Нутрігеноміка, нутригенетика та персоналізоване харчування згідно з нашою дієтою
Коротке історичне повернення
У 1953 році Уотсон і Крик продовжили роботу Евері (біолога) і відкрили структуру подвійної спіралі ДНК. Їхнє відкриття базується, зокрема, на фотографії кристалографа Розалінд Франклін. Секвенування ДНК - це визначення послідовності нуклеотидів у ній. У 1977 р. Фредерік Сангер розробив перший метод секвенування з використанням дидеоксинуклеотидів, мічених фторхромом. Згодом були розроблені швидші та дешевші методи з піросеквенуванням або секвенуванням з високою пропускною здатністю (секвенування наступного покоління) ...
У 1990 році два гени схильності до раку молочної залози BRAC1 і BRAC2 були розташовані на хромосомах 17 і 13. У жовтні 1994 року ген BRAC1 був розташований на геномі. Ризик раку молочної залози у жінок із зміною гена BRCA1, за оцінками, становить 87% (72-95%) у віці 70 років (Ford 1994).
Проект секвенування геному людини був розпочатий у 1995 р. (Проект геному людини) у США. Першою бактерією, яку послідували, була Haemophilus influenzae в 1995 році. Повно секвенсований геном людини (3 мільярди пар основ) був опублікований в Nature 14 квітня 2003 року. Дослідження асоціацій GWAS по всьому геному (Дослідження асоціації з геномом). GWAS аналізує зв'язок між генетичними варіаціями та фенотиповими факторами (спостережувані ознаки). Загальногеномні дослідження асоціацій дозволяють без апріорі ідентифікувати часті генетичні варіації (часто SNP), пов’язані із захворюваннями у всьому геномі.
Найбільш поширеною генетичною варіацією є SNP Поліморфізм одиничного нуклеотиду, a мутація з однією базою азотистий. A vгенетичний Аріант - область геному, яка є змінна від однієї особини до іншої. Важливо зазначити, що GWAS, як правило, не ідентифікують причинно-наслідковий варіант (ми не знаходимо мутацію, яка відповідає за хворобу, але потенційно близькі варіації).
КОРОТКИЙ СЛОВНИК ГЕНЕТИКИ:
Харчова геноміка
Харчова геноміка охоплює взаємодію між генами та поживними речовинами та їх вплив на здоров'я навколо двох галузей:
нутрігеноміка відноситься до модифікацій та регулювання експресії генів, що беруть участь у метаболізмі та способі дії поживних речовин під дією харчових факторів. Поживні речовини, що потрапляють всередину, вмикають або вимикають гени.
нутригенетика вивчає вплив міжособистісних варіацій генів, пов’язаних з метаболізмами (успадковані або набуті мутації, наприклад у випадку раку), на харчові ефекти (поглинання поживних речовин, метаболізм тощо).
Ці дисципліни базуються на таких основних припущеннях:
- Між особинами існує велика різноманітність успадкованих геномів, що пояснює різноманітність метаболізму та біодоступності поживних речовин у людей. Ці успадковані генетичні варіанти змінюють поглинання, метаболізм поживних речовин та/або молекулярну взаємодію ферментів з їх поживним кофактором, а отже, активність біохімічних реакцій.
- Навпаки, харчування може впливати на здоров’я, впливаючи на експресію генів, що беруть участь у важливих метаболічних шляхах, та/або на частоту генетичних мутацій.
- Наявність їжі, вибір їжі та різноманітна поведінка залежно від регіону, культурних, соціально-економічних характеристик.
- Недоїдання може змінити експресію генів та стабільність геному (Fenech 2011). Поліпшення здоров'я можна було б досягти, якби харчові потреби адаптувались до кожної людини з урахуванням їх успадкованих та набутих генетичних особливостей залежно від стадії життя, харчових уподобань та стану здоров'я.
Кінцевою метою харчової геноміки є забезпечення оптимального персоналізованого харчування з метою підтримання або поліпшення здоров’я, використовуючи максимальну кількість генетичної, фенотипової, медичної та харчової інформації, щоб надати людям надзвичайно конкретні поради з питань здоров’я. їх.
