диета по генетическому коду
ДНК-диета
Для поддержания хорошей физической формы, сохранения фигуры тела и хорошего здоровья для организма необходима достаточная физическая нагрузка и правильное питание. Однако в современном мире эти правила очень сложно соблюдать, и наш организм отвечает увеличением массы (ожирение) и развитием метаболических нарушений, приводящих к сахарному диабету, артериальной гипертензии, атеросклерозу, артрозу и т. п. Это состояние принято называть «метаболический синдром». Но, находясь в равных условиях жизни, не у всех людей развивается метаболический синдром. Следовательно, существуют внутренние факторы организма, не зависящие от окружающей среды, которые регулируют обменные процессы. Особенность работы этих систем определяется генетическим кодом или определенным набором ДНК, которые являются основой человеческого организма и определяют его суть.
В «догенетическую» эру ученые вывели формулу метаболического синдрома: преобладание поступления калорий над их расходом. Так же было доказано, что ограничение в рационе жиров и простых углеводов (сладости и выпечка) приводит к снижению веса. Но на практике оказалось, что эффективность этих мероприятий не у всех одинакова, так же как и появление определенных болезней или особенностей течения заболеваний. Это объясняется наличием у каждого человека своего, индивидуального, набора генов, который кодирует все процессы жизнедеятельности и делает человека не похожим ни на кого больше.
В настоящее время разработано большое количество генетических тестов, определяющих генотип тех или иных метаболических процессов человеческого организма, склонность к определенным заболеваниям, переносимость лекарственных препаратов, а так же пищевых продуктов. Учеными Стэнфорского университета был разработан нутригенетический тест, который включал в себя анализ участков ДНК, наиболее тесно связанных с набором веса.
ДНК-диета — генетическое исследование полиморфизма определенных генов, отвечающих за метаболизм жиров и углеводов, а так же за чувствительность организма к определенным физическим нагрузкам. Гены, входящие в этот тест, в зависимости от их строения определяют количество жира, которое усваивается из еды, или меняют углеводный обмен. Всего для теста было определено 4 гена и 5 их модификаций:
Панель «Нутригенетика: Оптимальный вариант диеты для снижения веса»
Генетическое исследование, позволяющее выявить наследственно обусловленные особенности обмена веществ, которые определяют предрасположенность к развитию избыточной массы тела, а также включающее составление на основании результатов анализа персонализированных рекомендаций по модификации питания и образа жизни в целях похудения.
Nutrigenetics Test, Nutrigenetics DNA Test.
Какой биоматериал можно использовать для исследования?
Как правильно подготовиться к исследованию?
Общая информация об исследовании
Практически все процессы в организме человека регулируются генетической информацией, закодированной в молекулах ДНК. Участок ДНК, который кодирует какой-либо один признак (или чаще всего белок, обладающий определенной функцией), называется геном. Такой признак, как цвет волос, также кодируется определенным геном, однако он может воплощаться в нескольких вариантах. Подобная вариабельность свойственна и многим другим признакам. Это стало возможным благодаря возникновению в генах точечных изменений в последовательности нуклеотидов ДНК. В результате возникли варианты гена одного и того же признака, которые называются аллелями. Количество аллелей у каждого гена определяет его полиморфизм – то есть разнообразие. Генетический полиморфизм у человека настолько масштабен, что между последовательностями молекул ДНК двух людей могут быть миллионы различий. Некоторые различия обуславливают лишь изменения во внешнем виде (например, рост и цвет волос), но есть и те, которые выступают в роли предрасполагающих факторов к определенным нарушениям здоровья. Сами по себе они чаще всего не вызывают развития заболевания, но в комплексе с факторами внешней среды, такими как образ жизни, уровень физической активности, особенности питания и вредные привычки, могут приводить к возникновению патологических процессов.
Человек получает от каждого из родителей по одному варианту (аллелю) каждого гена. Если они одинаковы – это называется гомозиготой, а если разные – гетерозиготой. Гомозигота может быть как по нормальным аллелям, так и по мутированным. Гетерозигота же содержит один нормальный аллель и один мутированный. Соответственно, к наибольшему негативному влиянию генетических факторов риска предрасположена гомозигота по мутированным аллелям, несколько меньшему – гетерозигота.
Современное исследование генома человека привело к идентификации многих генов, отвечающих за метаболические процессы, полиморфизм которых играет роль в возникновении нарушений обмена веществ и различных заболеваний. Идентификация присутствующих у человека аллелей таких генов помогает определить факторы риска тех или иных расстройств здоровья и выработать оптимальные профилактические меры, которые позволят предотвратить негативное влияние факторов внешней среды на реализацию генетически обусловленных нарушений.
