Колиска здоров’я - LMU Мюнхен
Пошук слідів у крові: так званий метаболом дає своєрідний звіт про стан метаболізму. Педіатр Бертольд Колецко намагається прочитати з даних, наскільки дієта дитини впливає на її подальше життя.
Дослідження Бертольда Колецько показують, що пізніше у дітей, що перебувають на грудному вигодовуванні, рідше виникають проблеми з вагою. Фото: Йорг Ланге/Альянс картин
Не тільки кров тече по наших жилах, але і коктейль із понад 1000 різних хімічних речовин. Не хвилюйтеся, вони там належать, принаймні більшості з них. Це молекулярні сліди, які приносить із собою життя. Це початкові, проміжні або кінцеві продукти метаболізму людини, так звані метаболіти, які циркулюють в організмі. Кожен шматочок шоколаду, кожен ковбасний хліб, кожен рибний рулет і кожна чорниця залишають своєрідні хімічні відбитки пальців. Виділяючись у травному тракті, поживні речовини потрапляють у кров, поширюючись від кінчика волосся до кінчика пальця ноги і поглинаються клітинами. Ферменти роблять кілька кроків, щоб перетворити або розщепити більшість поживних речовин на нові сполуки для отримання енергії. Наприклад, коротколанцюгові жирні кислоти з рослинних олій перетворюються на довголанцюгові, які клітини з часом можуть вбудувати в свої мембрани.
Кожна клітина не тільки перетворює надходять поживні речовини, але й старанно виробляє себе: наприклад, хімічні носії енергії, гормони та інші молекули сигналу. А ще є третє джерело продуктів метаболізму, яке ще кілька років тому ігнорувалося: бактерії, які оселяються в кишечнику людини. Ця кишкова флора не тільки допомагає травленню, але й контролює незліченні процеси в організмі. Мікроорганізми тренують імунну систему і захищають нас від аутоімунних захворювань та алергії. Але вони також виробляють такі речовини, як серотонін, які діють на центральну нервову систему та серцево-судинну систему. І вони доповнюють метаболічну активність ферментів людини. Наприклад, холін з м’яса перетворюється в речовину, що називається ТМАО, за кілька етапів реакції за допомогою кишкових бактерій, що зменшує еластичність судин і може призвести до серцевих захворювань.
Ці 1000 речовин у крові - а їх, мабуть, набагато більше - разом дають фізіологічний образ людини, своєрідний звіт про біохімічний статус про його стан, його метаболічну діяльність - та про його здоров’я. На основі «геному», який описує всі гени, дослідники ввели термін «метаболом», який охоплює всі метаболічні процеси, включаючи всі проміжні продукти. Для Бертольда Колецько, який очолює відділ метаболізму та харчування в дитячій лікарні Хаунера ЛМУ-Клінікум, ці сліди в крові дають важливу інформацію про розвиток захворювань.
Хімічний «відбиток пальця» захворювання
Тому що кожна хвороба змінює типову метаболічну структуру людини. Він друкує власний хімічний відбиток пальця на метаболомі. Одним із прикладів є сильно коливається рівень цукру в крові діабетиків. Інші захворювання також сьогодні діагностуються на основі їх характерних ознак в аналізі крові. Сюди також входять 14 вроджених метаболічних та гормональних порушень, на які кожна новонароджена дитина в Німеччині регулярно тестується з 2005 року. Ця скринінгова програма виявляє щороку кілька сотень новонароджених із цими захворюваннями, яких потім можна належним чином лікувати до появи перших симптомів.
