
Nutrigenomika, sirtuiny a dieta?
Era genetyki coraz bardziej się rozwija, mamy dostęp do coraz większego zakresu literatury, która pokazuje jak żywność wpływa na ekspresję genów. Nutrigenomika jest stosunkowo nowa, nauką, która łączy żywienie z genetyką. Jest to badanie zależności między żywieniem a odpowiedzią organizmu na poziomie ekspresji genów.
Badania dowodzą, że pożywienie nie wpływa jedynie na procesy metaboliczne organizmu czy biochemiczne, ale także DNA.
Niektóre składniki pokarmowe wpływają bezpośrednio i są ligandami wielu receptorów które biorą udział w budowaniu kompleksu transkrypcyjnego. Składniki pokarmowe jak polifenole czy kwasy omega-3 biorą bezpośredni udział w wywoływaniu ekspresji genów, a ich niedobór będzie powodował, że pewne geny nie będą mogły działać, co będzie skutkowało zaburzeniami na przykład metabolizmu.
Chadwick R. (2004) opisał Nutrigenomikę jako badanie wpływu bioaktywnych składników diety na ekspresję genów. Analizuje się w tym pojęciu związki pomiędzy dietą i genetycznymi predyspozycjami do występowania chorób cywilizacyjnych jak np. choroby nowotworowe. Poznaje się w ten sposób mechanizmy które rozstrzygają, jak żywność i żywienie wpływają na stan zdrowia.
Choroba nowotworowa jest to uszkodzenie DNA, z którym organizm nie jest w stanie sobie poradzić. Dochodzi do wielu zmian, komórka zaczyna się dzielić, rozpoczyna się rozwój guza. Jedna czwarta genów jakie mamy w swoim genomie to są geny odpowiedzialne za białka, które kopiują białka, które odpowiadają za kontrolę jakości DNA, za naprawę uszkodzeń, za kontrolę podziału komórek, a składnikami które aktywują te procesu są np. polifenole. Jeżeli dieta nie zawiera tych składników, komórka nie rozpoznaje tych uszkodzeń dochodzi do rozwoju chorób nowotworowych.
Identyfikacja niektórych mechanizmów które wpływają na stan zdrowia poprzez żywność.
Badanie wpływu diety na genom, można opisać schematem, gdzie składnik odżywczy dostaje się do komórki, on czasami bierze udział w uruchomianiu czynników transkrypcyjnych (np. bezpośrednio wiąże się w jądrze komórkowym z DNA, wpływając na budowanie transkryptu), następnie pojawia się na cytoplazmie mRNA. Zachodzi do wielu procesów które wymagają wielu analiz, i tu z pomocą przychodzą takie nauki jak Metabolomika, Proteominka czy Transkryptomika. Tworzą one bazę danych dzięki której można próbować odczytywać wiele informacji. Poszukuje się biomarkerów które pokazują zaburzenia w mechanizmach, które później można wykorzystać do odnajdywania zaburzeń, w ten sposób można zidentyfikować, czy mamy predyspozycje do danej choroby. W ten sposób możemy podejmować czynności prewencyjne i tu z pomocą przychodzą badania DNA. Przykładem takiego działania jest „Ogólnopolski Program Oceny Ryzyka Zachorowania na Raka” – Badamy Geny. Stworzony został przez ekspertów z Warsaw Genomics we współpracy z Uniwersytetem Warszawskim i Warszawskim Uniwersytetem Medycznym. Podczas takiego badania przykładowo analizuje się 70 genów, w którym opisano 20 000 potencjalnych uszkodzonych punktów, które zostają opisane w całości.
„– Dzięki metodzie sekwencjonowania nowej generacji, odpowiednio zmodyfikowanej przez nasz zespół, jesteśmy w stanie ocenić cały gen i odpowiedzieć na pytanie, czy w którymkolwiek z 2400 miejsc istnieje wada odpowiedzialna za zwiększone ryzyko zachorowania – wyjaśnia prof. Jażdżewski.” – źródło https://www.uw.edu.pl/badamy-geny/. Program jest skierowany do wszystkich Polaków w kierunku zachorowalności raka.
Należy tu zaznaczyć, że czynnikami które determinują zdrowie wg. WHO, jest środowisko w 20 %, służba zdrowia 10%, styl życia 55 % i czynniki genetyczne 15%. Z tego można wywnioskować, że to od Nas w największym stopniu, zależy, czy zachorujemy na chorobę. Wiedza o posiadaniu chorobotwórczej mutacji, ma zmobilizować właśnie do zmiany stylu życia i żywienia.