Тест представляет собой исследование полиморфизма 9 генов, которые определяют склонность к избыточной массе тела ввиду особенностей жирового и углеводного обмена, а также потенциальную эффективность определенных диет и физических нагрузок разной интенсивности для похудения. Исследование позволяет получить сведения о следующих особенностях обмена веществ:
оценка генетически обусловленного риска избыточной массы тела и особенностей пищевого поведения (гены, отвечающие за чувство насыщения и склонность к перееданию);
полиморфизм генов, определяющих особенности жирового обмена (генетический риск нарушений метаболизма жиров и оценка потенциальной эффективности низкожировой диеты для снижения веса);
гены, определяющие потенциальную эффективность физических нагрузок для снижения веса;
нарушения метаболизма отдельных веществ: предрасположенность к артериальной гипертензии, чувствительной к уровню употребления поваренной соли, необходимость ограничения кофе и кофеинсодержащих напитков.
Для чего используется исследование?
Когда назначается исследование?
Что означают результаты?
Выявленный вариант аллелей каждого гена оценивается с точки зрения обуславливаемого им риска тех или иных нарушений обмена веществ:
норма – данный аллель не обладает защитным эффектом, но и не обуславливает повышенный риск избыточной массы тела;
умеренный риск – выявленное сочетание аллелей скорее приведет к нарушениям, в особенности под влиянием факторов внешней среды;
значительный риск – выявленные аллели в отношении данного признака считаются факторами риска возникновения патологических изменений.
Помимо указания обнаруженных вариантов генов, результат исследования будет содержать интерпретацию врачом-генетиком их влияния на риск возникновения избыточной массы тела и связанных с ней заболеваний, а также рекомендации по максимально эффективной коррекции выявленных генетических факторов риска с помощью диеты и физической активности.
Генетический материал не изменяется в течение всей жизни, поэтому результаты данного исследования всегда будут актуальны, повторное его проведение не нужно.
Результат исследования носит рекомендательный характер, указанные в нем меры по профилактике различных заболеваний должны быть обсуждены с лечащим врачом.
Ожирение у детей и подростков (недостаточность рецептора меланокортина)
Ген, ассоциированный с жировой массой и ожирением (FTO). Выявление мутации G(45+52261)A (регуляторная область гена)
Генетический риск развития гипергликемии
Кто назначает исследование?
Эндокринолог, диетолог, спортивный врач.
Литература
Nutrigenetics Applying the Science of Personal Nutrition. Martin Kohlmeier. Elsevier, 2013. Pages 314-318.
A Manual of Laboratory and Diagnostic Tests, 9th Edition, by Frances Fischbach, Marshall B. Dunning III. Wolters Kluwer Health, 2015. Page 820.
Nutrigenomics and Nutrigenetics in Functional Foods and Personalized Nutrition by Lynnette R. Ferguson. CRC Press, 2014.Pages 3-11, 19-21.
Как еда меняет наши гены. Что такое нутригенетика и нутригеномика
Что такое нутригенетика и нутригеномика?
Нутригенетика — это наука о влиянии генов на потребление и усвоение различных компонентов пищи. Она помогает ответить на вопрос, почему один человек хорошо переносит тот или иной продукт, а второй страдает от побочных эффектов или никак не может похудеть.
А нутригеномика — это еще не сформировавшееся направление в науке, изучающее, среди прочего, влияние питания и БАДов на регуляцию работы генов. Она является зеркальным отображением нутригенетики: если с точки зрения нутригенетики человеку уже дан определенный набор генов, которые он не может изменить (если есть “ген непереносимости алкоголя”, то человеку никак не помочь), то нутригеномика предполагает, что хоть гены и нельзя изменить, но можно оказать влияние на их активность с помощью питания.
Можно ли по анализу крови узнать, какие продукты можно есть, а какие нет?
Понятие «анализ крови» можно разделить на четыре категории.
Анализ на пищевую непереносимость
Самый известный метод определения таких продуктов основан на определении в крови IgG-антител, в норме вырабатывающихся против антигенов для защиты организма от чужеродных агентов. По результатам теста вычисляют продукты, на которые были повышены антитела, и рекомендуют их исключить. В действительности же наличие антител означает только одно – что человек уже сталкивался с этим продуктом и выработал толерантность к нему. Более того, клинические исследования, доказывающие эффективность диагностирования непереносимости по IgG антителам, не проводились, а крупнейшие организации аллергологов-иммунологов (AAAAI, EAACI и др.) не признают данный тест. Другой метод определения непереносимости продуктов основан на хемилюминесценции (интенсивности свечения клеток) после внедрения экстрактов различных продуктов. Данный анализ также не является научно обоснованным, поскольку ни один компонент пищи не попадает к нам в кровь напрямую. Кроме того, остается неясной интерпретация подобного свечения и к медицинскому анализу никакого отношения не имеет. В ту же категорию дорогих бесполезных тестов я бы отнесла анализ пищевой непереносимости по скорости оседания эритроцитов (СОЭ).
