu testy nie mają żadnych podstaw naukowych i są jedynie maszynką do robienia pieniędzy. Jak jest w rzeczywistości, postaram się odpowiedzieć w tym artykule, posiłkując się literaturą naukową.
Słowniczek
- gen – fragment DNA, który pośrednio koduje białko; może występować w wielu wersjach
- allel – jedna z wersji genu
- genotyp – zespół genów danego osobnika warunkujących jego właściwości dziedziczne
- fenotyp – zespół cech organizmu, zarówno morfologicznych (cechy zewnętrzne), jak i fizjologicznych (cechy wewnętrzne); jest ściśle powiązany z genotypem
- nukleotyd – podstawowy składnik kwasów nukleinowych (DNA i RNA), odgrywa też ważne role w metabolizmie i przekazywaniu sygnałów w komórce; w skład nukleotydu wchodzą zasady azotowe, w przypadku DNA wyróżniamy adeninę (A), cytozynę (C), tyminę (T) i guaninę (G); w RNA tymina (T) ulega zamianie na uracyl (U), pozostałe – bez zmian
- mutacja – nagłe, skokowe zmiany materiału genetycznego komórki; mogą to być np. podstawienia pojedynczych nukleotydów
- SNP – mutacja polegająca na podstawieniu pojedynczego nukleotydu
- chromosom – najwyższy stopień upakowania materiału genetycznego w komórce
- autosomy – wszystkie chromosomy z wyjątkiem chromosomów płci
- allosomy – chromosomy płci
- ekspresja genów – proces, w którym informacja genetyczna zawarta w genie zostaje odczytana i przepisana na jego produkty, które są białkami lub różnymi formami RNA.
Projekt poznania ludzkiego genomu
Nie rozmawialibyśmy dzisiaj o nutrigenomice, gdyby nie fakt, że ludzki genom został zsekwencjonowany w całości. Mało tego, pojawia się coraz więcej kompletnych sekwencji, które pozwalają na wyszukiwanie mutacji odpowiedzialnych m.in. za choroby genetyczne.
Human Genome Project został zapoczątkowany w 1990 roku przez przez Departament Energii USA i Narodowe Instytuty Zdrowia USA (NIH). Na ten cel przeznaczono ogromną sumę 3 mld dolarów. Wg założeń proces sekwencjonowania i składania genomu miał się zakończyć sukcesem w 2005 roku. Do projektu dołączyło pięć innych krajów (Chiny, Francja, Niemcy, Japonia i Wielka Brytania), a sam proces napędził postęp technologiczny. Do tego doszedł jeszcze wyścig z prywatną firmą Celera Genomics, która prowadziła badania na własną rękę i zamierzała opatentować genom. Presja czasu spowodowała, że 26 stycznia 2000 roku (5 lat przed terminem) prezydent USA Bill Clinton i premier Wielkiej Brytanii Tony Blair ogłosili sukces na wspólnej konferencji prasowej. W lutym 2001 roku ukazały się dwie publikacje w najbardziej renomowanych czasopismach naukowych na naszej planecie. Jedna rządowa w Nature, a druga Celera Genomic w Science. Podsumowały one 10 lat badań i zdradziły, że poznano około 90% całego ludzkiego DNA.
Założeniem było nie tylko zsekwencjonowanie genomu, ale także identyfikacja genów i zmapowanie ich położenia na chromosomach. Ludzki DNA zawiera około 20-25 tys. genów kodujących białka. Pozostałe rejony, to m.in. sekwencje regulatorowe, powtórzenia i elementy ruchome. Złożoność genomu przerosła najśmielsze wyobrażenia naukowców na ten temat. A sam projekt sekwencjonowania wygenerował więcej pytań niż odpowiedzi. Okazało się, że rozszyfrowanie ludzkiego DNA (i nie tylko ludzkiego), to robota na kolejne dziesięciolecia i następne pokolenia naukowców będą miały się czym zajmować.
Czym jest nutrigenomika i jaki jest jej cel
W skrócie, nutrigenomika to nauka badająca wpływ poszczególnych składników odżywczych na regulację ekspresji genów. Jest interdyscyplinarną gałęzią, łączącą zagadnienia z zakresu m.in. genetyki, żywienia molekularnego, biologii molekularnej i bioinformatyki. Jej głównymi zadaniami są: identyfikacja nowych genów związanych z metabolizmem, badanie molekularnych podstaw chorób oraz interakcji gen-składnik pożywienia-zdrowie.