І все більша кількість дослідників стежить за цими слідами в крові та використовує їх, щоб дослідити, як взагалі виникають хвороби. Наприклад, професор дитячої медицини Колецко разом зі своїми колегами Франкою Кірхберг, Крістіаном Хелмутом та Олафом Улем намагається пояснити, як тип раннього дитячого харчування впливає на пізнішу конституцію. Чи може це сприяти розвитку метаболічних порушень? Колецко зауважив, що темпи зростання в перші два роки життя з певною впевненістю свідчать про пізній ризик надмірної ваги та пов'язаних із нею захворювань, таких як діабет. "Зараз ми знаємо, що ріст дуже залежить від харчування", - каже лікар. Ті, кого годували груддю у немовлятах, також мають нижчий рівень холестерину і менше судинних відкладень в подальшому житті, і тому вони краще захищені від захворювань серця та кровообігу.
Звичайно, схильність також відіграє важливу роль у зростанні та здоров’ї, але продовольство є, здається, фактором навколишнього середовища з великим впливом. "Ми побачили у великому дослідженні, що діти, які годуються груддю та ті, кого годують пляшковою їжею, ростуть по-різному". Колецько підозрює, що це могло бути через різний вміст білка. Але, можливо, лише окремі білкові компоненти впливають на ріст у шкільному віці. Зовсім недавно команда Колецько опублікувала рандомізоване дослідження, яке показало сильний вплив харчування дітей раннього віку на довгострокове здоров'я. Після народження дітям давали звичайні дитячі суміші з високим вмістом білка або суміші на штучному вигодовуванні з меншим вмістом білка, що було ближче до складу грудного молока. Після багатої на білки дієти немовляти індекс маси тіла (ІМТ) був значно вищим у молодшому шкільному віці, а ризик ожиріння з урахуванням інших факторів впливу був майже втричі вищим, ніж після суміші для немовлят з низьким вмістом білка.
Взаємодія різних факторів впливу
Для того, щоб з’ясувати, які речовини мають найбільший вплив на дитяче харчування, робоча група вивчає метаболічні закономірності в крові дітей та відстежує, які зміни вони викликають в організмі. "Програмування обміну речовин" - це те, що дослідники називають процесом, в якому біологічний курс визначається для майбутнього розвитку та життя в цілому. Тому що це визначається не тільки генами, які кожна людина успадковує від свого батька та матері, як можна було б повірити 15 років тому, коли перший геном людини щойно був розшифрований. "На той час все ще вважалося, що гени в першу чергу формують фізичні характеристики", - говорить Колецко. Сьогодні зрозуміло, що вони роблять це лише у взаємодії з такими факторами навколишнього середовища, як дієта. «Якщо ми, наприклад, діагностуємо муковісцидоз у дитини, ми не можемо передбачити перебіг захворювання взагалі лише за допомогою генетичного тесту. Ми лише починаємо розуміти, як працює ця взаємодія з іншими чинниками, що впливають ".
Але що це за фактори? Принаймні з бджолами, на це питання вже можна чітко відповісти: їжа, яку годують личинки, вирішує, перетворяться вони в робітників чи матку. Якщо ви отримуєте особливо багатий білками кормовий сік протягом 13 днів, який продається у багатьох магазинах здорової їжі під назвою «Королівське желе», ви станете королевами. Якщо вони отримують цей секрет від годуючих робочих бджіл лише три дні, а потім мед і пилок, вони стають робітниками. Довгий час вважалося, що певні речовини, які містяться в маточному молочку, є причиною переходу на матку. Насправді саме раннє годування пилком та медом гарантує, що гени в генетичному матеріалі личинок інактивуються епігенетичним метилюванням ДНК таким чином, що роблять робітники, а не матки. Іншими словами: у кожній бджолі є матка. Однак це з’являється лише при спеціальній дієті на ранніх стадіях.
Речовини, що містяться в кормі, таким чином запускають біохімічні сигнальні шляхи, які забезпечують вмикання та вимикання генів на тривалий термін. Це епігенетичне явище спостерігається і у людей. "У спостережному дослідженні дієта на ранніх термінах вагітності була пов'язана з епігенетичними закономірностями, які передбачали вміст жиру в організмі дітей шкільного віку", - говорить Колецко. Лікар підозрює, що метаболічні умови в організмі матері, спричинені харчуванням, є причиною того, що епігенетичні підписи переписуються на частинах геному дитини. Однак все-таки могло виявитись, що ця гіпотеза нежиттєздатна.
