A Nutrigenomika és Nutrigenetika találkozása
Táplálkozási Akadémia 2017. augusztus havi hírlevele
„TUDTA-E?
• Az emberiség már az őskorban felhasznált genetikai módszereket – anélkül hogy tudta volna – az állatok háziasításánál és a növények nemesítésénél.
• Testünk minden egyes sejtje 2 méter hosszú DNS-t tartalmaz, mely fantasztikusan feltekeredik ahhoz, hogy beférjen a parányi, 10-20 mikrométer átmérőjű sejtmagba.
• Az emberi genom mellett már számos más faj, többek között a genetikusok kedvenc „háziállata” a szőlőmuslica, az egér, különböző férgek, baktériumok és a rizs genomja is feltérképezésre került.
• A nutrigenomika tudományát kutyáknak és macskáknak készült állateledelek fejlesztéséhez is alkalmazzák.
• Salvador Dali több alkotásának is témája az örökítő anyag, azaz a DNS.
• Két spanyol kutató (Dr. Fernando Baquero, Dr. Aurora Sanchez Sousa) és egy francia zeneszerző (Richard Krull) megalkottak egy Genoma Music nevű CD-t, amelyen bakteriális gén szekvenciájára készült zene szól.
Milyen tulajdonságokat kaptunk a szüleinktől, felmenőinktől? Mit fogunk átadni utódainknak másod- és harmadiziglen? Ki miért marad egészséges? Öröklődhet a humor és a kreativitás? Alacsony szülőknek alacsony gyermekeik lesznek? Csak néhány molekula eltérésén múlik, hogy egyesek exhibicionisták, mások pedig visszahúzódóak? Képesek vagyunk arra, hogy öröklött adottságaink ellenére ne hízzunk el? Megannyi kérdés, melyek mindenkit érdekelnek és minden ember számára izgalmassá teszik a genetikát.
A táplálkozás az egyik lételemünk, mindenkit érint,hatással van az életminőségünkre, az emberi boldogság kiteljesedésének segítője. A táplálkozás szerepének fontossága az egészség megőrzésben és a betegségmegelőzésben a néphagyományokban már ősidők óta ismert, tudományos jelentőségét azonban az új molekuláris genetikai eszközök alkalmazása erősítette meg azzal, hogy folyamatosan felderíti összefüggéseit az alapvető életfolyamatokkal.
Jean Anthelme Brillat-Savarin, az ízlelés nagymesterének 18. századi híres mondása, miszerint „mondd meg, mit eszel, s megmondom, ki vagy” napjainkban kezd igazán értelmet nyerni.
A genetika és a táplálkozás vizsgálatának egybeolvadásából született innovatív tudományterületekkel, a nutrigenomikával és a nutrigenetikával ismertetjük meg az Olvasót e havi hírlevelünkben.
Genetika és genomika
Az örökléstan, azaz a genetika a görög ’genesis’ szóból származik, jelentése ’eredet’, génekkel és öröklődéssel foglalkozó biológiai tudományág. A genetikai öröklődés alapelveinek feltárása körülbelül 150 évvel ezelőtt kezdődött. A tudományos genetika születése egybeesik a 20. század kezdetével, az elmúlt 70 év egyik legdinamikusabban fejlődő tudományává vált (1). A genetika forradalmát egy hihetetlen jelentőségű áttörés, a genomprogramok befejeződése jelentette, mely megteremtette a genomikát(2).