Питание по группе крови
Концепция была создана врачом-натуропатом Питером Д’Адамо на основе эволюции групп крови: питание должно соответствовать тому рациону, каким оно было у древних представителей вашей группы крови (I – охотники-собиратели, II – земледельцы, III – кочевники, IV – современный человек). Этот метод также обладает недоказанной эффективностью, и если вам условно «не повезло» с группой крови, ваш рацион может оказаться неоправданно ограниченным, хотя количество и сочетание продуктов не оговариваются.
Анализ различных биохимических показателей крови
Это глюкоза, холестерин, ферритин и другие биохимические показатели крови, которые вы сдаете в обычной лаборатории. По результатам подобных анализов действительно можно скорректировать питание: уменьшить потребление насыщенных жиров и соли, повысить количество железосодержащих продуктов в рационе, клетчатки. Отмечу, что интерпретацией результатов анализов и назначением подобных рекомендаций должен заниматься врач.
Сдача крови для ДНК-теста (чаще — слюны)
Благодаря данному тесту, вы узнаете предрасположенность к непереносимостям определенных продуктов и риски дефицита различных витаминов. Высокий риск не означает непременное наличие дефицита, однако вам будет рекомендовано пересмотреть свой рацион, более тщательно следить за своим состоянием и регулярно проходить скрининг для снижения риска возникновения заболевания. Именно эта категория относится к нутригенетике.
Какой врач может использовать принципы нутригенетики для похудения?
Это может быть и диетолог, и эндокринолог, и врач-генетик. Главное, чтобы специалист хорошо разбирался в генетике и знал правильные подходы к лечению или профилактике. Здесь важно не довести до гипердиагностики и назначения ненужных лекарств и строгой диеты, когда это не требуется. Например, не стоит при повышенном риске дефицита железа сразу назначать препараты железа или рекомендовать есть одно красное мясо. Достаточно удостовериться, что железо в норме по результатам биохимического анализа и порекомендовать пересмотреть свой рацион, скорректировав употребление железосодержащих продуктов.
Информация о персональных рисках и непереносимостях продуктов мотивирует людей сильнее, чем общие рекомендации вроде «ешьте больше овощей» — это и так понятно, что они полезные. Когда дело касается личного здоровья, человек старается следовать персональным рекомендациям. Правда, подобные исследования сейчас не слишком распространены ввиду относительно высокой стоимости, но я уверена, что в будущем нутригенетика станет частью персонализированного подхода, и ученые смогут проводить более масштабные исследования в этой области.
Нутригенетика безусловно может рассказать об индивидуальных особенностях пищеварения у человека, в том числе и про серьезные заболевания обмена веществ (например, фенилкетонурия). Она является начальным этапом диагностики заболевания, а лечением занимается врач.
Как питание может менять наши гены?
Наш образ жизни не меняет сами гены, а только их активность в наших клетках. Это куда более безопасно, чем редактирование генов, поскольку такая регуляция не затрагивает саму последовательность ДНК и потенциально обратима.
Все клетки нашего организма несут один и тот же генетический материал. Почему же они тогда так отличаются друг от друга? Все дело в экспрессии генов — считывания информации с генов для последующего синтеза белков. Активность каждого гена можно как подавлять, так и активировать, в зависимости от набора специальных маячков, которые навешиваются либо на сам ген, окружающие его участки генома или на белки гистоны, на которые намотана ДНК. Они регулируют активность гена подобно диммеру, который может плавно регулировать яркость света в комнате. Маячками выступают, например, так называемые метильные или ацетильные группы.
Изучением регуляции работы генов занимается эпигенетика. Это довольно занятная и крайне перспективная наука, она ищет ответы на вопрос о том, как можно изменить активность генов, которые нам передались от родителей, не меняя сами гены, и тем самым повлиять на продолжительность жизни в ту или иную сторону. Влиять на навешивание этих маячков можно в том числе и с помощью питания.
Какие продукты влияют на наши гены?
Фолиевую кислоту (витамин В9) не случайно рекомендуют всем женщинам репродуктивного возраста, поскольку она снижает риск выкидыша и патологий нервной трубки эмбриона. Вместе с холином (который в большом количестве содержится в яичных желтках, печени, рыбе) он снижает риск ожирения и других метаболических нарушений.