Персоналізоване харчування застосовується для управління продуктами харчування людей з певними захворюваннями або з особливими харчовими потребами, а також для здорових людей
Нутригенетика
Ці SNP також можуть пояснити різне поглинання мікроелементів між особами (Borel et al., 2018).
Взаємодія генів/хвороб
Загальногеномні дослідження асоціацій пролили світло на декілька генів, схильних до виникнення багатофакторних захворювань (в результаті генетичних факторів та факторів навколишнього середовища та їх взаємодії), таких як ожиріння або діабет 2 типу.
Модулюючий вплив фізичної активності на зв'язок між ожирінням та генетичними варіантами FTO
GWAS продемонстрували участь гена FTO (Жирова маса та білок, пов’язаний із ожирінням) на 16-й хромосомі, деякі варіанти якої пов’язані з a підвищений ризик ожиріння через контроль апетиту, метаболічних шляхів витрачання енергії (Fawcett 2010). Однак ефект від варіантів гена FTO був би знижується у осіб з фізичними навантаженнями. У мета-аналізі взяли участь 218 166 осіб із 45 досліджень та 19 268 дітей, алель A-rs9939609 гена FTO збільшує коефіцієнт шансів ожиріння в 1,22 рази у осіб найменш активний і 1,30 у неактивних дорослих. Отже, є ефект взаємодії (модулятор) фізичної активності на вплив FTO на ожиріння. Ця взаємодія не була виявлена у дітей та підлітків (Kilpeläinen 2011).
У дослідженні дієти Мальме та когорти раку, в якому брали участь 22 799 дорослих, генотип FTO був суттєво пов’язаний з жировими відкладеннями з ефектом взаємодії з прийомом ліпідів або фізичною активністю. Не було модифікуючого ефекту на смертність від цієї взаємодії між геном FTO та споживанням ліпідів, але був ефект взаємодії гена FTO/сидячого способу життя на серцево-судинну смертність (Sonestedt 2011): серед найактивніші люди, носії аллелю Т мали зниження ризику ССЗ на 46% порівняно з носіями алелю А, які мали на 11% зниження ризику.
Вважається, що цей ген FTO бере участь у епігенетичній модифікації (метилювання ДНК) та регуляції факторів транскрипції (Fawcett 2010). Ось наочний приклад сюжету Манхеттена, який представляє значення p-значення (поріг значущості 0,05 - тут читайте, що -log10 (p) = 8 слід читати на 10 -8) асоціації кожного SNP із ожирінням, відповідно до їх положення щодо геному: цей графік, зокрема, дозволив підкреслити зв'язок між геном FTO та ожирінням (Wang 2011):
Схильність до діабету 2 типу та генетичних варіантів TCF7L2
Ген TCF7L2 може схилити до діабету 2 типу в європейських популяціях. Цей ген бере участь у розвитку бета-клітин підшлункової залози, ембріональному розвитку та адипоцитах, а також у регуляції гормонів вуглеводного обміну.
Шлунково-кишкові гормони (GLP-1 та GIP) відіграють важливу роль у секреції інсуліну, а також у функціонуванні бета-клітин. Дослідження GWAS виявили зв'язки між генетичними варіантами гена TCF7L2 (фактор транскрипції 7-подібний-2) та геном WFS1 (трансмембранний глікопротеїн Wolframin ER) та чутливістю підшлункової залози до GLP-1.
Деякі дієтичні фактори (сироватковий білок, що міститься в молочних продуктах, харчових волокнах та оливковій олії) можуть бути пов'язані із підвищенням рівня гормонів GLP-1 після їжі.
Дослідження EPIC-InterAct визначило 11 035 учасників, за якими стежили протягом 12 років:
- що вивчені СНП були пов’язані з захворюваністю на діабет 2 типу
- Тільки для SNP TCF7L2 спостерігався ефект взаємодії з кавою на ризик діабету 2 типу, тобто особи з алелем T (rs12255372-GT або TT) мали знижений ризик діабету 2 типу на 4 - 7%, тоді як у носіїв алелю rs12255372-GG ризик діабету не знижувався.
TCF7L2 є фактором транскрипції білків, що беруть участь у секреції інсуліну та проліферації бета-клітин підшлункової залози.