A finomhangolás tudományának is nevezett genomika a teljes genom vizsgálatával foglalkozik. A genom egy élőlény összes genetikai információja, nemcsak a gének összességét, hanem a sejt teljes DNS-állományát jelenti, ugyanis a hagyományos értelemben vett gének az összes DNS-nek csak egy kisebb részét alkotják. Az emberi genom több mint 3 milliárd nukleotidból áll, ennek körülbelül 1-1,5%-át adják a gének, melyek becsült száma 20 ezer (3). 1995 óta váltak ismertté teljes genomok, azóta létezik a genomika fantasztikus világa, melynek a feltárása az emberi intellektus egyik legnagyobb teljesítménye. A genomika ugrásszerű fejlődését a Humán Genom Projektnek (1990-2003) köszönhette, ami a valaha volt legnagyobb együttműködés a biológiában. A Humán Genom Projekt után a HapMap program (Haplotype Mapping =haplotípus-térképezés, 2002-2009) és az 1000 genom program (2008-2015)járultak hozzá jelentős mértékben az emberi genom variációinak feltérképezéséhez(4).
Nem húzható éles határvonal a genetika és a genomika között, még a tudományos nyelvben is átfedésben van a két szó használata. Általánosságban véve elmondható, hogy a genetika egy gént vagy genetikai variációt vizsgál, a genomika pedig több gént vagy az egész genomot, mint rendszert tanulmányozza(4).
A genetika és a táplálkozástudomány együttműködéséből született tudományterületek:
A nutrigenetika és a nutrigenomika alapkérdése hasonló, a gének és a tápanyagok közötti kölcsönhatások feltárásával foglalkoznak, csak más-más megközelítéseket alkalmaznak, kiegészítői egymásnak.
Mindkét tudományterület hosszútávon egy egészségesebb élet kialakítását és a táplálkozáshoz köthető megbetegedések elkerülését célozza meg(5).
Nutrigenomika
A táplálkozásgenomika vagy az angol elnevezést (nutrigenomics) átvéve, nutrigenomika olyan tudományterületként határozható meg, amely az étrend különböző összetevői, a tápanyagok és a genomvariációk génkifejeződésre gyakorolt kölcsönhatásait vizsgálja. Nutrigenomikai értelemben a tápanyagok olyan jelek, amelyeket a sejtek érzékelő rendszere felismer, hatásukra megváltozik a génexpresszió, valamint a fehérje- és a metabolittermelés. Nemcsak a táplálékok minősége, hanem a mennyisége is jelentősen befolyásolja a génkifejeződést. A nem megfelelő táplálékbevitel genetikai
instabilitást, a szükségletnél nagyobb energiabevitel pedig abnormális génexpressziót és ezzel összefüggő betegséghajlamot eredményez(6).
A nutrigenomika az ún. omika tudományágak, a transzkriptomika (a DNS-ről átíródó RNS molekulák összességének tanulmányozása), a proteomika (fehérjék összességének vizsgálata), a metabolomika (anyagcseretermékekkel kapcsolatos kémiai folyamatok tanulmányozása), valamint a mikrobiomika (a szervezetünkkel együtt élőlények, baktériumok, vírusok, gombák közösségének vizsgálata) felhasználásával térképezi fel, hogy a különböző tápanyagok hogyan szabályozzák az anyagcsere folyamatokat, miként irányítják a homeosztázis fenntartását és milyen hatásmechanizmusokat érvényesítenek a génműködésnél(5).
A nutrigenomikára az extra szűz olívaolaj hatását vizsgáló kutatások szolgálhatnak demonstráló példaként(7). Megállapították, hogy az egyszeresen telítetlen,ómega-9 zsírsavakban bővelkedő extra szűz olívaolaj fogyasztása 98 proinflammatórikus gén kifejeződését befolyásolta, amelyek a gyulladásos folyamatok irányításában vesznek részt. Az eredmények alapján elmondható, hogy az olívaolaj csökkenti a gyulladásos folyamatokat és így több betegség kialakulásának a kockázatát (8).
A nutrigenomika kutatási eredményeit felhasználva az élelmiszeripar különböző alaptermékekből egészségvédő, ún. funkcionális élelmiszereket fejleszt(9). A funkcionális élelmiszerek definícióját különböző nemzetek különféle szakmai szervezetei és táplálkozástudósai sokféleképpen határozták meg, mindeddig azonban a fogalom földrészünkön jogi értelemben nem került meghatározásra, de például Japánban van ilyen definíció.
