Wykład 8 17.03.2007

NUTRIGENOMIKA - przyszłość dietetyki?

Dietetyka - nauka o roli żywienia w etiopatogenezie chorób oraz jego stosowaniu w profilaktyce i leczeniu.

Nutrigenomika - zastosowanie genomiki w żywieniu człowieka, szczególnie w aspekcie powiązań między żywieniem z zdrowiem.

Czy nutrigenomika to rzeczywistość dla dietetyki?

„omiki” związanie z nauką o żywieniu

• nutrigenomika

• transkryptomika - analiza transkryptów mRNA na poziomie całego genomu

• proteomika - analiza białek organizmów żywych ich funkcji, interakcji między nimi

• matabolomika - badania nad profilami metabolitów komórkowych. Metabolity te są końcowym produktem ekspresji genów

Dlaczego nie klasyczna dietetyka?

• Wiedza o „średniej populacji” jest niewystarczająca;

• Zindywidualizowana dieta wymaga wiedzy o genomie/genotypie.

Co przyczyniło się do pojawienia się nowych dziedzin nauki związanych z żywieniem?

• Rozwój nowoczesnych technik molekularnych umożliwiających m.in. analizę ekspansji genów i określanie genotypu;

• Rozwój mocy obliczeniowej komputerów;

• Poznanie genomu człowieka 2003r.

• Gromadzenie informacji….

Genotyp - genetyczny status organizmu układ wariantów genów

Fenotyp - cecha charakteryzująca organizm np. kolor oczu, kolor włosów, grupa krwi, ale również wykorzystywanie energii, poziom agresji, inteligencja itp.

I. Zmienność cech fenotypowych

Zmienność - różnorodność wartości lub jakości cech obserwowana wśród osobników

Zmienność fenotypowa = zmienność genetyczna + zmienność środowiska

II. Kształtowanie fenotypu

Co wpływa na zmienność fenotypu?

Cecha fenotypowa

• geny

• interakcje między genami a środowiskiem

• środowisko

• zmienność genów

• interakcje pomiędzy genami

• zmienność środowiska

Genom - cała informacja genetyczna żywego organizmu

Gen - fragment DNA zawierający informacje niezbędne do syntezy jednego produktu - białko lub RNA

DNA:

• tymina

• adenina

• guanina

• cytozyna

Ma postać helisy. Pojedyncza nić polimeru na którą składają się monomeryczne podjednostki zwane nukleotydami.

Zmienność DNA

Zmienność materiału genetycznego dotyczyć może całego genomu, pojedynczego chromosomu lub DNA

Polimorfizm pojedynczego nukleotydu

• najczęściej występuje w genomie zmiana w całym szeregu par zasad tylko jednego nukleotydu.

Skutki zmienności DNA:

• skutek mutacji na poziomie genu może przejawiać się jako:

• utrata funkcji genu lub zmniejszenie aktywacji jego produktu (białka)

• nabycie innych niespecyficznych funkcji

• nabycie funkcji antagonistycznych do niezmutowanego genu

• skutek mutacji na poziomie całego organizmu

Jak genotyp tworzy fenotyp → ekspresja genu

Ekspresja genu - proces w trakcie którego informacja zapisana w DNA zostaje przekształcona w struktury obecne i działające w komórkach (białka, RNA)

• poziom ekspresji zależy od tkanki, fazy rozwojowej organizmu oraz od matabolitycznego lub fizjologicznego stanu komórki

• zmiana poziomu ekspresji genu jest „reakcją genu na bodźce”

transkrypcja translacja

DNA RNA BIAŁKO

BIAŁKA

• dzięki informacjom zawartym w DNA powstają wszystkie białka endogenne.

Funkcje białek:

• wiązanie specyficznych ligandów (receptory)

• katalaza (enzymy)

• kontrola procesów zachodzących w organizmach

• elementy strukturalne organizmów żywych (np. jedwab, aktyna)

Środowisko - to czynniki zewnętrzne wpływające na osobniki, w tym też żywność i żywienie.

Nutrigenomika - zajmuje się oddziaływaniem środowiska (w postaci skł. pokarmowych) na zróżnicowanie genetyczne organizmu.

Dieta a fenotyp

pełne zrozumienie wpływu żywności i żywienia na fenotyp (w tym zdrowie człowieka ) wymaga poznania działania składników żywności na poziomie molekularnym.