Bioaktywne składniki które chronią DNA, jak np. polifenole które aktywują procesy naprawy DNA, chronią przed oksydacją, uruchomiają np. ekspresję białka p53, które wprowadza komórkę w stan apoptozy, jeżeli komórka dzieli się sposób niekontrolowany. To pokazuje jak wiele można zmienić właściwym odżywianiem. Otrzymujemy dwie kopie genów, jedną od Matki drugą od Ojca. Jedna z nich może być właściwa, a poprzez odpowiednią dietę możemy ją uruchomić lub powstrzymywać niekorzystne reakcje.
W tym miejscu można jeszcze podkreślić proces metylacji DNA. Metylacja chromatyny jest jednym z najważniejszych mechanizmów odpowiedzialnych za regulację ekspresji genów. Podniesienie metylacji części regulatorowej może prowadzić do zatrzymania jego ekspresji. Przyjmuje się, że wysoka metylacja niektórych fragmentów chromatyny związana jest z jej częściową lub całkowitą inaktywacją transkrypcyjną. Poziom metylacji otrzymujemy od Rodziców, który jest odwzorowywany podczas podziałów komórkowych, i jest to proces odwracalny. Jeżeli poziom metylacji jest nadmierny bądź niewystarczający, to blokuje bądź uruchomia niewłaściwe geny. Na ten poziom mamy wpływ odpowiednią dietą. Wniosek nasuwa się sam, możemy przekazywać uszkodzone DNA, dlatego tak ważne jest, aby Młode Osoby w wieku rozrodczym, dbały o swój styl życia a tym samym o odżywianie. Najlepszym rozwiązaniem jest uczenie poprawnych nawyków żywieniowych od „samego początku” i przekazywanie ich dalej.

Matka, która karmi piersią przekazuje Dziecku w mleku fragmenty mRNA. Dziecko tego nie trawi, te fragmenty mRNA wchłaniają się do krwioobiegu, a w ten sposób mRNA Matki ma wpływ na ekspresję genów Dziecka. Są już badania, które wskazują na bakterie, które bytują w naszym organizmie, które także wpływają na ekspresję naszych genów. Okazuje się, że rodzaj naszego mikrobiomu warunkuje niektóre choroby jak np. otyłość. Czyli styl życia a zarazem rodzaj diety wpływa nasz genom.
Zakres badawczy Nutrigenomiki.
Nutrigenomika jest nową nauką, a jej zakres badawczy jest cały czas regulowany i zmieniany. Niektórzy badacze apelują, aby termin „genomika żywieniowa” obejmowała Nutrigenomikę i nutrigenetykę. Centrum Doskonałości Genomiki Żywieniowej na Uniwersytecie Stanu Kalifornia zdefiniowały obszary badań Nutrigenomiki.
- Jak poszczególne rodzaje diety mogą sprzyjać rozwojowi różnych chorób. Genotyp danej ludności tworzył się w zależności od klimatu, kontynentu, pożywienia w jakim bytuje. Świadczy to, że ludność zamieszkująca Polskę miała inny genotyp niż mieszkańcy na przykład Hiszpanii. Dlatego też dieta Śródziemnomorska nie, koniecznie będzie dla nas najlepsza, gdyż mieszkańcy tamtejszych terenów przez tysiące lat dostosowywali swój genotyp do warunków jakie panowały na ich terenach.
- Badanie zawiązków chemicznych i jak one oddziaływają na genom, na strukturę chromatyny, na ekspresję genów. W żywności znajduje się szereg związków a nasz genotyp dostosowywał się i czerpał ze składników dostępnych w żywności.
- Jak rozpoznać równowagę od strony genetycznej pomiędzy stanem fizjologicznym a patologicznym. Które geny podlegają ekspresji, a które nie.
- Które geny są regulowane przez składniki diety. Każdy gen podlega ścisłej regulacji, jest włączany i wyłączany podczas całego życia. Przy uruchomianiu ekspresji genów, jest kompleks transkrypcyjny który składa się z wielu białek i jest budowany, kiedy enzymy kopiujące DNA mają się przyłączyć i uruchomić proces. Często składniki pokarmowe biorą udział w budowaniu odcinków transkrypcyjnych jak i uruchomianiu szklaków sygnałowych, i w wielu regulacjach.
- Zebranie całej wiedzy do celu ułożenia diety spersonalizowanej, zależącej od danego genomu. Dzięki takiemu postępowaniu będzie możliwe łagodzenie, leczenie, eliminowanie, zapobieganie chorobom przewlekłym.
Mówi się, że przyszłością jest dostosowywanie żywienia do genomu. Powstało już kilka laboratoriów nutrigenomicznych które badają geny, a diety są układane specjalnie pod konkretną Osobę.
Wpływ składników odżywczych na ekspresję genów – przykłady.