Большинство известных нутригеномике веществ оказывают профилактическое действие в отношении раковых заболеваний, повышая экспрессию генов-супрессоров опухолей и нормализуя рост раковых клеток: флавоноиды (кверцетин, апигенин) во фруктах и овощах, фитоэстрогены в соевых бобах, ресвератрол в винограде, чернике и клюкве, куркумин (известный компонент специи – куркумы), сульфорафан в крестоцветных (различные виды капусты и салатов), диаллилсульфид в чесноке и многие другие.
А вот продукты, которые могут повлиять негативно:
Согласно некоторым исследованиям, высокие уровни глюкозы и аминокислот в крови активируют биохимические сигнальные пути, связанные со старением.
Трансжиры и насыщенные жиры, судя по имеющимся данным, активируют важные маркеры воспаления, изменяют регуляцию метаболизма жиров, что приводит к избытку липидов в крови.
Омега-3 жирные кислоты, содержащиеся в жирной морской рыбе и морепродуктах, способствуют снижению холестерина в крови, вероятно, за счет регуляции генов липидного обмена, уменьшению воспаления и роста опухолевых клеток.
Клетчатка действует опосредованно на организм через бактерии кишечника, для которых она является основным источником пищи. Клетчатка ферментируется бактериями до короткоцепочечных жирных кислот, обладающих целым рядом полезных для нас функций: уменьшение роста патогенной микрофлоры и, возможно, опухолевых клеток за счет активации иммунитета, увеличение секреции слизи, которая служит природным барьером кишечника от механических повреждений, различных вирусов и токсинов, и пр.
Это комплексный генетический тест, сочетающий в себе анализ вашей ДНК в нескольких областях: здоровье, питание, спорт, особенности характера, эффективность лекарств, происхождение и статус носителя наследственных заболеваний, важный для планирования детей.
Нутригеномика: питание vs. заболевания
«Позволь пище быть твоим лекарством» (Гиппократ).
Автор
Редакторы
Все больше людей в мире умирает от хронических неинфекционных болезней (диабет, онкологические и сердечно-сосудистые заболевания). Что же способно остановить подобную эпидемию? Ответ даст нутригеномика — новое направление в науке, изучающее, как пища влияет на экспрессию генов. Cтатья раскроет молекулярные механизмы воздействия пищи на гены; расскажет о том, какие продукты стоит употреблять чаще, а от каких отказаться, чтобы жить дольше и здоровее; и опишет перспективы диетологии в будущем. Вторая часть серии — «Нутригеронтология: питание vs. старение» подробно остановится на механизмах старения и на том, как пища может замедлить эти процессы.
Старение и долголетие
Цикл статей, задуманных в рамках спецпроекта «биомолекулы» для фонда «Наука за продление жизни».
В этом цикле рассмотрим общие проблемы старения клеток и организмов, научные подходы к долголетию и продлению здоровой жизни, связь сна и старения, питания и продолжительности жизни (обратимся к нутригеномике), расскажем про организмы с пренебрежимым старением, осветим темы (эпи)генетики старения и анабиоза.
Конечно, феномен старения настолько сложен, что пока рано говорить о радикальных успехах в борьбе с ним и даже о четком понимании его причин и механизмов. Но мы постараемся подобрать наиболее интересную и серьёзную информацию о нащупанных связях, модельных объектах, разрабатываемых и уже доступных технологиях коррекции возрастзависимых нарушений.
Краткое содержание спецпроекта освещено в видеоролике «Стареть или не стареть? // Всё как у зверей». Подробности же узнаете из наших статей.
Следите за обновлениями!
Еще со времен Древней Греции было известно, что пища влияет на состояние тела и духа и способна избавлять от болезней. Однако фундаментальные открытия в науке о питании были сделаны только в 18–20 столетиях: изучили химический состав пищи и основные пути метаболизма [1]. До середины 20 века из-за несбалансированного рациона были распространены недуги, связанные с дефицитом витаминов и минералов, поэтому их функции исследовались особенно активно. Сегодня же развитые страны столкнулись с другими последствиями нерационального питания — ожирение и диабет II типа [2] (рис. 1). Более того, обнаружено, что продолжительность жизни и развитие «убийственной тройки» — сердечно-сосудистых, нейродегенеративных и раковых заболеваний — зависит от рациона человека [3]. Медикам и ученым стало очевидно, что для эффективного лечения и профилактики вышеупомянутых заболеваний необходимо понять механизмы воздействия пищи на организм на клеточном и молекулярном уровнях. В начале 21 века завершились международные геномные проекты [4], предоставив для анализа множество генетической информации; стали развиваться производительные молекулярные методы для исследования «внутренней жизни» клетки [5]. Все эти факторы привели к рождению новой науки — нутригеномики [6].
