Дієта та генетика
Наукове забезпечення: Проф. Аннет Шюрман
Люди переробляють їжу по-різному, залежно від їх генів - і їх дієта в свою чергу впливає на те, які спадкові фактори активуються. Це основна передумова нутрігеноміки. Цей напрям науки повинен дати можливість розробити рекомендації щодо дієти з урахуванням індивідуальних потреб. Мета - покращити лікування та профілактику метаболічних захворювань.
Чи збільшить сендвіч ризик діабету чи ні, залежить не тільки від самого хліба, а й від генетичного складу людини, яка його їсть. Простіше кажучи, це основне припущення нутрігеноміки. Дослідники в цій галузі припускають, що індивідуальні генетичні характеристики контролюють реакцію нашого метаболізму на їжу. А ця їжа, у свою чергу, впливає на наш генетичний склад (геном). Результат: дієта, корисна для однієї людини, може збільшити ризик діабету у іншої людини.
Поки що ожиріння, пов'язане з дієтою (Ожиріння), метаболічний синдром і Діабет 2 типу у фокусі нутрігеномічних досліджень. Але також з розвитком аутоімунного захворювання Діабет 1 типу можлива взаємодія між генетичним складом та компонентами їжі.
Нутрігеноміка використовує геномічні технології, тобто аналіз генів, транскриптоміку (сукупність месенджер-РНК, що генерується активними генами в клітині в певний момент часу), протеоміку (сукупність білків, які присутні в організмі або певні органи) та метаболоміки (аналіз усіх характерних метаболічних властивостей клітини або плазми крові).
Дослідження діабету: цілі нутрігеноміки при дослідженні діабету 2 типу
Дослідники працюють над питанням про те, як гени ризику діабету 2 типу, дієти та метаболізму взаємодіють між собою. Для цього вони спочатку повинні визначити окремі варіанти генів, тобто гени ризику, які роблять людей сприйнятливими до захворювання.
Використовуючи такі гени ризику та інші метаболічні підказки, дослідники можуть визначити, хто з людей особливо схильний до розвитку діабету 2 типу. Потім вони могли отримувати індивідуальну дієтологічну терапію та цілеспрямовані рекомендації щодо способу життя з урахуванням їх стану харчування, віку, складу тіла, рівня фізичних вправ та геному. Такі стратегії могли б підтримати профілактику та лікування діабету 2 типу в майбутньому.
Добре знати:
Варіанти генів відповідають за реакції, які метаболізм дає на відповідну їжу.
Як варіанти генів можуть впливати на масу тіла?
Збільшена маса тіла в основному є полігенною, тобто кілька модифікованих генів впливають у різних комбінаціях. За допомогою широкомасштабних широкомасштабних досліджень, так званих GWAS (дослідження геномних асоціацій), було виявлено від 200 до 300 генів або місць у геномі, пов’язаних із ожирінням або діабетом 2 типу.
Також здається, що не одна і та ж дієта однаково ефективна для всіх людей, залишаючись стрункими. Дослідники вже виявили деякі варіанти генів, які впливають на те, який спосіб харчування та спосіб життя особливо корисний для кого. Вони контролюють, наприклад, наскільки хтось набирає вагу при вживанні жирів, чи втрачає людина вагу ефективніше через зміну дієти чи фізичні вправи. Основним геном ожиріння є FTO, і люди, які переносять варіант ризику, важчі. Однак вони можуть протидіяти цьому за допомогою фізичних вправ та зменшення споживання їжі. Як приклад ми беремо кілька прикладів взаємодії між генами ризику та харчуванням.
Один приклад стосується виробництва цукру в печінці. Він збільшується із збільшенням кількості вільних жирних кислот, які ковтає через їжу. Однак якщо печінка виробляє більше цукру, ніж потрібно, це також порушує цукровий обмін. Дослідницька група виявила генний варіант білка в печінці, який зв’язує вільні жирні кислоти та контролює вироблення цукру у людини.
Залежно від того, який варіант гена у людини є для цього білка, він чи вона сильно реагує на вільні жирні кислоти - зі значним утворенням цукру або не так сильно. Як результат, він, здається, набирає вагу більш-менш і відповідно має генетично обумовлений вищий або менший ризик діабету. Цей варіант гена, безумовно, є лише одним фактором багатофакторної події, як показує наступний приклад.
Жир сприяє розвитку інсулінорезистентності
Нутрігеноміка ідеально підходить для дослідження механізмів розвитку діабету 2 типу. Зараз відомо кілька варіантів генів, які підвищують ризик діабету 2 типу і можуть бути викликані дієтою. Відповідно до їх генетичного складу (наявність певних поліморфізмів, тобто невеликих змін у геномі), люди по-різному метаболізують жири, вуглеводи та фолієву кислоту.