Jej aplikacyjnym zastosowaniem i celem jest opracowanie indywidualnej diety dostosowanej do genetycznych predyspozycji danej osoby. Czerpie więc garściami z wyników sekwencjonowania ludzkiego genomu.
Jednym z ważnych elementów tego działu nauki jest genetyka, która w tym wąskim zakresie nazywana jest nutrigenetyką. Ma ona za zadanie wyszukiwać geny kodujące białka związane z metabolizmem. Po czym poszukuje się w nich mutacji, które mogą wpływać negatywnie lub pozytywnie na dany szlak biochemiczny. Co do tej pory ustalili naukowcy?
Osiągnięcia nutrigenetyki
Istnieje wiele publikacji naukowych, które dowodzą, że różne warianty tych samych genów wpływają na to, jak absorbujemy i metabolizujemy konkretne składniki odżywcze. A personalizowana pod kątem genetycznym dieta wpływa na zmiany w szlakach metabolicznych (1).
Koncepcja personalizacji diety na podstawie genotypu nie jest też niczym nowym. Chyba najbardziej obrazowym i szeroko znanym przykładem łagodzenia objawów choroby genetycznej dietą jest postępowanie w przypadku fenyloketonurii. Tę chorobę omawia się nawet na lekcjach biologii. Jej przyczyn należy szukać w mutacji położonego na chromosomie 12 (12q22-q24.1) genu kodującego enzym hydroksylazę fenyloalaninową. Mutacja powoduje upośledzenie aktywności tego enzymu, przez co fenyloalanina nadmiernie odkłada się w organizmie i powoduje uszkodzenia mózgu. Ta choroba wymaga szybkiej diagnozy zaraz po urodzeniu i wprowadzenia diety eliminacyjnej, ubogiej w fenyloalaninę. Innym przykładem jest uwarunkowana genetycznie nietolerancja laktozy. Jej eliminacja z diety przyczynia się do zwiększenia komfortu życia (2).
Co jeszcze wiadomo o genach powiązanych z tym, co jemy?
Kofeina
Jest wiele badań, które powiązały kofeinę i zdolność do jej metabolizowania z konkretnymi genami. Udowodniono, że różne warianty takich genów jak CYP1A2 i prawdopodobnie ADORA2A wpływają na metabolizm, wrażliwość i odpowiedź na kofeinę (3).
95% kofeiny jest metabolizowane przez enzym zakodowany w genie CYP1A2, a mutacja typu SNP A->C w pozycji 163 wpływa na aktywność tego enzymu (1). Nosiciele genotypu zmutowanego, który zmniejsza szybkość metabolizmu kofeiny, są bardziej narażeni na wystąpienie zawału mięśnia sercowego (4), nadciśnienia (5) i cukrzycy (6). Powinni więc ograniczać spożycie produktów bogatych w kofeinę .
Adenozyna sprzyja senności łącząc się z receptorami A2A w mózgu, które kodowane są przez gen ADORA2A. Kofeina odwraca ten skutek przez zablokowanie receptorów dla adenozyny. W rezultacie wywołuje pobudzenie organizmu (7).
Badania wskazują, że różne warianty tego genu powodują inne reakcje organizmu po spożyciu kofeiny. Nosiciele genotypu TT reagują na kofeinę szybciej i już dawka 400 mg pozwala im na zwiększenie koncentracji (8), przy jednoczesnym zmniejszeniu ryzyka wystąpienia problemów ze snem. Nosiciele genotypu C są bardziej narażeni na pojawienie się zaburzeń snu po spożyciu kofeiny (9).
Witamina A
Ta rozpuszczalna w tłuszczach witamina pełni ważną rolę w organizmie i jej niewłaściwe ilości dostarczane organizmowi zostały powiązane z zaburzeniami odporności (10). Jest także ważna z punktu widzenia utrzymania dobrego wzroku (11).
Prekursory wit. A, czyli cząsteczki, z których powstaje wit. A, są przekształcane w funkcjonalną formę w błonie śluzowej jelit, przez enzym kodowany przez gen BCMO1. Wariant rs11645428 tego genu oddziałuje na ilość karotenoidów (prekursorów wit. A) krążących w osoczu. Ich ilość zależy od wydajności z jaką enzym zmienia prowitaminę w witaminę (12). Jeden z wariantów tego genu powoduje, że organizm jego nosiciela przekształca prowitaminy w wit. A w sposób niewydajny, narażając na niedobory tego składnika. Odpowiednio większa ilość prekursorów w diecie rozwiązuje ten problem (13).