Нутригеномика исследует влияние различных компонентов пищи и биологически активных добавок на экспрессию генов [7]. Ожидается, что определение биохимических путей взаимодействия пищи и генов позволит эффективно лечить неинфекционные заболевания (например, диабет, рак, патологии сердечно-сосудистой системы), а также предотвращать их развитие благодаря выявлению ранних маркеров нарушений в метаболизме и составлению индивидуального плана питания [6].
Каким же образом пища регулирует работу генов?
Рисунок 1. Последствия несбалансированного питания в развитых странах: распространение ожирения и диабета II типа. Избыточный вес и «западный» тип питания (обилие жареной пищи, красного мяса, сладких газированных напитков, жирных молочных продуктов) вносят вклад в развитие сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, диабета II типа.
Сайт www.uhc.com, рисунок адаптирован.
Нутригеномика: от пищи к генам
Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Экспрессия генов регулируется на разных стадиях, но главный «контрольный пункт» — это начало транскрипции (синтеза РНК на матрице ДНК). Инициация транскрипции зависит как от наличия необходимых белков (транскрипционные факторы, ферменты и пр.), так и от доступности (сродства) ДНК для этих белков (т.е. от эпигенетических модификаций). Компоненты пищи способны влиять на оба процесса [6], [7].
Эпигенетические модификации
Все клетки нашего организма — от нейронов до лейкоцитов — несут одинаковый генетический материал. Но в каждой клетке экспрессируется специфический набор генов — это определяет специализацию клеток. Включение/выключение генов регулируется эпигенетическими модификациями (такие модификации не затрагивают последовательность ДНК, но меняют ее «обвеску»). В клетке ДНК компактизирована, т.е. намотана на «бусины» — комплекс белков гистонов, различные химические модификации которых включают или выключают ген. Помимо этого, выключение генов происходит при модификации непосредственно молекулы ДНК (метилирование).
Некоторые компоненты пищи влияют на эти процессы (рис. 2):
Рисунок 2. Механизм влияния пищи на эпигенетические модификации.
Транскрипционные факторы
Рисунок 3. Механизм действия нутриентов на экспрессию генов через транскрипционные факторы.
Второй механизм, посредством которого пища изменяет экспрессию генов, иллюстрирует следующая схема: «компонент пищи → рецептор → сигнальный путь → транскрипционный фактор → включение генов» [6], [16] (рис. 3). Рецепторы распознают строго определенную структуру веществ, поэтому схожие по строению компоненты пищи различно воздействуют на организм (например, насыщенные и ненасыщенные жиры). В данной схеме возможны небольшие вариации, например, ядерные рецепторы совмещают в себе функции рецептора и транскрипционного фактора: они распознают различные гидрофобные компоненты еды или их производные (жирные кислоты, витамин D, ретиноевую кислоту, желчные соли и пр.), а затем изменяют активность регулируемых ими генов [17–19].
Пища состоит из белков, углеводов и жиров. Компоненты пищи расщепляются в процессе пищеварения до более простых веществ (аминокислоты, моносахара, жирные кислоты), которые далее транспортируются в клетки и связываются рецепторами. Сигнал от рецептора распространяется по клетке, доходит до ядра и экспрессия генов изменяется. Длительные изменения в экспрессии генов, в конечном счете, сказываются на здоровье и продолжительности жизни. Но обо всем подробнее.
Белки в пищеварительном тракте распадаются до аминокислот, которые затем транспортируются внутрь клеток. В клеточной цитоплазме плавает молекула mTOR (mammalian target of rapamycin), которая активируется высокой концентрацией аминокислот и регулирует многочисленные аспекты метаболизма в клетке. Примечательно, что сигнальный путь mTOR — консервативный биохимический путь, регулирующий старение у животных. Генетические мутации, ослабляющие сигнал mTOR-пути, продлевают жизнь червей, мушек и мышей [20]. Поскольку mTOR активируется аминокислотами, то можно ожидать, что рацион с ограниченным содержанием белков будет благоприятно сказываться на здоровье и долголетии. Действительно, потребление малого количества белков или метионина (незаменимой аминокислоты) повышает продолжительность жизни у модельных животных [21]. У людей диета с низким соотношением белков и углеводов снижает риск развития рака, ожирения и нейродегенеративных заболеваний [22]. Согласно исследованиям, люди пожилого возраста (50–65 лет), получающие из белков более 20% суточных калорий в четыре раза (!) чаще умирают от рака, а уровень их общей смертности на 75% выше по сравнению с людьми, соблюдающими низкобелковую диету (т.е. менее 10% суточных калорий) [23]. Интересно, что корреляция между употреблением растительных белков и уровнем смертности не выявлена. Считается, что это обусловлено аминокислотным составом растительных белков, которые содержат меньше метионина и цистеина [23].