Середземноморська дієта, діабет 2 типу та ген CLOCK
Корелла та співавт. виявлено у 4,8-річному ПЕРЕДБАЧЕНОМ рандомізованому дослідженні з 7098 учасниками, геном яких був секвенирован. Носії GC або GG алелю гена CLOCK-rs4580704 (циркадні цикли вихідних рухових рухів білка kaput), задіяні в регуляції метаболізму глюкози у гризунів, були пов'язані з знижена частота розвитку діабету 2 типу порівняно з носіями алелю СС (гомозиготний). Алель G мав би захисний ефект лише в групі втручання, яка отримувала середземноморську дієту: отже, існує дієта, що регулює (взаємодію) дієти на асоціацію гена CLOCK/діабет типу 2.
Нейродегенеративні захворювання
При хворобі Паркінсона та Альцгеймера білок Аполіпопротеїн Е бере участь у транспорті холестерину до мозку та його руйнуванні. Ген APOE може приймати 3 різні алельні форми. Деякі форми, такі як APOE4, можуть сприяти розвитку хвороби Альцгеймера
Персоналізоване харчування
- У Греції Аркадіанос та ін. порівняли втрату ваги у 93 пацієнтів протягом 300 днів у 2 групах: перша, яка отримувала індивідуальний раціон, заснований на генетичному секвенуванні мутацій 19 генів, що беруть участь у метаболізмі, і друга група, яка дотримувалась середземноморської дієти з низьким глікемічним індексом. Пацієнти з індивідуальною дієтою втратили 1,93 кг/м2 ІМТ порівняно з іншою групою +0,51 кг/м2 (без рандомізації або сліпими)
- У дослідженні Celis-Mortales (2017) 1969 учасників були випадковим чином розподілені до 4 груп, які отримували (1) класичні дієтичні поради (2) персоналізовану дієту (3) персоналізовану дієту на основі антропометричних даних та біомаркерів крові (4) персоналізовану дієта на основі цієї інформації + генетичні дані (5 варіантів). Після 6 місяців втручання персоналізовані групи харчування споживали + 31г фруктів, менше червоного м'яса -5.48г, солі -0.4г. Вони мали дієту краща харчова якість у порівнянні з контрольною групою.
Слабкі сторони цього підходу
Перш за все, нутригенетика та нутрігеноміка - це новітні підходи. Вони покладаються головним чином на спостережні або ретроспективні дослідження з низьким рівнем результативності. Існує небагато досліджень людських втручань з цих тем. Є декілька добре розроблених та добре проведених рандомізованих контрольованих досліджень, що демонструють ефективність та безпеку персоналізованого харчування.
Крім того, дослідження геномних асоціацій (GWAS) виявили численні ОНП, пов'язані з хронічними захворюваннями, але це часто пояснює невелику частину спадковості. Спадковість - це частина дисперсії, яка спостерігається у фенотиповій ознаці генетичними факторами. SNP можуть пояснити близько 10% спадковості в цьому дослідженні щодо діабету (Voight 2010). GWAS в основному досліджують однонуклеотидні поліморфізми (SNP), частота яких є відносно високою (> 1-5%). Ймовірно, що частина спадковості пов’язана з іншими генетичними варіаціями, такими як варіанти номерів копій (CNV) або епігенетичні модифікації.
Фактори, що відповідають за індивідуальні відмінності у реакції на дієтичні фактори, їхню стійкість у часі у однієї людини та її спадковість, в основному невідомі.
Більшість комерційних пропозицій у галузі персоналізованого харчування базуються на безпосередньому споживчому тестуванні, яке не регулюється та має дуже низький або відсутність рівня наукових доказів.
Переваги, що спостерігаються серед населення (GWAS), не обов'язково екстраполюються безпосередньо для людини.
Пропозиції генетичного тестування
Нещодавно в Інтернеті компанії почали пропонувати генетичні тести для послідовності його геному на 1000 доларів та виявлення мутацій в генах на схильність до певних захворювань, а потім пропонують рекомендації щодо харчування з метою зменшення спадкового ризику. Будьте обережні, ці сайти часто не мають наукової цінності або стосуються медичного працівника.