Niektóre składniki pokarmowe bądź ich metabolity działają jako ligandy receptorów, które prowadzą do rozpoczęcia transkrypcji bądź prowadzą do zmian dróg przekazywania sygnałów wewnątrzkomórkowych. Do takich bioaktywnych składników zaliczamy mi.:

Dane składniki działają na dwóch poziomach, niezależnie od polimorfizmów genetycznych:
– jako czynniki regulujące strukturę chromatyny, czyli stan jej skupienia przez co jest ona dostępna bądź nie dla czynników transkrypcyjnych,
– druga jako czynniki bezpośrednio regulujące aktywne procesy.
Wykazano, że niektóre składniki odżywcze odgrywają rolę ochronną genomu jak retinol, niacyna, witamina E, B12, wapń, kwas foliowy. Natomiast duże dawki biotyny, witaminy B2, kwasu pantotenowego niosą ryzyko uszkodzenia genomu.

Rys. 2. Niedobory witamin i minerałów jako przyczyna uszkodzeń DNA – źródło Koziołkiewicz 2009
Wpływ sirtuin na regulację transkrypcji i utrzymanie stabilnego genomu.
W białkach, które biorą udział w procesach deacetylacji DNA, wyodrębnionych zostało kilka typów białek. Okazało się, że właśnie te białka biorą udział w aktywacji wielu genów i w ochronie DNA. Biorą udział deacytylacji histonów, i powodują, że chromatyna jest bardziej lub mniej rozluźniona. Wyższą aktywność sirtiun wykazano u osób, które starzeją się wolniej i żyją dłużej. Stwierdzono, że sirtuiny są elementem aparatu ewolucyjnego, kontrolującego starzenie i są promotorami przeżywalności w trudnych warunkach.
Dowiedziono, że dieta o pomniejszonej kaloryczności, i odpowiedniej podaży witamin może przedłużyć życie. Badacze dowodzą, że do aktywacji sirtuin może prowadzić obniżenie stężenia insuliny i insulinopodobnego czynnika wzrostu. Resweratrol, czy polifenole to niektóre ze związków które aktywują inhibitory sirtiun,
Podsumowanie.
Nutrigenomika jest charakterystyczną ripostą na żywienie związane z różnorodnością polimorfizmu genetycznego. Badaniem zależności pomiędzy żywieniem a genomem. Oczekiwania wobec tej nowej nauki są bardzo wysokie, przynoszą wiele nowych pytań i odpowiedzi. Badania wskazują na wiele zależności składników bioaktywnych na geny. Jedno jest pewne, że otoczenie zmienia się szybciej niż genotyp. Dzisiejszy styl życia obfituje w zbyt dużą podaż energetyczną i zbyt małą aktywnością fizyczną. Nasz organizm nie może poradzić sobie ze zmianą „otoczenia”, można z tego wywnioskować, że jest to przyczyną, dlaczego dotknęły nas choroby cywilizacyjne jak nowotwory, otyłość, choroby układu sercowo-naczyniowego. Nutrigenomika jest nauką, która cały czas się rozwija, jedno jest pewne, że nasza dieta musi być zróżnicowana, z wystarczającą podażą energetyczną, połączona z aktywnością fizyczną.
Spis wykorzystanych pozycji piśmiennictwa.
Pozycje zawarte:
- „Nutrigenomika – geny a dieta”. dr inż. Magdalena Górnicka Katedra Żywienia Człowieka Zakład Oceny Żywienia Kierownik: prof. dr hab. Anna Gronowska-Senger http://www.wszechnica-zywieniowa.sggw.pl/web/NUTRIGENOMIKA.pdf
- Wykład „Zastosowanie osiągnięć nutrigenetyki w żywieniu człowieka”. Prof. dr hab. Wiesław Przybylski, 2019.
- Ogólnopolski Program Oceny Ryzyka Zachorowania na Raka. https://badamygeny.pl/#!/
- Badamy Geny, Uniwersytet Warszawski. https://www.uw.edu.pl/badamy-geny/
- „Koncepcje nutrigenomiki”, Maria Koziołkiewicz Instytut Biochemii Technicznej, Politechnika Łódzka, Łódź. 2009. http://rcin.org.pl/Content/71798/POZN271_94156_biotechnologia-2009-no4-koziołkiewicz.pdf
- „Sirtuiny — enzymy długowieczności? “, Kamila Siedlecka, Wojciech Bogusławski, Katedra i Zakład Chemii Medycznej Akademii Medycznej w Gdańsku. 2005. http://gerontologia.org.pl/wp-content/uploads/2016/05/2005-03-7.pdf
- A. Brown.: Genomy.: Wydanie II zmienione, Warszawa 2015, ISBN 978-83-01-15634-3
13.02.2021, Dietetyczka Kliniczna inż. Technologii Żywności Wiesława Kurzela, www.poradalnia.pl