Bioaktywne składniki żywności - modyfikują wiele procesów zachodzących w żywym organizmie , również prze interakcje z DNA

bioaktywne składniki żywności:

• cykl komórkowy

• apoptoza

• naprawa DNA

• różnicowanie komórek

• regulacja hormonalna

• metabolizm kancerogenów

Czym są składniki pokarmowe dla organizmu?

• są sygnałami, które odbierane prze odpowiednie receptory w komórce wpływają na funkcjonowanie komórki oraz ekspresję genów i produkcję metabolitów

przykład:

• uważa się że długołańcuchowe NWKT ( wielonienasycone kwasy tłuszczowe) mają działanie prewencyjne w przypadku chorób sercowo-naczyniowych, cukrzycy, raka, chorób neurologicznych

• działanie to jest rezultatem wpływu kwasów tłuszczowych na ekspresję genów

Wpływ składników pokarmowych na ekspresję genów.

Wiele różnych składników żywności może wpłynąć na ekspansję genów np.

• glukoza

• kwasy tłuszczowe

• Wit. A

• Wit. D

• Wit. E

• Ca

• Zn

• Fe

• Flawonoidy

Co powoduje że różnie reagujemy na sygnały którymi są składniki pokarmowe → m.in. zmienność DNA.

Polimorfizm genów a żywienie

Przykład związku pomiędzy polimorfizmem genów a żywieniem

Metabolizm folianów

(tego nie usuwałam, bo to jest opis z zeszłego roku tego schematu co jest do góry)Metabolizm folianów

• polimorfizm genu reduktazy metylenotetrahydrofolianu (enzymu uczestniczącego w metabolizmie folianów) wpłw na ryzyko defektów cewy nerkowej → zmiana jednego aminokwasu w białku

• zmiana ta wpływa na stabilność białka i jego powinowacta do kofaktora

• spadek aktywności enzymatycznej białka , a co za tym idzie upośledzony jest metabolizm folianów m.in. ich kumulacja

• genotyp powoduje powstawanie

• wadliwego enzymu jest czynnikiem ryzyka dla kobiet (uszkodzenie cewy nerkowej, płodu)

• wpływ tego polimorfizmu można modyfikować poprzez przyjmowanie odpowiedniej dawki folianów

NURTIGENOMIKA - zastosowanie genomiki w żywieniu człowieka, szczególnie w aspekcie powiązań między żywieniem i zdrowiem.

- Genomiki - badania genów i ich funkcji m.in. w oparciu o znajomość sekwencji całego organizmu.

- Nutrigenomika jest próbą zrozumienia wpływu zmienności genetycznej na wymagania żywieniowe lub na interakcje między dietą a chorobą.

Cele nutrigenomiki:

• określenie diety, która z wysokim prawdopodobieństwem będzie przyczyniać się do zapobiegania chorobom przy jednoczesnej minimalizacji działań niepożądanych

• określenie diety w celu efektywnego leczenia chorób przewlekłych z uwzględnieniem interakcji między genami a składnikami żywności w heterogennej genetycznie populacji.

Nutrigenomika opiera się na założeniach:

• dieta i jej składniki mogą zmieniać ryzyko rozwoju chorób przez modyfikacje wielu procesów związanych m.in. z rozpoczęciem, przebiegiem i nasileniem procesu chorobowego (element wspólny z klasyczną dietetyką)

• składniki pokarmowe mogą wpływać pośrednio i bezpośrednio na genom człowieka m.in. zmieniając ekspresję genów

• dieta może kompensować lub wzmacniać efekt polimorfizmu DNA

• ostateczny efekt zależy od układu genów konkretnych osób

Przyszłość ??

Nutrigenomika DNA

RNA fenotyp

Protomika Białka

Metabolomika metabolit

DNA ↔ bioaktywne składniki żywności ↔RNA

- Geny poprzez swoje produkty mogą wpływać na absorpcję, metabolizm lub transport bioaktywnych składników żywności, a także mogą warunkować całościową odpowiedź na rodzaj żywienia.

- Bioaktywne składniki żywności mogą zmieniać ekspansję genów.

3

Bioaktywne składniki żywności

Polimorfizm DNA

Zmiana sekwencji białek

Zmiana funkcjonowania białek

Upośledzenie metabolizmu folianów

Czynniki ryzyka dla uszkodzenia cewy nerwowej płodu, różnych typów raka

Zakłócenie szlaków metabolicznych

Podatność na chorobę

dietoterapia

Zaburzenie stabilności białka i jego aktywności enzymatycznej

….

…..

Przyjmowanie odpowiedniej dawki folianów