A többféle meghatározás többé-kevésbé megegyezik abban, hogy olyan élelmiszerekről van szó, amelyek az egészségre és a közérzetre kedvező hatással vannak. A funkcionális élelmiszerek a jelen és a jövő élelmiszerkategóriája, ugyanis az emberiséget sújtócivilizációs betegségek (szív- és érrendszeri betegségek, 2-es típusú cukorbetegség, elhízás, rosszindulatú daganatok) olyan élelmiszerek fejlesztését teszik szükségessé, amelyek egészségvédő hatásuk révén hozzájárulhatnak ezen egészségi problémák fellépésének mérsékléséhez és segíthetnek a lakosság egészséges táplálkozásra nevelésében. Pozitív folyamatzajlik az élelmiszeriparban, melynek jele, hogy egyre nő azon élelmiszerek száma a kínálatban, melyek táplálkozásbiológiai előnnyel rendelkeznek az élvezeti érték mellett. Ilyen előny a zsírtartalom csökkentése, a cukor elhagyása, a sószegényítés, egyes ásványi anyagokkal (pl. vas, kalcium, magnézium, szelén) való dúsítás, a multivitaminozás, valamint a bélazonos probiotikus tejsavbaktériumok alkalmazása különböző
élelmiszerekben. Fontos a lakosság figyelmét felhívni ezekre az élelmiszerekre, melyek többlet-táplálkozási előnnyel rendelkeznek(10).
Nutrigenetika
A táplálkozásgenetika, vagyis a nutrigenetika a nutrigenomika megfordítása, azt vizsgálja, hogy az egyéni genetikai háttér hogyan befolyásolja a tápanyagok hatását(7).
Egy enzimet kódoló génben vagy annak szabályozó régiójában megjelenőgenetikai variánsok módosíthatják
annak aktivitását, amellyel hozzájárulhatnak a tápanyagok felszívódásában, tárolásában, kiválasztásában és a
jóllakottságérzésben tapasztalt egyéni különbségekhez(5). Továbbá az ízérzékelés személyenként eltérő
genetikája is hatást gyakorol a génkifejeződésre, valamint a táplálékpreferenciára(6). A humán genomban leggyakrabban előforduló genetikai eltérés az SNP (single nucleotide polymorphism, magyarul egypontos nukleotid-polimorfizmus), melyen alapuló különbségek hozzájárulnak bizonyos fejlődési rendellenességek(pl. velőcsőzáródási
rendellenesség) kialakulásához, és számos allél polimorfizmusa kapcsolatba hozható olyan megbetegedésekre való hajlammal, mint például elhízás, szív- és érrendszeri, illetve daganatos betegségek. A nutrigenetika eredményei alátámasztották, hogy a humán genomban előforduló természetes variánsok felelőssé tehetők az étrendre adott egyéni biológiai válaszban lévő különbségekért. Ezek alapján kijelenthető, hogy egyazon étrend az egyik embernél képes komoly betegségeket okozni, míg egy másiknál semmilyen károsító hatást nem vált ki(5).
A fenilketonuria (PKU) volt az első olyan betegség, amelyben megfejtették egy gén és egy tápanyag kölcsönhatását. Egyetlen nutriens, egy esszenciális aminosav, a fenilalanin diétás csökkentésével a betegség ellenőrzés alatt tartható(6).