Żelazo
Ze zdolnością do wchłaniania żelaza przez organizm do tej pory zostało powiązanych kilka genów. Dość rzadka mutacja w genie HFE powoduje zwiększenie wchłaniania żelaza, co może prowadzić do hemochromatozy (14). To choroba polegająca na stopniowym odkładaniu żelaza w tkankach i narządach. W konsekwencji może prowadzić np. do marskości wątroby i wieloogniskowego raka pierwotnego tego narządu. Zwiększenie aktywności fizycznej u nosicieli tego wariantu genu zmniejsza ryzyko odkładania tego pierwiastka w tkankach i narządach. Z kolei za zmniejszenie zdolności do wchłaniania żelaza odpowiadają mutacje w genach TMPRSS6, TFR2 i TF . Analiza kombinacji tych genów pozwala ustalić stopień ryzyka wystąpienia niedoborów i w konsekwencji anemii. Umożliwia także określenie indywidualnego zapotrzebowania na suplementację żelaza (1).
Geny a wahania wagi
Wiele badań wskazało, że mutacje w takich genach jak PPARgamma2 (15), TA, FTO (16), czy TCF7L2 (17) wpływają na wchłanianie kwasów tłuszczowych i procesy chudnięcia i tycia. Udowodniono, że odpowiednie proporcje kwasów tłuszczowych w diecie, dobrane ze względu na wykryte warianty tych genów, wpływają pozytywnie na proces kontrolowania masy ciała (1).
W przypadku genu FTO, dobrze opisane jest jego powiązanie z uczuciem łaknienia, które regulowane jest przez hormon leptynę. Określone polimorfizmy w tym genie wpływają na ilość wydzielanego hormonu sytości. Zaburzenia na tym polu mogą powodować nadmierne łaknienie i ciągłe uczucie głodu. To z kolei, przy braku kontroli, staje się prostą drogą do otyłości. Niektóre badania idą jeszcze dalej i sugerują wpływ alleli FTO na wrażliwość na insulinę, obwód w talii, stężenie glukozy, triglicerydów i cholesterolu we krwi (18).
Witamina C, D i wapń
Jest przynajmniej kilkadziesiąt opisanych genów, których różne warianty wpływają na odpowiedź organizmu na różne składniki odżywcze. Oprócz tych, które opisałam wyżej, dobrze udokumentowane jest m.in. powiązanie genu GSTT1 z niedoborami witaminy C (19). Mutacje w CYP2R1 przyczyniają się do zwiększonego ryzyka wystąpienia niedoborów witaminy D w organizmie (20). A biorąc pod uwagę, że wit. D bierze udział we wchłanianiu wapnia, jej niedobory mogą w konsekwencji przyczyniać się do osłabienia kości, mięśni i przewodnictwa w układzie nerwowym (21). Z tego wynika, że jeden gen może mieć pośredni wpływ na wiele procesów zachodzących w organizmie człowieka.
Na czym polegają testy genetyczne w nutrigenomice
Z tego, co zdążyłam się zorientować, do takiego testu wystarczy wysłać próbkę śliny. Jest to więc zupełnie nieinwazyjne i bezbolesne badanie. Z takiej próbki izolowany jest całkowity DNA, a następnie sekwencjonuje się w zależności od testu około 45 genów, które zostały zidentyfikowane jako istotne z punktu widzenia metabolizmu człowieka. Rzeczywiście są to geny, które zostały dobrze opisane w literaturze. A różne ich warianty mają naukowo potwierdzone powiązanie z reakcją na dany składnik odżywczy.
Następnie w tych sekwencjach poszukuje się specyficznych mutacji. Pojedynczych zmian w DNA, które mogą wpływać na funkcjonowanie danego genu. Taka mutacja może upośledzać lub wręcz przeciwnie, usprawniać działanie zakodowanego w genie białka.
Zadaniem nutrigenomiki jest analiza genotypu, czyli ustalenie jakie allele (warianty genu) zostały zidentyfikowane w badanej próbce. Na podstawie tych informacji układa się dietę, która ma być całkowicie zgodna z potrzebami osoby poddającej się testom. Czy warto inwestować w takie badania?
Czy dieta zgodna z DNA ma sens?
Jak widać, podstawy naukowe z zakresu nutrigenomiki i nutrigenetyki rzeczywiście istnieją. Jednak, czy są wystarczające do układania indywidualnych planów żywienia i aktywności fizycznej?