Углеводы в процессе пищеварения расщепляются до моносахаров; самый известный представитель этого класса — глюкоза. Повышение уровня глюкозы в крови вызывает выработку гормона инсулина. Инсулин улавливается рецепторами на поверхности клеток, что приводит к активации сигнального пути IIS (Insulin/Insulin-like grow factor Signaling), который запускает поглощение клетками глюкозы, а также стимулирует клеточный рост и деление. Сигнальный путь IIS тесно переплетен с путем mTOR, соответственно, уровень его активации имеет последствия для здоровья и продолжительности жизни. Мыши, гетерозиготные по рецептору IGF-1 (Insulin-like grow factor) (Igf1r+/−), в среднем, жили на 26% дольше, чем их гомозиготные братья (Igf1r+/+). Что касается людей, то генетические полиморфизмы, снижающие уровень сигнала IIS-пути, ассоциированы с долголетием [23]. Многочисленные исследования демонстрируют, что ограничение калорий у животных снижает уровень IGF в крови; вместе с IGF падает и риск развития атеросклероза, рака и прочих болезней [22]. У людей голодание несколько дней в неделю (потребление менее 25% от суточной нормы калорий) улучшает такие маркеры сердечно-сосудистых заболеваний, как уровень холестерина (ЛПНП) в крови и чувствительность к инсулину [23].
Подробности о механизмах действия низкобелковой диеты и сигнальных путях mTOR и IIS разобраны в статье «Нутригеронтология: питания vs. старение» [24].
Жиры перерабатываются до жирных кислот, моноглицеридов и глицерина. Биохимические эффекты жирных кислот активно исследуются в нутригеномике, так как они запускают множество сигнальных путей, и многие заболевания связаны именно с нарушением липидного обмена. Жирные кислоты можно разделить на два основных класса: ненасыщенные (к которым относятся полиненасыщенные жирные кислоты и транс-жиры) и насыщенные.
Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК). ПНЖК содержатся в оливковом масле, семечках, тунце, лососе. ПНЖК необходимы для нормальной работы организма, их употребление благотворно влияет на работу сердечно-сосудистой и нервной систем [25]. Внутри клетки ПНЖК распознаются ядерными рецепторами PPAR (peroxisome proliferator—activated receptors), которые также выполняют функции транскрипционных факторов и регулируют гены метаболизма. Активация PPARα в печени способствует катаболизму жиров в организме (т.е. их утилизации). Также ПНЖК снижают экспрессию генов, вовлеченных в синтез холестерина и жирных кислот. Особенно полезны для организма омега-3-жирные кислоты, которыми богаты рыбий жир, льняное масло и грецкие орехи. Рыбий жир снижает уровень холестерина в крови и печени [26]. Исследования демонстрируют, что ω-3-жирные кислоты (но не ω-6-ЖК) ингибируют рост ободочного рака кишки in vitro и in vivo [27]. Помимо этого, ω-3-жирные кислоты обладают противовоспалительным действием, так как функционируют в качестве субстратов для синтеза противовоспалительного простагландина E3, протектинов и резолвинов, участвующих в рассасывании воспаления и защите клеток [28]. Кроме того, ω-3-жирные кислоты изменяют ацетилирование гистонов и таким образом подавляют действие транскрипционного фактора NF-kB на гены иммунного ответа и апоптоза, которые он регулирует [28].
Транс-жиры. Транс-жиры образуются в пищевой индустрии из ненасыщенных жирных кислот при производстве маргарина, который используется в изготовлении выпечки, крекеров, чипсов и пр. Исследования демонстрируют, что существует прямая зависимость между потреблением транс-жиров и развитием сердечно-сосудистых заболеваний, диабета, ожирения, аллергии, рака груди, а также сокращением периода беременности [29]. В экспериментах, проведенных на мышах, ученые определили, что транс-жиры усиливают в печени экспрессию PGC-1 — ключевого регулятора липидного обмена. Это способствует экскреции липопротеинов низкой плотности в кровь и отложению холестерина в сосудах [30]. Также транс-жиры встраиваются в клеточную мембрану, вызывают воспаление и нарушают работу клеток (рис. 4) [31].