Знання для профілактичного зміцнення здоров'я
Які молекулярні механізми спричиняють епігенетичні зміни та який вплив мають різні дієти, є важливим питанням дослідження, над яким Колецко та його робоча група тісно співпрацюють з Євою Латтка та Сонею Цайлінгер з Центру довкілля та здоров’я Гельмгольца в Нойберберзі. «Знання про це може суттєво покращити профілактику зміцнення здоров’я». Не в останню чергу у великому проекті, що фінансується Європейською дослідницькою радою (ERC) на суму близько 2,5 мільйонів євро, проголошена Колецько метою полягає у вирішенні ключових питань, що стосуються регулювання росту дитини. уточнити та сприяти кращим дієтичним рекомендаціям.
Дослідники метаболізму вже сьогодні знають, що вага матері також впливає на подальшу вагу її дітей. Це спостереження може бути чітко обґрунтоване, навіть якщо воно лише починає розуміти, який молекулярний шлях порушеного метаболізму матері відбивається на біологічній пам’яті її дітей. Однак було б дуже корисно знати речовини, які можуть захистити від хвороб. Як фактор грудного молока, який, схоже, захищає від ожиріння та інших недуг. Колецько має конкретну підозру і планує дослідження, які могли б довести його підозри.
Колецко також вивчає вплив харчових та метаболічних факторів після перинатального періоду. Одне питання полягає в тому, чи впливає споживання риби з високим вмістом жиру з високим вмістом довголанцюгових омега-3 жирних кислот на функції мозку дітей. У рандомізованому дослідженні сім'ї з маленькими дітьми отримували готову їжу з морською рибою або без неї. На початку та в кінці дослідження діти беруть участь у стандартизованій програмі тестування, якою вони, як правило, дуже веселяться і яка призначена для фіксації можливих наслідків. Тут робочій групі вдалося виміряти метаболічні ефекти дієти з мазків слизової оболонки щоки, які були абсолютно нешкідливими для дітей.
Особливим викликом для Колецько та його співробітників є оцінка дуже обширних наборів даних, отриманих за допомогою сучасних високочутливих методів аналізу. Близько 250 різних речовин, що обмінюються речовинами, можна кількісно визначити з кожного зразка крові дитини, яка бере участь у дослідженні. Генетичні та епігенетичні дані, що збираються, ще ширші. "Одна з труднощів полягає в тому, що ви не сідаєте на випадкові відмінності між зразками крові, а навпаки, визначаєте ті, які дійсно мають біологічне значення", - каже лікар. Оцінка цього є дуже складною, саме тому якість аналізу даних є особливо важливою.
Якщо ви намагаєтеся зобразити метаболізм людини як схему, виникає заплутана мережа хімічних реакцій, які іноді пов'язані між собою за допомогою проміжних етапів. Поки що неможливо записати всі процеси одночасно. Тому дослідники концентруються на порівняно невеликих ділянках біохімічної мережі, але ніколи не повинні випускати з уваги загальну картину метаболізму. Тільки так вони можуть дізнатися, як навіть після 70 років організм людини пам’ятає, що сталося в перші кілька тижнів її життя.
Ганно Харізій (дослідницький журнал Insights 1/2014)
Професор доктор Бертольд Колецко є професором педіатрії, завідує кафедрою метаболічної та харчової медицини Dr. Дитяча лікарня фон Хаунерше клініки LMU і є членом Центру перспективних досліджень LMU. Колецко, 1954 року народження, вивчав медицину людини в університеті Мюнстера. Навчання з дитячої та підліткової медицини привело його до клінік Південної Африки, Танзанії та Канади, серед інших. Абіталізацію закінчив у Дюссельдорфському університеті. У 2012 році Європейська дослідницька рада присудила йому грант для вдосконалених дослідників.