Biorąc pod uwagę, że ludzki genom koduje prawdopodobnie ok. 25 tys. genów białkowych, odkrycie powiązań kilkudziesięciu z nich z substancjami odżywczymi wydaje się kroplą w morzu. Wyniki wyglądają naprawdę obiecująco i zdają się nakreślać przyszłość w żywieniu, ale musimy zdawać sobie sprawę z pewnych ograniczeń.
Genetyka rządzi się zdecydowanie bardziej skomplikowanymi zasadami niż prawa Mendla. I wciąż więcej nie wiemy, niż wiemy. A na większość szlaków biochemicznych i metabolicznych wpływa nie jeden, a wiele genów. Nie wspominając o tym, że wiele zjawisk zachodzących w naszym organizmie jest nam po prostu nieznana. Do tego dochodzą czynniki środowiskowe, które są jednym z regulatorów ekspresji genów. Wciąż wiedza w tym zakresie jest fragmentaryczna, a relacje gen-składnik odżywczy-zdrowie wymagają dalszych badań w wystandaryzowanych warunkach i na dużej grupie reprezentującej różne populacje.
Przyszłość nutrigenomiki
Nutrigenomika jest w mojej ocenie bardzo obiecującym działem nauk biologicznych i wróżę jej ciekawą przyszłość. Na dzień dzisiejszy nie traktowałabym jednak testów DNA jak wyrocznię przy układaniu diety. Rzeczywiście mogą pomóc, ale nie należy stosować ich samodzielnie. Badania lekarskie i wywiad wciąż są moim zdaniem podstawą, a badania genetyczne mogą być dla nich dobrym uzupełnieniem. Jednak pogląd, że tego typu testy nie mają żadnych podstaw naukowych uważam za co najmniej przesadzony. Udało mi się znaleźć mnóstwo naukowych doniesień, które wyraźnie wskazują, że nutrigenomika, to przyszłość.
Jeśli takie testy mają nam pomóc w mobilizacji do rozpoczęcia zdrowego trybu życia, to jak najbardziej warto w nie zainwestować. Jednak samo posiadanie mutacji jeszcze nie przesądza o wystąpieniu negatywnych skutków, wskazuje jedynie na zwiększone ryzyko ich powstania. Dlatego układając dietę powinniśmy kierować się przede wszystkim stanem zdrowia, wiekiem i trybem życia. Dla zdrowego człowieka, to rzeczywiście może być wskazówka co i jak jeść, żeby w przyszłości uniknąć problemów. Jednak nie ma żadnych przesłanek, że rekomendowane programy żywienia nie są wystarczające do tego, żeby prowadzić zdrowy tryb życia.
Będę się bacznie przyglądać rozwojowi nutrigenomiki i nutrigenetyki. To niezwykle ciekawa i perspektywiczna gałąź nauki, która zauważalnie może wpływać na nasze życie i zdrowie. Co sądzicie na ten temat? Dajcie znać w komentarzu!
Literatura
7. Nunes RA, Mazzotti DR, Hirotsu C, Andersen ML, Tufik S, Bittencourt L. The association between caffeine consumption and objective sleep variables is dependent on ADORA2A c.1083T>C genotypes,
Sleep Medicine. 2017:30:210-215. https://doi.org/10.1016/j.sleep.2016.06.038.
9. Rétey, J. V., Adam, M. , Khatami, R. , Luhmann, U. F., Jung, H. H., Berger, W. and Landolt, H. (2007), A Genetic Variation in the Adenosine A2A Receptor Gene (ADORA2A) Contributes to Individual Sensitivity to Caffeine Effects on Sleep. Clinical Pharmacology & Therapeutics, 81: 692-698. doi:10.1038/sj.clpt.6100102
Biochemia, mój konik 🙂 Bardzo ciekawy artykuł, myślę, że takie dobieranie diety pod nasze uwarunkowania genetyczne może być przyszłością dla dietetyki, szczególnie w tych trudniejszych przypadkach.
Też tak uważam. To bardzo rozwojowa dziedzina i myślę, że w przyszłości badania genetyczne będą standardem, przynajmniej w opornych przypadkach.
O widzę, że muszę zainwestować we wchłanianie Wit. C i D….
Wydaje mi się, że na ten moment większy sens ma robienie badań z krwi na alergie pokarmowe (nie tyle te związane z glutenem). Bo często nieświadomie jemy to, co nam szkodzi. Znajomemu wyszło uczulenie m.in.na cebulę czy pieprz.
Rzeczywiście czynników, które wpływają na organizm jest tyle, że same testy genetyczne nie rozwiążą wszystkich problemów. Mogą jedynie pomóc 🙂