A nutrigenetika másik szemléltető példája az apolipoprotein E (apo E) genotípusok hatása a koleszterindús, illetve a koleszterinszegény étrendre. Három formája, allélje van az apo E-nek, az E2, E3 és E4, melyek 6 féleképpen kombinálódhatnak (E2/2, E3/3, E4/4, E2/3, E2/4, E3/4), ugyanis minden génből két változatot öröklünk, egyet az édesanyánktól, egyet pedig az édesapánktól. Az E4 allélt hordozók koleszterinszintje általában magasabb az E2-t, illetve E3-at hordozókhoz viszonyítva(11). A szív- és érrendszeri kockázatot jelentő magas koleszterinszintet sokszor csökkenteni lehet megfelelő étrenddel, azonban a koleszterinszegény diéta nem mindenkinél működik. Az apo E2-hordozók nem reagálnak, míg az apo E3/4 genotípussal rendelkezőknél jó a koleszterinszint-csökkentő diéta hatása(7). Leginkább az E4-et hordozók koleszterinszintje függ az elfogyasztott táplálékok koleszterintartalmától(11). Látható tehát, hogy attól függően, milyen változatot hordoznak az emberek az örökítő anyagukba zárva, más étrendi útmutatást kell adni számukra.
A nutrigenetika meglehetősen ellentmondásos, de sok lehetőséget hordozó területe a GMO-k felhasználása(6).
A GMObetű hármas az angol „Genetically Modified Organism” szavakból ered, melyek jelentése„Genetikailag Módosított Élőlény”. Azonban a GMO pontos szakmai meghatározása alatt a „Géntechnológiával módosított, nemesített élőlényt” kell értenünk. A 20. század végén a hagyományos nemesítéssel szorosan összefogva jelent meg a géntechnológiai úton történő nemesítés, mely teljesen új dimenziókat nyitott a növénybiológiai kutatásokban.
Segítségével célzott módon illeszthetőbe egy gén vagy gének csoportja egy növény örökítő anyagába, hogy a gazdák, a fogyasztók vagy akár a környezet védelme érdekében jobbítsák a növények bizonyos tulajdonságait (pl. megnövelt táplálkozástani értékű élelmiszerek)(12).
Nutri-epigenetika és nutri-epigenomika
Nem hagyhatók figyelmen kívül a táplálkozás epigenetikai hatásai sem, mellyel a nutri-epigenetika és nutri-
epigenomika új tudományágak foglalkoznak. Az “epi”görög előtag jelentése “feletti”, “túl”, “mellett”, azaz az
epigenetika a gének feletti mechanizmusokat, az örökítőanyag működésére ható környezeti tényezőket vizsgálja. Az epigenom a sejt epigenetikai tényezőinek összessége, egy genom több epigenetikus útvonallal rendelkezik.
Az epigenetika olyan genetikai módosulások összefoglaló neve, amelyek a DNS szekvencia módosítása, vagyis mutáció nélkül okoznak változást a gének kifejeződésében. A környezeti hatások (pl.táplálkozás, mozgás, mikrobiom, anyai és lelki hatás) három különböző, de egymással szorosan összefüggő mechanizmus, a DNS-metiláció, a hiszton fehérjék mó
dosításai és a nem kódoló RNS-ek által befolyásolják a genetikai kódban tárolt információ megjelenését
(4). Az egyik legfontosabb környezeti tényező a táplálkozás. A szervezetünkbe juttatott tápanyagok a
szokott metabolikus hatásuk mellett epigenetikai utakon keresztül képesek hatni ránk, befolyásolhatják egyes gének működését(5). Az epigenomra hatással lévő táplálék összetevők közé tartozik többek között a metionin, a folát, a kolin, a betain, a B6- és B12-vitamin(13).
Nutrigenomikai és nutrigenetikai vizsgálatok a jelenben és a jövőben:
Annak ismeretében, hogy szervezetünk miként lép kapcsolatba az egyes tápanyagokkal, tudományosan
megalapozott beavatkozás tervezhető a különböző étrend-függő betegségek, illetve egyéni érzékenységbeli
különbségek kezelésére (14).