Рисунок 4. Предполагаемые механизмы действия транс-жиров. (а) Транс-жиры изменяют продукцию, секрецию и катаболизм липопротеинов в клетках печени, а также влияют на транспорт эфиров холестерина в липопротеины очень низкой плотности. (б) В эндотелиоцитах увеличивается синтез циркулирующих молекул адгезии и снижается функция NO-синтазы. (в) Под действием транс-жиров изменяется нормальный метаболизм жиров в адипоцитах и усиливается воспалительный ответ. (г) В макрофагах возрастает продукция медиаторов воспаления (интерлейкина-6, фактора некроза опухолей). Перечисленные эффекты транс-жиров подтверждены исследованиями на людях и способствуют атеросклерозу, диабету, отрыву бляшек, внезапной смерти от сердечных патологий. Внутриклеточные механизмы действия транс-жиров точно не установлены. Возможны: изменения в мембранных фосфолипидах клетки, что влияет на функции мембранных рецепторов (таких, как NO-синтаза на эндотелиоцитах или TLR на макрофагах); прямое взаимодействие транс-жирных кислот с ядерными рецепторами, регулирующими транскрипцию генов (например, X рецептором печени); опосредованный или прямой эффект на ЭПР, активация киназы Jnk, которая обычно активируется в ответ на клеточный стресс и регулирует апоптоз, деление клеток, продукцию цитокинов. Предполагаемые механизмы нуждаются в дальнейшем изучении.
Сайт www.ufrgs.br, рисунок адаптирован.
Насыщенные жирные кислоты (НЖК). Основные источники насыщенных жирных кислот — сливочное масло, сыр, мясо, желтки, кокосовое, пальмоядровое масла и масло какао. Существуют данные, что НЖК способствуют воспалению через прямую активацию рецепторов TLR4 (Toll-like receptor) на макрофагах [32]. Рецептор TLR4 — это рецептор врожденного иммунитета, распознающий определенный компонент клеточной стенки бактерий, в состав которого входит липид. Сигнал от TLR4 активирует ключевой транскрипционный фактор иммунного ответа — NFkB. Несмотря на то, что результаты исследований относительно неблагоприятного воздействия НЖК на здоровье противоречивы, Всемирная организация здравоохранения рекомендует сократить долю насыщенных жирных кислот в рационе до 5–10% (от общего количества калорий).
Известно, что одинаковые факторы (идентичные диета и степень физической активности) могут сказаться на метаболизме людей по-разному. Например, недавно было выявлено, что у женщин в зависимости от типа аллеля, потребление ПНЖК способно оказывать противоположные эффекты на уровень липопротеинов высокой плотности (ЛВП) в крови [33]. Соответственно, при проведении нутригеномных исследований надо обязательно учитывать индивидуальные генетические особенности.
Нутригенетика: от генов к пище
Нутригенетика изучает, как вариации в генах отражаются на усвоении и метаболизме пищи и, соответственно, выявляет генетические предрасположенности к заболеваниям. Генетические заболевания подразделяют на моногенные (определяются вариацией в одном гене) и полигенные (определяются комбинацией генов + факторами внешней среды) [36].
К моногенным заболеваниям относят, например, фенилкетонурию, глютеновую болезнь, непереносимость лактозы. Причина таких заболеваний ясна, поэтому внешние проявления предотвратить просто: достаточно исключить из рациона неусваиваемый компонент пищи. Для профилактики полигенных заболеваний — ожирения, диабета II типа, рака, нарушений сердечно-сосудистой системы — необходимо контролировать не только рацион, но и следить за степенью физической активности, уровнем стресса и пр. Тем не менее, накапливающиеся знания из нутригенетики и нутригеномики позволяют индивидуально (в зависимости от генотипа) выявить группы риска и определить, каких продуктов данному человеку стоит избегать, а какими, наоборот, дополнить свое ежедневное меню, чтобы минимизировать риски заболеваний.
Сердечно-сосудистые заболевания (CCЗ). Развитие ССЗ чрезвычайно комплексно, поэтому ученые еще далеки от установления всех факторов рисков и способов их устранения. Однако в генах липидного обмена (генах аполипопротеинов E, A1, A2, A54; PPARs; липоксигеназы-5 и др.) выявлены вариации, у обладателей которых быстрее развивается ССЗ от высококалорийного питания [35]. Также показано, что у людей с медленным метаболизмом кофеина повышается риск сердечных атак при его употреблении [36]. При этом доказан основной риск развития ССЗ — наличие метаболического синдрома, который характеризуется «смертельной четверкой»: повышением артериального давления, уровня сахара и липидов в крови, ожирением. Поэтому главная актуальная задача в этой области — установление молекулярных механизмов общего патологического процесса, который приводит к таким разным метаболическим нарушениям [34].
