Нутріомічний - комплексний аналіз взаємодії харчового середовища з біологічним
Нутріомічний - комплексний аналіз взаємодії між харчовим середовищем та біологічною індивідуальністю Франк Дерінг Біогенезе, Техногенська їжа Харчове середовище Здоров'я людини (. Ом)
. Технології чіпів ДНК omics належать до нової біології як велика наука Манфред Айген: біологія як велика наука Початок біології як велика наука: Ренато Дульбекко, 1986 р. ми повинні зараз зосередитися на клітинному геномі. геноміка філогеноміка Повна. Послідовність геномів. Порівняння геномів різних видів. Порівняння геномів у структурі геноміки транскриптоміки виду. Виявлення мрна в клітинах/тканинах. Виявлення білків у клітинах/тканинах. З'ясування 3-D структури білкових доменів. Ідентифікація білково-білкових взаємодій феномен опероміка. Уточнення функцій гена (функціональна геноміка). Поєднання всіх. оміки для опису системи Manfred Eigen, Perspektiven der Wissenschaft, 1988 (Deutsche Verlags-Anstalt); Ренато Дульбекко, Science 231, 1055 (1986) Nature: 402, 23 (1999); 402: 362 (1999); 402: 413 (1999); 402, 714 (1999) 403, 623 (2000)
Від геному до функції - зменшення складності? Клітинна ДНК Геном 3 х 10 9 основ 30 000-40 000 генів Метаболом 100-1000 (?) Комплекс метаболітів 100-1000 білкові комплекси C-C-N N-C-C 5 hn-rna mrna 3 поліморфом 1 основа/1000 основ транскриптом 5000-10000 мрна протеом 5000-10000 білків
Принцип та застосування технології ДНК-чіпів Застосування Аналіз транскриптома: Вплив x на експресію гена Поліморфний аналіз: Біологічна мінливість на рівні одиничних основ (поліморфізм однонуклеотидних клітин = snp) клітини/тканини, мічені ланцюгами ДНК/РНК 5 -. TACGGGTGTTAA. -3 5 -. TACCCCGCCATA. -3 Виявлення> 10 3 ДНК/РНК -3 -ATGCCCACAATT. -5 5 - . TACGGGTGTTAA. -3-3 -ATGGGGCGGTAT. -5 5 - . TACCCCGCCATA. -3 - одночасне - напівкількісне - конкретне (1 база !)
Однонуклеотидні поліморфізми, гіпертонія та чутливість до солей 74 особини Виділення ампліфікації геномної ДНК, маркування, фрагментація ДНК 75 кандидатів-генів для регулювання артеріального тиску Аналіз SNP з 9 чіпами ДНК та 2 500 000 генних зондів Science 280, 1077 (1998); Nature Genetics 22, 239 (1999) 190 000 основ (50% кодування) 874 SNP (0,5%) 387 SNP, що кодують (44%) 207 SNP призводять до заміщення амінокислот, наприклад B. 17 SNP в гені ангіотензиногену Визначення індивідуальних схильностей до гіпертонії та чутливості до солі
Харчові потреби та біологічна індивідуальність Кількість особин Кількість поживних речовин/добу
Поліморфізм, залежний від поживних речовин? 30 000-40 000 генів: 10 000 код для ферментів: 2 500 потребують кофакторів Кофактори: Вітаміни є частиною 30% поліморфізмів/мутацій у генах кофактор-залежних ферментів, що призводить до збільшення значення Km для кофактора 50 описаних поліморфізмів/мутацій: високий рівень споживання вітаміну для часткового відновлення ферментативної активності кінетики ферменту нормального поліморфізму [кофактор] Лінус Полінг (Science 160, 265-271, 1968). дисфункція може бути обумовлена мутаціями, які впливають на Km ферментів Роджер Вільямс (60-ті роки): Індивідуальність потреб у харчуванні є основою для генототрофного підходу та переконання, що харчування застосовується з належним занепокоєнням щодо окремих генетичних варіацій
Залежність поліморфізму фолатів? Тетрагідрофолієва кислота метіонінсинтаза (B 12) метилен тетрагідрофолієва кислота метил тетрагідрофолієва кислота серин гідроксиметилтрансфераза (B 6) метилен тетрагідрофолат редуктаза (B 2, ніацин) скидає поліморфізм dtmp: 677C T (Ala Val) 5-20% валін/валін ) Значення Km для FAD (B2) збільшує апопротеїн без FAD нестабільного ферменту, що стабілізує фолат
солодкий гіркий солодко-гіркий смак 3 рецептори, пов'язані з G-білками 1 + 3 = рецептор гіркого рецептора 2 + 3 = рецептор солодкого
Вибрані програми для аналізу генетичної мінливості з використанням ДНК-чіпів Приклади застосування/Можливості Література Ідентифікація груп ризику Рак молочної залози (BRCA1) Nature Genetics 4441 (1996) Індивідуалізовано багато видів раку (p53) NAR 9,43 (2000) Скринінг новонароджених Acta Paed 88,61 (1999) генетична мінливість Фарматерапія Фаза I ферменти (p450) Тенденції Pharm.20, 342 (1999) Режим харчування Ожиріння (рецептор MC4) Am J Hum Genet. 65, 1501 (1999) Артеріальний тиск (чутливість до солі) Генетична мінливість передумова для ефективного і раціональним застосуванням є знання функції гена. В іншому випадку рекомендації складаються на основі співвідношень, які, однак, часто мають евристичне значення.