A nutrigenomika és a nutrigenetika elterjedésével lehetőség nyílik a valódi individuális, genetikai szükségleteknek megfelelő táplálkozás koncepciójának megvalósítására. A Humán Genom Projekt befejeztével közelinek tűnt az idő, amikor a dietetikusok személyre szabott táplálkozási tanácsokat adhatnak a genetikai profil ismeretében az egészség fenntartásának és védelmének érdekében. Az azóta eltelt majd tizenöt évben a fejlődés azonban lassabban haladt, mint ahogyan azt a szakemberek gondolták(15). Viszont így is eljutottunk oda, hogy ami évekkel ezelő tt még sci-fi-nek számított és a jövő reménye volt, az ma napjainkban már valóság, merthogy világszerte és hazánkban is elérhetőek
nutrigenomikai, valamint nutrigenetikai vizsgálatok. Azonban ezeknek a teszteknek az eredményei egyelőre csak különböző egyéb vizsgálatokkal, egyéni tapasztalatokkal együtt, megfelelő kritikával és szakemberek bevonásával hasznosíthatók optimálisan(4). Ugyanis jelenleg még kevés polimorfizmus esetében van elegendő tudományos bizonyíték ahhoz, hogy genetikai profil-alapú személyre szabott táplálkozási tanácsadásban lehessen használni. Továbbá számos zavaró tényező teszi bonyolulttá a táplálkozás génkifejeződésre kifejtett hatásának a megértését(6). Arról sem szabad megfeledkezni, hogy az emberi genomnál számos részlet még tisztázásra vár, a nagy feladat még nem ért véget.
A genomikai eredmények korlátai közé tartozik annak megjósolhatósága is, hogy a genom variációinak eredőjeként az egyén hogyan fog reagálni egy tápanyagra. Ha valakinél korábban már kialakult valamilyen krónikus betegség (pl. reflux vagy ételallergia), akkor az az állapot nagyban befolyásolhatja a fogyasztásra javasolható ételek választékát. Így pl. ha a vizsgálatnál kijön, hogy valakinek genetikai hajlama van a Parkinson-kórra, mely ellen a kávé a GRIN2 bizonyos genotípusaiban védő hatású, azonban az egyén érzékeny a kávéfogyasztásra, akkor a koffeint valamilyen más formában kell a szervezetébe juttatnia(4).
Léteznek az egy gén által meghatározott, mono- vagy egygénes betegségek, melyekben egyetlen gén hibája okozza a betegséget (pl. cisztás fibrózis, ami a CFTR gén mutációja miatt alakul ki), az ilyen típusú betegségek megállapítása viszonylag egyszerűen történik az adott gén vizsgálatával. Ezenkívül vannak a poligénes, komplex betegségek, melyek kialakulásának a hátterében általában nem egyetlen gén, hanem több génben megjelenő genetikai variációk kombinációja áll. Komplex betegségek közé tartozik az elhízás, a cukorbetegség, a daganatos és a kardiovaszkuláris betegségek(6). Ezeknek a betegségeknek a genetikája egy rendkívül komplikált feladat, mert kialakulásukhoz a genetikai rizikótényez ők mellett különböző környezeti és életmódbeli hatások is szükségesek(16). Az ilyen komplex, multifaktoriális betegségek kialakulásának étrenddel történő megelőzése nagyon összetett feladat(6).
A genetikailag megszabott szükségleteknek megfelelő, egyéni tulajdonságokat figyelembe vevőétrend kialakításához és a teljesen személyre szabott táplálkozás gyakorlati alkalmazásához további széleskörű, nagy esetszámú tanulmányok szükségesek a gének, a táplálkozás, az egészség és a betegségek kölcsönhatásainak vonatkozásában. A megbízható eredmények összegyűjtéséhez pedig hálózatelemzés, illetve rendszerbiológiai módszerek szükségesek, mely eszközök fejlesztésének még csak a kezdetén járnak a kutatók. Amíg ezek az áttörések váratnak magukra, addig egészségünk megőrzésének érdekében annyit tehetünk, hogy törekszünk a tudományos bizonyítékokon alapuló táplálkozási ajánlások (OKOSTÁNYÉR®) betartására,rendszeresen végzünk örömet jelentő testmozgást, eleget alszunk, keveset idegeskedünk,
ápoljuk a szociális kapcsolatainkat, elmerülünk a művészetekben és sokat nevetünk.