Рак. Особенности транспорта и метаболизма питательных веществ вносят вклад в развитие (или предотвращение) раковых заболеваний. Например, распространена мутация, снижающая эффективность фермента, необходимого для метилирования ДНК. При недостатке в пище источников метильных групп (фолата и холина), носители такой мутации имеют повышенную вероятность заболеть колоректальным раком. Для таких людей употребление алкоголя — это дополнительный усугубляющий фактор, так как алкоголь снижает абсорбцию фолата и увеличивает его выведение из организма [34]. Употребление красного мяса значительно увеличивает риск развития колоректального рака как у обладателей быстрой N-ацетилтрансферазы, так и у носителей особой комбинации полиморфизмов в гене цитохрома P450 [33], [36]. Обнаружено также, что вероятность онкологических заболеваний возрастает при мутации в гене одного из типов глутатионтрансфераз (ферментов, участвующих в детоксикации), и постоянное поступление в организм токсинов (при курении и др.) опасно для людей с подобной мутацией. А поедание капусты и прочих крестоцветных, наоборот, будет крайне полезно, так как они содержат вещества, увеличивающие активность глутатионтрансфераз [34].
Ожирение. Определенный вариант гена FTO (fat mass- and obesity-associated gene) ассоциирован у людей с ожирением и диабетом. Во время проведения исследований выяснилось, что при неограниченном доступе к еде дети с таким вариантом FTO склонны потреблять более калорийную пищу. Эффект подобного генетического варианта легко модулируется физической активностью и сбалансированным питанием.
Несмотря на возможные генетические предрасположенности к ожирению, диабету, сердечно-сосудистым заболеваниям и раку, показано, что факторы окружающей среды играют существенную роль при развитии вышеперечисленных патологий [7]. Поэтому ВОЗ были составлены базовые рекомендации для поддержания здоровья: употребление разнообразных фруктов и овощей в течении дня, снижение потребления насыщенных и транс-жиров, копченостей, соленой пищи; умеренное употребление алкоголя; активный образ жизни; поддержание нормального веса. Различные исследования подтвердили обратную зависимость между употреблением овощей и фруктов и частотой онкологических заболеваний [37], [38]. Кроме того, накапливающиеся данные о благотворном влиянии на здоровье и долголетие рациона с низким содержанием животных белков уже сегодня заставляют диетологов выстраивать новую систему сбалансированного питания. Однако для полноценного представления о механизмах влияния составляющих пищи (а также их комбинаций) на организм, и возможных разбросах такого влияния среди человеческой популяции предстоит еще сделать много работы. Существует ряд проблем, которые необходимо решить для получения достоверной информации и внедрения нутригеномики/нутригенетики в повседневную жизнь.
Проблемы
Отдельно взятый прием пищи оказывает слабое влияние на организм, поэтому при проведении нутригеномных исследований очень важна длительность употребления нутриентов, что усложняет проведение экспериментов. Для анализа изменений в экспрессии генов и метаболизма клетки используются следующие методы: эпигенетический анализ и анализ клеточных мРНК (транскриптома), белков (протеома) и метаболитов (метаболома) (рис. 5). К сожалению, на сегодняшний день методы получения протеома и метаболома дороги и развиты недостаточно, а количество мРНК не всегда пропорционально количеству белка в клетке и не дает информации об активности белка. Кроме того, для исследований требуется достаточно большое количество биологического материала, поэтому анализируется, в основном, кровь, в частности, белые кровяные клетки (жировая и мышечная ткани — на втором месте), но до сих пор неизвестно, насколько точно они отражают ранние нарушения в метаболизме [39].
Рисунок 5. Нутригеномные методы исследования.
Несмотря на то, что пока не накоплено достаточного объема достоверной информации для внедрения нутригеномики и нутригенетики в повседневную жизнь, уже существуют компании, предлагающие нутригенетические тесты (правительство США выпустило отчет об опасности и недостоверности таких тестов). Такие компании вызывают сомнения у людей о научной релевантности таких областей, как нутригеномика и нутригенетика, что мешает их распространению и внедрению в общество.
Перспективы
Ожидается, что вклад нутригеномики и нутригенетики в здравоохранение в следующем десятилетии будет очень значительным. Установление молекулярных механизмов взаимодействия «пища—гены» и выявление ранних маркеров нарушений в метаболизме позволит проводить эффективное превентивное лечение. Планируется составлять индивидуальный план питания на основе особенностей метаболизма и генетических предрасположенностей (рис. 6). Продукты питания будут проверяться не только на безопасность, но и на эффективность их действия на организм.
Рисунок 6. Будущее нутригеномики и нутригенетики. Специальное приложение для смартфона на основе данных генетического анализа подбирает ежедневное меню.