Наприклад, прозапальний цитокін IL-6 підвищує рівень кортизолу в крові, що, в свою чергу, сприяє резистентності до інсуліну. Кортизол відомий як гормон стресу, але він також відіграє роль у регулюванні енергетичного балансу. Вчені знайшли генетичні варіанти IL-6, які збільшують ризик діабету. Яке відношення до цього має їжа? Харчові компоненти, включаючи насичені жирні кислоти, можуть посилити вироблення цього цитокіну IL-6 і, таким чином, сприяти резистентності до інсуліну.
Гени з ризиком жирової хвороби печінки та їх дієтична взаємодія
Гени PNPLA3, TM6SF2, GCKR та MBOAT7 є найбільш важливими, що сприяють розвитку жирової печінки. PNPLA3 кодує фермент, який розщеплює ненасичені жирні кислоти, процес, який обмежений, коли присутній генетичний варіант. Дослідження показали, що люди з мутацією виграли від дієти з високим вмістом омега-3 жирних кислот.
Також було помічено, що у підлітків, які носять ген ризику PNPLA3, утворюється жирова печінка з невеликим споживанням підсолоджуваних напоїв, і що, з іншого боку, вживання овочів захищає їх від цього. Регулятор глюкокінази GCKR відіграє важливу роль у метаболізмі цукру, і варіанти цього гена побічно збільшують поглинання глюкози в печінці і, отже, збільшують синтез жиру.
Тому людям, які носять ген ризику, слід обмежити споживання цукру (глюкози та фруктози). MBOAT7 також відіграє важливу роль в метаболізмі жирів, і люди з ризиковим варіантом отримують вигоду від дієти, яка містить мало вуглеводів і мало насичених жирних кислот.
Вплив генів на накопичення жиру
Інший ген, який називається IFI16 (IFI202b у мишей), сприяє накопиченню жиру. Він помітно активний у жировій тканині людей із зайвою вагою. Підвищена активність гена, здається, сприяє вивільненню ферменту в жировій тканині, який, у свою чергу, відповідає за вироблення кортизолу. Він також стимулює диференціювання жирових клітин і пригнічує перетворення білого в коричневі жирові клітини, які мають перевагу спалювання значно більше енергії.
Результати сприяють кращому розумінню молекулярної регуляції накопичення жиру та з'ясуванню пов'язаних з ними механізмів захворювань, які беруть участь у розвитку ожиріння та діабету.
За допомогою вправ цільнозерновий хліб або вітаміни проти діабету?
Ген TCF7L2 значно підвищує ризик діабету, включаючи гестаційний діабет. Існує кілька варіантів цього гена: Носії певного варіанту отримують вигоду від споживання цільнозернових продуктів. Якщо у вашому щоденному меню є 50 грамів цільнозернового хліба, ви на 10 відсотків знижуєте ризик діабету. Люди з іншими варіантами генів, навпаки, могли б ефективніше знизити ризик діабету, якщо б займались спортом і тим самим регулювали свою вагу.
Відомо, що ряд вітамінів має протидіабетичну дію. Наприклад, вітамін D може не тільки впливати безпосередньо на функцію бета-клітин, але й впливати на гени, які в свою чергу контролюють функцію бета-клітин у підшлунковій залозі. Це лише кілька прикладів багатьох взаємодій між їжею та генами.
Цілі нутрігеноміки при дослідженні діабету 1 типу
Дослідження на дітях із підвищеним ризиком діабету 1 типу вказують на те, що раннє дитяче харчування впливає на розвиток аутоімунітету острівців та діабету 1 типу. Аутоімунітет острівців означає, що утворюються антитіла, спрямовані проти компонентів бета-клітин, що виробляють інсулін, і вказують на розвиток діабету 1 типу.
Дотепер, однак, були суперечливі результати щодо питання, як взаємодія між факторами харчування та генами ризику впливає на розвиток острівного аутоімунітету та діабету 1 типу.
Незабаром з’являться персоналізовані дієти на основі генів?
Вивчення варіантів генів та знання їх функції та реакції на різні компоненти раціону дає можливість надати людям, що мають варіанти ризику, індивідуальні поради щодо відповідного способу життя та кращої дієти, а також який захід, швидше за все, принесе їм користь. Однак, можливо, буде неможливо пояснити всі варіанти генів та їх функції. Крім того, варіанти генів можуть впливати один на одного, що ускладнює процеси.
Дослідження на моделі миші показують, що більшість генів ожиріння та діабету лише збільшують масу тіла в поєднанні з висококалорійною дієтою.