Генерування дефіциту цинку in vivo для виявлення чутливих до цинку генів Щур, напівсинтетична дієта, 11-денна контрольна дієта: дієта 25 мг Zn/кг Дієта з дефіцитом: 1,3 мг Zn/кг контрольна група, n = 12 група дефіциту, n = 12 - контроль дефіциту цинку: фенотип - Видалення тканин - виділення мрнасів - маркування мрнасів - ДНК-чіпів: порівняння рівнів мрна для 10000 генів між контрольними та спотвореними тваринами
Аналіз транскриптома: ідентифікація чутливих до цинку генів 4x8x18x18 = 10368 генів 6000 експресує 5600 незмінних 200 АТФ цитрат-ліази 200> 5% генів впливає на їх експресію цинком
Від чутливих до цинку генів до регулону цинку + +
Від чутливих до цинку генів до цинкового регулону Цинк Функція кофактора тимуліну Вісь гормону росту Зовнішній метаболізм Трансдукція сигналу Експресія гена (> 5%) Торгівля Жировий обмін Білковий метаболізм Визначення функціональних мереж Цинкочутливі гени як біомаркери
Від функціональної мережі вищого порядку до білкової мережі з білками silico: 232 функціональні одиниці Графіка реакційної мережі, яка еволюційно збережена, з віртуальної клітини Цілісні тенденції моделювання цілих клітин у біотехнології 19, 205 (2001) Nature 414, 141 (2002)
Визначення дієтичних генів та генів старіння n = 3 на групу 5 місяців 30 місяців 30 місяців дієта з обмеженням калорій (CR) профілактика дієти (DV) 100% контроль вижилих середній контроль протягом усього життя: 33 місяці дієти: 45 місяців дієти групи (76%) М'язові полі (а) + -РНК 6347 зонди/старіння чіпа: 58 мрна 55 мрна KR: 51 мрна 57 мрна ДВ: 63% генів старіння 0 Наука 285, 1390 (1999) 40 20 60 вік у місяцях
Аналіз транскриптома за допомогою чіпів ДНК дозволяє реєструвати вплив різних факторів на геном та експресію генів. Приклади/можливості Розвиток літератури Метаморфоза d. Fruchtfliege Science 286, 2179 (1999) Клітинні мережі MAP Кіназні шляхи (дріжджі) Science 287, 873 (2000) Клітинний цикл (дріжджі) Mol Cell 2, 65 (1998) Рак Підтипування B-клітинної лімфоми Nature 402, 503 (2000) ) токсичні сполуки алкілуючий агент PNAS 96, 1486 (2000) фармацевтична терапія CPX/муковісцидоз Mol Med 5, 753 (1999) харчові дослідження - ожиріння введення лептину/збільшення ваги JBC 275, 10429 (2000) - споживання енергії старіння/обмеження калорій Наука 285, 1390 (1999) - Поживні речовини глюкоза/ß-клітини PNAS 97, 5773 (2000) Дієтичний режим Дефіцит поживних речовин/біомаркер кишкової флори
ДНК-чіпи між кладовищем даних та теоретичною наукою про харчування 100 000 генів 1000 типів клітин (in vivo, культура клітин) 100 видів, рас чи груп 10 стадій розвитку 100 поживних речовин 1000 неживних харчових інгредієнтів 100 поживних комбінацій 10 концентрацій 10 експериментальних конструкцій 10 21 дані біоінформатика Нутріінформатика
Генетична індивідуальність харчових продуктів аналіз геному ДНК-чіпи Опис системи взаємодії геном-геном