Недавній звіт США попереджав про інтернет-шахрайство щодо персоналізованого харчування. Для цього опитування було створено 14 вигаданих профілів. У цьому звіті було встановлено, що дієтичні поради однакові для різних генетичних профілів споживачів. Крім того, ці компанії заохочували людей споживати дорогі харчові добавки (до 1200 доларів на рік !), крім того, потенційно небезпечні для деяких, оскільки вони значно перевищують рекомендовані добові дози вітамінів та поживних речовин. протилежний ефект сприяння розвитку раку.
У 2013 році FDA заборонила 23andMe продавати генетичні тести на нейродегенеративні захворювання. У 2017 році FDA передумала і дозволила продавати ці тести на 10 хвороб (целіакія, хвороба Паркінсона, дефіцит фактора XI, дефіцит глюкози-6-фосфатдегідрогенасу тощо), і споживач може направляти оральні клітини компанії . У Франції ці генетичні тести, пов’язані з дієтичними порадами, наразі заборонені. Дослідження GWAS досить критикуються, а рівень наукових доказів залишається занадто низьким.
Харчова геноміка - це розділ дієтології, що будується, і є багато запитань без відповіді. Невелике заключне зауваження: ця стаття не має на 100% вичерпного викладу з цієї дуже великої теми.
Щоб стежити за іншими новинами в блозі або дізнатися більше про суперечки щодо їжі, здоров’я та навколишнього середовища, трохи подобається або в Twitter:
Слідуйте @T_Fiolet
Ордовас та ін. Індивідуальне харчування та здоров’я. BMJ 2018; 361: bmj.k2173
Форд та ін. Ризики раку у носіїв мутації BRCA1. Консорціум зв’язку з раком молочної залози. Ланцет. 1994 19 березня; 343 (8899): 692-5.
Косорціум InterAct. Дослідження взаємодії ген-дієта в системі інкретинів та ризику діабету 2 типу: дослідження EPIC-InterAct. Діабетологія. 2016 грудня; 59 (12): 2613-2621. Epub 2016 13 вересня.
Corella D та ін. Варіації гена CLOCK пов'язані з частотою розвитку діабету 2 типу та серцево-судинних захворювань у хворих на цукровий діабет 2 типу: модуляція дієти в РАНІДОМОВАНОМ рандомізованому дослідженні. Кардіоваск Діабетол. 7 січня 2016 р .; 15: 4. doi: 10.1186/s12933-015-0327-8.
Sonestedt E та співавт. Зв'язок між споживанням жиру, фізичною активністю та смертністю залежно від генетичних змін в FTO. Int J Obes (Лонд). 2011 серпня; 35 (8): 1041-9. doi: 10.1038/ijo.2010.263. Epub 2010 21 грудня.
Фосетт та ін. Генетика ожиріння: FTO лідирує. Тенденції Genet. 2010 червня; 26 (6): 266–274.
Селіс-Моралес та ін. Вплив персоналізованого харчування на зміну поведінки, пов’язаної зі здоров’ям: дані європейського рандомізованого контрольованого дослідження Food4Me. Int J Epidemiol. 1 квітня 2017 р .; 46 (2): 578-588. doi: 10.1093/ije/dyw186.
Кілпелайнен та ін. Фізична активність послаблює вплив варіантів FTO на ризик ожиріння: мета-аналіз 218 166 дорослих та 19 268 дітей. PLoS Med. 2011 листопад; 8 (11): e1001116. doi: 10.1371/journal.pmed.1001116. Epub 2011 1 листопада.
Arkadianos I, Valdes AM, Marinos E, Florou A, Gill RD, Grimaldi KA. Покращений контроль ваги з використанням генетичної інформації для персоналізації дієти з контролем калорій. Nutr J. 2007, 18 жовтня; 6 (): 29.
Sonestedt та співавт. Зв'язок між споживанням жиру, фізичною активністю та смертністю залежно від генетичних змін у FTO. Int J Obes 2011; 35: 1041–
Борель та ін. Біодоступність жиророзчинних вітамінів та фітохімікатів у людей: ефекти генетичних варіацій. Annu Rev Nutr. 2018 серп. 21; 38: 69-96. doi: 10.1146/annurev-nutr-082117-051628.